捷联惯导与星跟踪器组合导航算法研究

捷联惯导与小视场星跟踪器构成惯性/天文组合导航系统,核心思想是利用星体跟踪器的高精度测角信息设计滤波修正算法对捷联惯导的导航姿态、方位和位置误差进行滤波估计并修正,以限制捷联惯导系统导航误差随时间的发散,最终提高系统长航时导航的导航精度。在分析小视场星体跟踪器量测量与SINS导航误差之间关系的基础上,设计了两种不同的组合导航算法：位置+方位修正算法和误差角组合导航修正算法。在此基础上对两种算法的导航精度进行了理论分析,并通过长航时仿真飞行数据进行了仿真验证。结果表明：位置+方位修正算法不受载体的位置误差的影响,更适用于星体跟踪器间断工作的情况;误差角组合算法不受载体姿态误差的影响,更适用于SINS初始位置误差得到有效修正的情况。     

基于信息理论的INS／Vision相对导航系统可观测度分析

基于导弹编队协同作战的应用背景,提出了一种基于INS／Vision的相对导航方法。推导了领弹与从弹间的相对惯导方程,给出了使用视觉导航设备测量领弹与从弹间相对视线矢量的原理。用扩展卡尔曼滤波融合相对惯导信息和相对视线矢量信息,估计相对位置、相对速度和相对姿态。用信息理论分析相对导航系统可观测度,给出随机变量的熵和共有信息的定义,将共有信息作为系统可观测度的衡量标准,分析了INS／Vision相对导航系统状态的可观测度,由此确定位置估计精度最高时领弹与从弹间的相对位置关系。仿真研究验证了相对导航方法的有效性和可观测度分析结果的正确性。     

一种月球车惯性/视觉组合导航方法研究

基于月球车主要依靠惯性导航和视觉导航的现状,设计了一种惯性/视觉组合导航方法。该方法根据惯性导航原理建立月面环境下的位置、速度和姿态误差方程,并利用惯导前后时刻的观测值计算相对运动参数,基于该参数与视觉导航相对运动观测值之差建立量测模型。该差值只与当前时刻惯导误差相关,避免了对状态的增广。针对量测噪声未知的问题,采用自适应卡尔曼滤波对量测噪声进行在线估计。仿真结果表明,该组合导航方法能提高定位精度以及横滚角、俯仰角精度,减小误差漂移,是一种有效的月球车自主导航方法。     

捷联惯导/星敏感器组合导航技术研究

针对在捷联惯导系统中陀螺的误差存在随着时间积累而逐渐增大的缺点,提出了捷联惯导系统+星敏感器的组合导航方案,并进行了仿真及结果分析。以Kalman滤波为基础,通过将捷联惯导系统和CCD光学传感器所测得的飞行器相关姿态信息进行数据融合,估计出组合导航系统的误差状态量,进而修正捷联惯导系统的位置、速度和姿态角。详细推导了捷联惯导+星敏感器组合导航的算法,并通过对仿真结果的分析证实了该方案的可行性和算法的有效性。     

一种基于信息融合的深空巡航段自主导航算法

针对自主光学导航在深空巡航段应用中的问题,提出了一种基于信息融合的自主导航算法。由太阳敏感器测量获得太阳相对探测器的视线矢量,由分光计测量获得探测器相对太阳的径向速度,构建自主导航系统的两种信息观测方程;由基于状态估计误差协方差阵奇异值动态确定信息分配因子,用信息融合技术和扩展卡尔曼滤波算法实时估计探测器的位置与速度。对深度撞击任务的实际飞行数据的数值仿真结果表明:自主导航算法的轨道确定精度满足深空巡航段要求。     

基于Sigma-point卡尔曼滤波的INS/Vision相对导航方法研究

针对无人机编队常用的leader-follower(领航-跟随)飞行模式,提出了一种考虑视觉导航设备输出时间延迟问题的INS/Vision相对导航方法,给出了leader与follower之间的相对惯导方程以及相对视线矢量测量原理.由于INS/Vision相对导航系统是一个强非线性系统,采用Unscented卡尔曼滤波融合相时惯导信息和相对视线矢量信息,从而估计出leader与follower之间的相对位置、相对速度和相对姿态,受姿态四元数的归一化限制,在滤波中采用罗德里格斯参数作为姿态误差状念,对于视觉导航系统量测量存在时间延迟的问题,给出了延迟后的量测量与当前惯导信息融合的方法,最后通过仿真研究证明了方法的有效性.     

