基于SDRE方法的空间飞行器轨道交会状态估计

针对空间飞行器自主交会对接的最终逼近阶段,采用雷达作为相对测量设备,建立了目标飞行器轨道坐标系下的相对运动方程以及基于星载雷达的测量模型;运用基于状态相关黎卡提方程(SDRE)的方法设计滤波器,对目标飞行器运动状态进行估计,给出了状态相关黎卡提方程的数值解法,通过具体仿真算例分析了所设计滤波器的性能,并与扩展卡尔曼滤波器进行了比较,结果表明所提出的滤波器模型具有更高的相对状态确定精度.     

管道振动问题中一种辛变换的计算方法

以符合哈密顿(Hamiltonian)特性的管道振动方程的简化问题给出了一种具体的计算方法.为了保持原方程哈密顿结构,这种简化过程中使用的矩阵必须是辛矩阵(sympletic matrix).针对管道振动方程给出一种辛矩阵的计算方法,该方法利用了哈密顿方程线性部分的特征空间,用特征空间的一些性质来完成辛矩阵的计算.     

基于螺旋理论描述的空间相对运动姿轨同步控制

对于姿轨运动存在严重耦合的空间相对接近操作,必须解决相对运动的姿轨同步控制问题。传统的相对姿轨分开建模串行控制方法,忽略了姿轨耦合,控制周期长且姿轨同步性差,显然不能满足要求。基于螺旋理论中的对偶数描述,建立了航天器六自由度相对运动模型,不仅包含了姿轨耦合项,而且形式统一有利于同步控制律的设计。针对模型中的耦合项进行分析,给出了相对姿轨耦合产生的成因。建立了相对姿轨同步误差,考虑模型的非线性,基于非线性反馈设计了一种同步控制律以消除该误差,并利用Lyapunov理论证明了控制律的稳定性。以两航天器交会接近的最后逼近段进行数字仿真,并与PD控制相对比,验证了所提方法的有效性,同时验证了所提方法可以实现姿轨控制的同步收敛,对于空间相对运动的姿轨同步操作具有重要意义。     

基于Hamilton-Jacobi方程的编队飞行控制

 针对椭圆参考轨道的编队飞行控制系统,基于哈密尔顿 雅克比（Hamilton-Jacobi）方程,给出一种新的生成函数半解析近似解的计算方法,同时推导了编队飞行控制系统相对运动的线性状态转移矩阵,并且验证了模型的精度。在此基础上,结合一个具体的编队飞行任务,采用线性规划算法得到了队形保持的闭环控制器,该算法得到的是脉冲形式的控制序列,因此更具有实际意义。同时还提出了一种简单的避免生成函数奇异点的方法,从而减少了生成函数间相互转换所带来的计算量。最后的非线性仿真结果验证了控制方法的有效性。     

层合厚板混合状态Hamiltonian元的半解析解

给出任意角铺设或斜交铺设层合厚板的混合状态Ｈａｍｉｌｔｏｎ正则方程及其有效的半解析法。该方法在板厚方向未作任何有关应力或位移的人为假设,采用状态空间法给出解析解答,且通过状态转移矩阵的建立,保证了层间位移和应力的连续,减少了计算中未知量数目。     

鲁棒EKF在脉冲星导航系统中的应用

针对脉冲星导航系统的滤波问题,传统的扩展卡尔曼滤波(EKF)算法存在不能克服系统模型存在不确定性参数以及乘性噪声等缺陷,提出一种鲁棒EKF算法。首先,分析了状态预测误差方程和估计误差方程,利用统计学原理,得到了状态预测方差矩阵和状态估计方差矩阵计算等式。由于系统模型存在不确定性参数,状态预测协方差矩阵和状态估计协方差矩阵无法计算;因此,利用4个重要矩阵不等式,分析并找到预测方差矩阵和状态估计方差矩阵的上界。最后,利用状态估计误差协方差矩阵上界设计状态增益矩阵,使得状态估计协方差矩阵的迹最小。将该算法对脉冲星导航系统进行仿真,仿真结果验证了所提算法的有效性。     

