矢阵及其在目标状态测量建模中的应用

本文通过对引入矢阵反对称叉积算子概念，得出了矢阵叉积算子同一般矢量列阵叉积算子之间的关系恒等式，揭示了两者之间的对称关系，由此关系非常方便地得到了矢阵运动学关系及其它一些常用关系，并把坐标变换阵对时间的导数推广到一般的情况，一个对目标雷达被动定位状态测量建模的实例表明了其实际应用意义。     

AEKF在姿态确定中的应用研究

设计了加性扩展Kalman滤波器(AEKF),对卫星姿态进行了准确估计。针对四元数法描述卫星姿态所引起的信息冗余能使滤波误差协方差阵产生奇异,并导致滤波发散,为此提出了用协方差阵降维法解决该问题。仿真结果表明,应用本文设计的滤波器,能有效克服姿态敏感器的量测噪声,准确估计出卫星的姿态。     

一种航天器太阳电池阵共形天线研究

共形天线具有与载体结构浑然一体的特点,不仅能够减少天线数量,而且利于优化总体结构。在分析航天器太阳电池阵结构的基础上,结合共形天线特点,提出了航天器太阳电池阵共形天线结构设计的问题。文章定义了太阳电池阵共形天线的概念,开展了共形天线承载面、总体结构、阵元结构、阵元馈线、进出航天器信号传输线,以及波束控制网络等研究与设计,并以S、X双频段阵元结构为例进行了共形天线的电气性能仿真验证。仿真结果表明,在航天器太阳电池阵上实现共形天线不仅是可行的,且具有较高的工程应用价值和广阔的应用前景。     

随机子阵阵列的旁瓣电平和宽带特征

本文扩展了随机天线阵列的概念。介绍了三种新型的阵列几何图形，它们既具有随机阵列的宽带宽性能，几何图形也更简单，因而更适宜于低成本应用。对随机子阵的周期阵列、周期旋转随机子阵阵列和随机旋转随机子阵阵列的性能都进行了统计性的表征。结果表明子阵旋转能够降低天线阵排列因子的旁瓣电平。文中给出了一个设计过程的例子来说明天线阵排列因子的计算。     

基于粒子群算法的大型低冗余度线阵综合

天线阵列排布与优化，是一维综合孔径辐射计的一项关键技术，其通过决定可见度函数采用分布来影响辐射计最终的成像质量。以往的学者们都将寻找理论上最优的大型阵元数低冗余度线阵（LRLA）作为研究的首要目标，以获得最优的空间分辨率。文章在此基础上，着重考虑工程实现过程中的系统可靠性要求，研究在任意一个阵元出现故障的情况下，通过冗余优化设计，确保系统性能不受影响。基于此，提出了一种基于粒子群优化的排列结构约束搜索算法，能够在较短时间内获得一系列满足条件的大阵元数LRLA排列。同时，文章还给出进一步冗余优化的方法，以确保生成的阵列在出现两个阵元故障时，辐射计系统基线缺失的概率高于设定的阈值，从而保证系统具有令人满意的可靠性。文章提出的方法以及得到的LRLA排列，虽然在一定程度上增加了辐射计系统的复杂度，但是，一些额外天线阵元的引入可以确保足够的阵列冗余度，从而减小阵元/接收机失效的影响，增加系统对阵列位置误差等的鲁棒性，改善系统的灵敏度指标。     

雷达系统中最少阵元的天线阵对多重干扰的抑制

1 前言 自适应天线阵因其能有效抑制由主天线方向图旁瓣所接收的强干扰信号，已被广泛用于许多先进的雷达、声纳和通讯系统。在抑制干扰的自适应天线系统中，通常设定阵列是由均匀间隔的阵元组成，并要避免天线方向图中的混淆或栅瓣；设定阵元之间的间隔为波长的一半（λ／2）。其阵元假设相同且为全向的这一阵列结构，称作均匀规整阵列（URA）。然而完全自适应URA的成本和复杂性对于要求大量阵元的某些应用来说是不可能的。     