一种无源北斗/惯导闭环组合算法

提出了一种北斗卫星定位系统和惯性导航系统的组合导航无源定位算法。以伪距率为观测量,基于高稳定度用户时钟,结合北斗系统的热备份星,在三星共视下用两级卡尔曼滤波器对惯导进行闭环校正。给出了组合导航系统的构成,以及第一、二级滤波的数学模型。该法能根据收星情况在闭环与开环方式间稳定转换。仿真结果表明,此算法可提高丢星时组合导航系统的滤波定位精度,有效校正惯导的姿态误差角,并以较高的精度估计用户的三维速度。     

微型惯导系统在余度配置时的转动标定技术研究

余度技术是提高惯性导航系统性能的一种重要手段。对微小型惯性组合导航系统中的惯性传感器多余度配置技术进行了研究,开发了MEMS惯性器件构成的微型余度配置惯导系统,分析了微小型惯性组合导航系统的特点和误差特性,并经过测试分析,建立了惯性传感器的误差模型。针对余度配置系统静态标定精度低的问题,提出了六位置转动标定算法,该算法只需要一个单轴速率转台就可以标定出IMU误差参数,并对采用低精度陀螺的惯性系统标定具有通用性。经过实际系统测试分析,误差补偿后的微型余度配置惯导系统的系统导航精度明显提高,验证了算法的有效性。     

基于天文与速度联合观测的月球车自主导航方法

月球车自主导航系统是其完成月球探测任务的基础和关键,因此针对月球导航的特殊要求设计了一种基于速度和天文联合观测的月球车自主导航方法.首先根据月球表面导航的特殊要求,依据惯性导航的基本原理建立了月球环境下惯性导航系统的姿态、速度和位置误差方程,然后针对月球车载的捷联惯导系统的特点建立了基于速度和天文联合观测的量测方程,由于建立的系统状态方程和量测方程均为线性方程,所以采用了Kalman滤波实现月球车位姿信息的最优估计.仿真结果表明该方法具有很好的位置和姿态估计精度,同时有效抑制了量测噪声对系统性能的影响,是解决月球车自主导航问题的一种有效而实用的方法.     

惯性/偏振光组合定姿技术研究

惯性导航系统是一种全参数、全天候的自主导航系统,但其姿态误差随时间发散。太阳光在大气中传播时在天空具有稳定的偏振模式,惯性/偏振光组合定姿系统就是利用偏振光中的方位信息实现惯性导航系统姿态角误差的估计。研究了惯性/偏振光组合定姿系统模型,利用跑车试验数据对所设计的组合定姿系统进行了仿真。结果表明:惯性导航系统引入偏振光导航信息后,可以有效地抑制惯性导航姿态角误差发散的趋势,提高姿态精度,满足中等精度姿态参考系统的需求。     

面向深空探测着陆过程中的陆标自动提取方法

基于光学图像的地形匹配导航方法是目前深空探测任务中实现精确着陆的一种主要方法,通过天体表面光学图像得到的陆标能够获取完备的探测器位置和姿态信息。因此,天体表面陆标提取技术是实现精确着陆的关键技术。为此,提出了一种陆标自动提取方法。首先,利用AKAZE特征检测子对天体表面图像进行多尺度特征点检测,该特征点对图像尺度变化、旋转都具有一定的鲁棒性;然后,引入密度聚类理论,结合DBSCAN聚类算法对AKAZE特征点进行聚类得到多个不同的聚类族;最后,通过设定阈值确定候选陆标和最终陆标,并提出了一种陆标提取性能评价方法。试验结果表明,该方法能够提取出具有较好的抗旋转性能和抗尺度变化性能的陆标特征,能为火星着陆过程中光学敏感器可能出现的多尺度、多视点变化带来的匹配鲁棒性差的问题提供相应的解决方案,对深空探测过程中实现精确着陆具有一定的参考意义。     

多分辨分布滤波在惯导系统初始对准中的应用

论述了初始对准在惯性导航系统中的重要作用 ,给出了惯导系统初始对准的线性模型。基于小波变换 ,运用多分辨分布滤波对该问题进行了仿真研究。仿真结果表明 ,该方法虽然计算量比卡尔曼滤波计算量要大 ,但是对于组合导航系统或具有冗余传感器的惯导系统 ,它能够充分利用测量信息 ,大大提高初始对准精度 ,也能够满足低阶系统实时对准的需要     

基于多传感器技术的微型飞行器智能组合导航技术研究

微型飞行器(MAV)尺寸微小,有效载荷低,其机载导航系统在结构与原理上都与传统飞机导航系统有很大的差异,增加了系统设计的难度。提出了一种基于组合传感器技术的MAV分层次导航系统方案。在MAV姿态信息提取中,引入了一种四元数结构下的捷联惯导与GPS组合信息卡尔曼滤波方案。在此基础上,通过研究MAV现有传感器技术下的各类导航方式的适用性、精度以及可靠性,根据MAV导航系统的要求,提出了一种基于多传感器智能组合技术的MAV导航位置信息提取方案。仿真与飞行试验证明,本文的这种基于组合传感器技术的MAV分层次导航具有计算简单,精度高,可靠性好的优点。     