一种数值定轨方案

本文给出一种有别于习惯采用的人造卫星精密定轨方法，该方法仍以分析定轨法的轨道根数作为待估状态量，但却采用数值法计算精度要求较高的卫星受摄星历，而用分析法去计算条件方程中所需的状态转移矩阵。这样既保持了清晰的轨道图象，又使计算卫星受摄星历和状态转移矩阵得以简化，相应的软件形式简单。只要定轨弧段Ｓ不太长（Ｓ〈１０＾３），就能在一定精度条件下明显提高卫星定轨的计算效率。     

航天器相对运动的运动学模型研究

采用运动学方法研究航天器的相对运动.通过对无摄精确相对运动模型的简化,推导了以纬度幅角和平近点角为变量的无摄相对运动方程,并以此模型为基础建立了J2摄动下的相对运动模型,进行了相对轨道的仿真以及模型分析.仿真结果表明,运动学方法能给出较精确的相对运动方程,并且考虑摄动时,采用运动学描述比较简单.     

基于Hill方程的编队初始化误差分析

Hill方程具有形式简单、方便编队队形设计和队形保持控制律的设计等优点.然而,由于Hill方程自身模型误差的存在,导致基于Hill方程初始化所建立的队形具有一定的误差.针对这个问题,基于保留二阶非线性项的、改进形式的Hill方程和考虑偏心率的Lawden方程,分别在非线性和偏心率的影响下,分析了初始化队形的长期漂移和相对运动误差问题,分别给出了针对非线性和偏心率影响的修正初始化相对速度,从而消除队形的长期漂移,修正或减小相对运动误差.最后通过数值仿真进行了验证.     

捷联惯导准静基座大失准角线性初始对准方法研究

研究了利用线性卡尔曼滤波实现准静基座捷联惯导大失准角初始对准的问题。根据李群理论，如果系统模型具有仿射性，则其对应的线性误差模型是独立于状态估计值的，同时可以从该线性模型精确反推出李群上的非线性状态误差。分析指出，准静基座条件下捷联惯导姿态微分方程满足仿射性条件，其对应的姿态误差方程是独立于姿态估计值的。但是，如果将速度考虑进状态，则整体的状态模型不再满足仿射条件，无论是基于SO(3)+R3还是SE(3)姿态描述，所对应的状态误差方程都不能做到独立于状态估计值。基于上述分析，直接对SO(3)+R3状态描述下的速度误差方程进行改造，用重力矢量直接替换比力项，从而构造出独立于状态估计值的状态转移矩阵。仿真实验结果表明，利用所构造的线性状态空间模型，即使在大失准角条件下也能快速收敛到极限对准精度；车载晃动实验结果表明，利用所构造的线性状态空间模型，在大失准角条件下同样能够快速地跟上小失准角条件下的线性卡尔曼滤波对准结果。     

低轨卫星对高轨卫星仅测角初轨计算方法

针对我国地面测站对高轨卫星监视能力缺乏的问题,提出一种低轨卫星对高轨卫星仅测角初轨计算方法。该算法引入天基跟踪坐标系,消除测距信息影响,建立仅测角观测方程;引入法向运动,增加摄动因素影响,建立扩展拉普拉斯动力学模型;推导分析观测模型和动力学模型的关系方程,将初轨计算问题转换为非线性方程求解问题,利用高斯全主元消去法完成方程求解。通过实战和仿真测角数据对方法进行检验,结果表明,该方法能利用仅测角数据对非合作目标进行初轨确定,精度在公里量级,可为我国地基监视系统提供补充参考。     

基于相对轨道要素的椭圆轨道卫星相对运动研究

采用球面几何方法,严格定义了相对轨道要素(ROE),推导了其与绝对轨道要素(AOE)之间精确的相互转换关系;针对近圆和椭圆基准轨道相对运动情况,给出相对轨道要素和绝对轨道要素之间相互转换的近似式,以满足不同任务的要求;分析了卫星近距离相对运动时相对轨道要素的一些特性;基于相对轨道要素,推导了无奇点问题的、适用于近圆和椭...     