低数据率与低阵元数时LCMV和LCEC波束形成算法研究

研究了低数据率与低阵元数条件下应用线性约束最小方差算法(LCMV)算法和线性约束特征干扰相消器(LCEC)算法的相控阵雷达系统对干扰抑制和旁瓣压低性能。建立了均匀线阵接收信号模型,给出了LCMV,LCEC两种算法的原理,用仿真方法讨论了不同数据率和阵元数时LCMV,LCEC算法不同到达方向上的干扰与旁瓣抑制性能。结果表明:与LCMV算法相比,高数据率、低阵元数时LCEC算法在两个相隔角度小于1个主波束宽带的干扰来波方向上形成的零陷更准确;低数据率、低阵元数时LCEC算法的角度分辨率更高;低数据率、高阵元数时LCEC算法的副瓣电平抑制能力更强,高阵元数时LCEC算法保持了静态方向图的特征。     

一种分布式阵列波达方向估计方法

针对分布式MIMO雷达中的DOA估计问题,提出一种基于分布式子阵列作为发射,密布阵作为接收的DOA估计方法。发射阵元间隔为接收孔径大小。利用发射作为辅助提高阵列自由度,扩展阵列孔径,推导了DOA估计的过程。与密布阵MIMO雷达不同,在空间分集MIMO雷达中提高自由度并扩展阵列孔径。仿真结果表明了算法的正确性和有效性。     

无陀螺卫星姿态的二阶插值非线性滤波估计

采用四元数作为姿态描述参数，提出了一种确定无陀螺卫星姿态的新方法，即二阶插值非线性姿态估计算法，它能够利用星敏感器提供的矢量观测信息准确地估计三轴稳定卫星的姿态。这种姿态估计算法的实现非常简单，其运算量与传统的扩展卡尔曼滤波姿态估计算法相当，但滤波性能却与基于二阶泰勒级数近似得到的非线性姿态估计算法一致。而且，在二阶插值非线性姿态估计算法中，不会遇到由四元数正交约束所造成的协方差阵奇异性问题。     

有效测量相控阵天线所有阵元排列方向图的自动化方法

本文介绍并验证了测量相控阵天线各阵元方向图的自动化技术，当测量位置调节器相对阵列移动探针时，该方法利用了以迭代方式用于波束形成器的Hadamard编码，利用相干接收机和互相关解码器提取所需的阵元方向图。本文用实验证明了同时测量阵列里所有单个阵元方向图的可能性，新技术易实现自动化，从而免去了以往技术对手工移动电缆和安装匹配负载的要求。     

Quaternion regularization and trajectory motion control in celestial mechanics and astrodynamics: II

Problems of regularization in celestial mechanics and astrodynamics are considered, and basic regular quaternion models for celestial mechanics and astrodynamics are presented. It is shown that the effectiveness of analytical studies and numerical solutions to boundary value problems of controlling the trajectory motion of spacecraft can be improved by using quaternion models of astrodynamics. In this second part of the paper, specific singularity-type features (division by zero) are considered. They result from using classical equations in angular variables (particularly in Euler variables) in celestial mechanics and astrodynamics and can be eliminated by using Euler (Rodrigues-Hamilton) parameters and Hamilton quaternions. Basic regular (in the above sense) quaternion models of celestial mechanics and astrodynamics are considered; these include equations of trajectory motion written in nonholonomic, orbital, and ideal moving trihedrals whose rotational motions are described by Euler parameters and quaternions of turn; and quaternion equations of instantaneous orbit orientation of a celestial body (spacecraft). New quaternion regular equations are derived for the perturbed three-dimensional two-body problem (spacecraft trajectory motion). These equations are constructed using ideal rectangular Hansen coordinates and quaternion variables, and they have additional advantages over those known for regular Kustaanheimo-Stiefel equations.     