采用双目视觉测量的行星着陆相对导航方法

针对缺少行星表面陆标位置和探测器初始状态等先验信息情况下行星着陆导航问题,提出一种采用双目视觉测量的行星着陆相对导航方法。首先,利用行星表面陆标的双目视觉测量信息建立相对导航坐标系并计算陆标在相对导航坐标系下的位置,然后利用基于奇异值分解（SVD）的优化方法得到探测器在相对导航坐标系下的初始状态估计,最后利用陆标的视觉测量信息估计探测器在相对导航坐标系下的位置、速度和姿态。以火星着陆为例进行数学仿真分析,仿真结果表明本文提出的方法是有效可行的。     

基于图像序列的软着陆小天体自主导航方法

提出了一种深空探测器着陆阶段的自主导航方法。该方法通过跟踪导航序列图像中特征点在像平面上的位置,结合激光测距仪给出的探测器到小天体表面的距离信息,在特征点实际位置不确定的情况下,利用扩展卡尔曼滤波对探测器的相对位置姿态及运动信息进行递归估计。同时重构特征点的三维位置。由于不需要所选特征点在小天体表面的精确位置,因此提高了导航方法的适用性。最后通过数学仿真验证了自主导航方法的有效性。

     

《航天控制》选题大纲

1总体与系统技术1.1航天器动力学模型技术1.2航天器控制系统方案设计1.3系统集成与一体化设计技术2制导、导航和控制技术2.1先进的信息与控制理论及应用2.2全程复合制导技术(星光、卫星导航系统)2.3精确末制导技术2.4航天器自主导航和组合导航技术2.5新型运载火箭控制系统研究2.6系统精度与毁伤效果的评估和分析2.7卫星姿态轨道控制技术研究2.8航天器交会对接、返回与救生技术2.9深空探测与着陆技术2.10卫星编队飞行与星座控制技术2.11拦截器制导与控制技术2.12机器人动力学与控制2.13控制系统“标准化、通用化、组合化”技术2.14航天器测控…     

《航天控制》选题大纲

1总体与系统技术1.1航天器动力学模型技术1.2航天器控制系统方案设计1.3系统集成与一体化设计技术2制导、导航和控制技术2.1先进的信息与控制理论及应用2.2全程复合制导技术(星光、卫星导航系统)2.3精确末制导技术2.4航天器自主导航和组合导航技术2.5新型运载火箭控制系统研究2.6系统精度与毁伤效果的评估和分析2.7卫星姿态轨道控制技术研究2.8航天器交会对接、返回与救生技术2.9深空探测与着陆技术2.10卫星编队飞行与星座控制技术2.11拦截器制导与控制技术2.12机器人动力学与控制2.13控制系统“标准化、通用化、组合化”技术2.14航天器测控…     

《航天控制》选题大纲

1总体与系统技术1.1航天器动力学模型技术1.2航天器控制系统方案设计1.3系统集成与一体化设计技术2制导、导航和控制技术2.1先进的信息与控制理论及应用2.2全程复合制导技术(星光、卫星导航系统)2.3精确末制导技术2.4航天器自主导航和组合导航技术2.5新型运载火箭控制系统研究2.6系统精度与毁伤效果的评估和分析2.7卫星姿态轨道控制技术研究2.8航天器交会对接、返回与救生技术2.9深空探测与着陆技术2.10卫星编队飞行与星座控制技术2.11拦截器制导与控制技术2.12机器人动力学与控制2.13控制系统“标准化、通用化、组合化”技术2.14航天器测控…     

基于多圆交汇的天文定位与组合导航方法

惯性/天文组合导航系统具有全自主、抗干扰能力强等特点,在一些特殊的导航领域受到了人们的高度重视。本文研究了一种天文多圆交汇迭代定位算法,具有数值计算稳定,适合任意多颗导航恒星参与计算的优点,并能同时计算出对应的定位误差协方差阵;在此基础上,将捷联惯性导航系统与天文导航系统组合,构成了扬长避短的组合导航系统,采用扩展卡尔曼滤波算法实现捷联惯导与天文定位两者的信息融合。最后进行了仿真实验,其结果表明,该天文定位算法简单有效,定位误差模型准确,组合后的系统具有较高的精度。     

ABC优化BP神经网络算法在组合导航中的应用研究

针对北斗/捷联惯导组合导航,提出一种基于人工蜂群ABC(Artificial Bee Colony)算法的反向传播BP(Back Propagation)神经网络算法。首先,在北斗卫星导航系统接收机正常接收信号时,将捷联惯性导航解算信息(速度、位置)作为网络输入,卡尔曼滤波输出信息(速度、位置校正量)作为网络输出,对ABCBP神经网络进行在线训练,建立ABCBP神经网络的映射数学模型。然后,在北斗卫星导航系统接收机信号失效情况下,将惯性导航解算信息作为网络输入,利用建立好的ABCBP神经网络预测输出校正量信息,以此来校正捷联惯导系统SINS(Strapdown Inertial Navigation System)。最后,通过飞机飞行半物理仿真实验验证该算法的性能。仿真结果表明,ABCBP神经网络算法在定位精度方面具有更加优越的性能。