一种共轨道面双星环绕编队飞行的方法

应用Tschauner-Hempel方程，对航天器近距离相对运动进行了分析，得出实现编队飞行条件，并给出了用两次脉冲推力实现双星共轨道面椭圆环绕编队飞行的方法，仿真结果表明，两次0．55m/s的脉冲推力可以实现500km参考轨道上长半轴为2km的椭圆环绕编队构形。     

基于相对轨道要素的航天器相对运动碰撞分析

采用基于相对轨道要素的方法,建立了计算碰撺概率的数学模型.在二体圆轨道条件下,推导验证了与基于Clohessy-wiltshire(C-W)方程的碰撞模型的等价关系,并解决了C-W方程存在的若干问题.在航天器近距离相对运动构型设计中提出了基于相对轨道要素的碰撞分析方法,突出了相对轨道要素在构型设计以及碰撞分析中的作用....     

Gravity Field Recovery from GRACE: Unique Aspects of the High Precision Inter-Satellite Data and Analysis Methods

The very high accuracy of the Doppler and range measurements between the two low-flying and co-orbiting spacecraft of the GRACE mission, which will be at the μm/sec and ≈10 μm levels respectively, requires that special procedures be applied in the processing of these data. Parts of the existing orbit determination and gravity field parameters retrieval methods and software must be modified in order to fully benefit from the capabilities of this mission. This is being done in the following areas: (i) numerical integration of the equations of motion (summed form, accuracy of the predictor-corrector loop, Encke's formulation): (ii) special inter-satellite dynamical parameterization for very short arcs; (iii) accurate solution of large least-squares problems (normal equations vs. orthogonal decomposition of observation equations); (iv) handling the observation equations with high accuracy. Theoretical concepts and first tests of some of the newly implemented algorithms are presented. This revised version was published online in August 2006 with corrections to the Cover Date.     

用于SAR运动补偿的DGPS/SINS组合系统研究

使用考虑位置误差相关项的伪距率观测模型 ,研究了用于合成孔径雷达运动补偿的差分 GPS/ SINS伪距率组合系统。结果表明 ,组合系统的长期位置精度能达到 1 m左右。 GPS数据更新率低于 INS,在 GPS测量时间间隔内 ,组合系统的性能仅由 INS决定。虽然 INS误差随时间积累 ,在 GPS数据更新率为 1 s的情况下 ,即使采用中等精度的惯性仪表 ,其相对位置精度为厘米级 (这里相对位置精度指组合系统在 GPS测量时间间隔内位置误差的变化范围)。     

小卫星编队飞行的相对运动学方程研究

以运动学方法为基础研究了编队卫星相对运动的一种更直接方法，利用不同天体力学特性，将相对位置和速度与相对轨道参数建立了联系，首先，详细推导了以运动学方法为基础的相对运动方程，据此可直接得出环绕卫星的轨道根数，其次，为有利于相对轨道分析和设计，对相对运动方程进行了简化，最后，通过例子验证了该方法的正确性，仿真结果表明该方法是有效可行的。     

轨道运动对高轨卫星成像的影响及补偿

针对三轴稳定静止轨道气象卫星图像运动补偿技术,分析了轨道运动误差源对有效载荷成像仪成像光轴的影响.基于轨道确定数据,采用空间成像矢量修正方法,对轨道运动引起的光轴偏离进行补偿.根据高分辨率成像对光轴高指向精度的指标要求,研究了轨道确定误差和有效载荷伺服控制系统误差对图像配准精度的影响关系,并指出了进一步提高图像配准精度的措施.仿真结果表明了补偿方法的可行性.