Quaternion regularization in celestial mechanics and astrodynamics and trajectory motion control. I

Regularization problems in celestial mechanics and astrodynamics are considered. The fundamental regular quaternion models of celestial mechanics and astrodynamics are presented. It is shown that the efficiency of analytical investigation and numerical solution of boundary problems of optimal trajectory motion control of spacecraft may be increased using quaternion astrodynamics models. The regularization problem of celestial mechanics and astrodynamics that implies eliminating the feature, which arises in the equations of the two-body problem in case of impact of the second body with the central body, is considered in the first section of the paper. The quaternion method for regularizing the equations of the perturbed spatial two-body problem suggested by the author is presented; the method is compared with Kustaanheimo-Stiefel (KS) regularization. Demonstrative geometric and kinematic interpretations of regularizing transformations are provided. Regular quaternion equations for the two-body problem, which generalize the regular Kustaanheimo-Stiefel equations, as well as regular equations in quaternion osculating elements and quaternion regular equations for perturbed central motion of a material point, are considered. The papers on quaternion regularization in celestial mechanics and astrodynamics are briefly analyzed.     

弹载SINS四元数模约束下滤波空中对准

针对弹载SINS/GPS系统的空中对准,提出一种四元数模约束条件下的非线性滤波初始对准算法。首先,利用坐标变换和四元数姿态描述,将传统的强非线性滤波对准问题转化为一个二阶弱非线性滤波问题;其次,采用二阶扩展卡尔曼滤波（EKF）对二阶非线性部分进行处理,得到一种简洁的滤波对准方案;最后,推导了四元数模约束条件下滤波算法的最优实现,及反馈四元数估计结果时的闭环滤波形式。利用车载MEMS IMU/GPS系统,进行了初始对准的地面试验,结果表明,在车辆弱机动条件下,对准算法能够实现姿态和惯性器件误差的快速估计,实现惯导系统的对准。     

基于视线角四元数序列的视线角速率样条滤波

依据坐标系转换四元数与坐标系旋转角速度之间的关系，提出了基于视线角四元数序列的视线角速率自适应样条滤波算法。该算法利用样条函数表示视线角四元数，结合四元数与角度之间的对应关系，建立了系统状态方程；在只给出视线角序列信息的情况下，对观测误差进行了补偿，实现了自适应样条滤波算法，获得了有效的视线角速率信息。     

编队飞行小卫星相对姿态控制研究

以四元数作为定位参数对编队飞行小卫星进行相对姿态控制。首先给出了以误差四元数作为反馈量 ,基于参考卫星的相对姿态控制律 ,其次 ,研究了由若干颗相同卫星组成的编队卫星 ,在卫星姿态达到指定的方位时 ,相互之间也要满足一定要求的相对姿态控制律。最后进行了仿真计算 ,说明了两种相对姿态控制的有效性和可行性     

一种基于误差四元数的战术导弹垂直发射姿态调转控制器

针对战术导弹垂直发射姿态调转时的快速性要求，研究了垂直发射快速姿态调转的控制问题。首先基于误差四元数并结合垂直发射的具体特点，建立了战术导弹垂直发射的非线性数学模型；然后通过李亚普诺夫第二方法进行控制系统设计，得出了基于误差四元数反馈控制器。分析了系统的稳定性和鲁棒性。该控制器实现了绕欧拉特征轴的旋转，缩短了姿态调转的时间，最后通过仿真验证其有效性。     

基于四元数的UKF多传感器卫星姿态确定

对采用磁强计和太阳敏感器的卫星姿态模型,应用无迹卡尔曼滤波(UKF)算法确定卫星姿态。由四元数描述姿态,在算法中将其转换成旋转矢量,另设计了四元数求均值的迭代算法,解决了四元数在UKF算法中的处理。仿真结果表明:广义卡尔曼滤波(EKF)算法对初值依赖性较大,UKF算法不受初值影响且精度高于EKF,具快速性、精度高和稳定性强等优点。     

航天飞行器交会对接段的姿态控制四元数法

本文研究利用四元数作为误差信号进行航天飞行器姿态控制的控制规律,应用Pontrgagin极小原理导出了喷咀最优控制开关曲线,所得结果不仅可用于交会对接段也适用于航天飞行器上升段和返回段的姿态控制。     

基于天文和陆标观测的月球卫星自主导航方法

随着我国月球探测工程的开展,为弥补地面测控的局限性,月球卫星的自主导航技术已成为