基于"天基红外系统"对弹道导弹主动段估计滤波算法研究

美国的"天基红外系统"(SBIRS)包括高轨和低轨两类预警星座,前者主要用于弹道导弹主动段探测,后者主要用于被动段的跟踪测量.文章利用其高轨静止星座,对只有角测量条件下的主动段弹道估计滤波算法进行了分析比较.首先给出主动段状态方程和测量方程,然后分别结合扩展卡尔曼滤波、无迹卡尔曼滤波和粒子滤波这三类典型非线性滤波估计算...     

跟踪微分器在制导信号提取中的应用

利用弹体姿态解耦算法,对捷联成像导引头的目标视线角速率进行提取。针对捷联成像导引头大的瞬时视场带来的大的测量噪声,采用TD跟踪微分器进行视线角速率重构和滤波。经数学仿真验证,滤波后所得到的视线角速率信息可直接应用于比例导引控制,有效提高了制导精度。     

简化DDF算法及其在单星对星无源定轨跟踪中的应用

单星对星无源定轨跟踪是典型的非线性滤波问题,其中非线性滤波算法至关重要.DDF.算法具有良好的精度与稳定性且适用范同更广,不过计算量较大.单星对星无源定轨中系统噪声通常是加性高斯的,根据这一特点对标准DDF算法进行简化.简化后加性噪声可以进行单独处理,基于此,提出一种计算复杂度更低的SD-DF算法,并运用于仅测角条件下的单星对星无源定轨跟踪.SDDF算法具有比EKF更高的精度和更好的稳定性,其性能与标准DDF相同但是计算耗时更少,特别适合于单星对星无源定轨跟踪实时处理.     

带多约束条件的次最优中制导律设计

针对使用捷联式导引头的制导弹药,设计了次最优中制导律,以满足卫星制导与激光制导两种模式的交接要求。由于涉及到时变系统的解析求解,一般情况下,带多约束条件最优制导律的设计非常困难。利用以下的方法来解决这一问题：首先根据最优控制理论确定次最优中制导律的结构框架,然后根据该框架反向推导出变参数的合理常数替代值。利用设计的次最优中制导律,在交接段,导引头量测视线偏差角远小于视场角,并考虑了控制能量和落地时脱靶量等方面的约束要求,具有非常简单的形式,仅较比例导引律多出一项,减少了制导指令计算对弹载计算资源的占用。     

复合导引头中视线角速度提取技术研究

为提高视线角速度输出精度,对舰空导弹制导控制系统的红外成像/被动微波复合导引头视线角速度提取技术进行了研究。基于复合导引头在红外比例阶段和红外随动阶段的跟踪原理,采取微波截获时红外框架随动的方式,在导弹全程跟踪过程中根据红外位标器系统提取视线角速度的方法。分析了由陀螺角速度与误差角微分速度和、陀螺角速度与误差角微分速度通过卡尔曼滤波,以及由框架陀螺直接给出敏感到的角速度三种求取目标视线角速度方法,认为后两者的精度易受延时、干扰或滤波发散的影响,选用第一种方法,并采用低通滤波器提高视线角速度提取精度。给出了误差角微分信号和陀螺信号先滤波后匹配,以及先匹配后滤波两种方式的工作原理。仿真结果表明:两种方式结果基本相同,均可实现导引头视线角速度的提取,先匹配后滤波的计算量小,可优先选用。研究对提高舰空旋转导弹复合导引头的制导性能有一定的参考价值。     

基于NHDO的机动目标拦截攻击角度约束导引律

为了精确控制导弹在有限时间内以期望攻击角度拦截机动目标,采用将导弹自动驾驶仪简化为惯性环节的方法,结合终端滑模控制理论设计了一种带攻击角度约束的有限时间收敛制导律。为了滤除视线角速率噪声,提出一种非线性跟踪微分滤波器对噪声进行滤波,建立了考虑滤波的制导系统状态方程,基于此方程设计非齐次干扰观测器,用于目标机动不确定项的估计补偿。仿真结果表明,所设计的制导律能达到对视线角速率有效滤波,对目标机动状态精确估计的目的,克服系统动态延迟对制导精度的不利影响,满足攻击角度和制导精度的双重要求。     

基于卡尔曼滤波的成像旋转弹跟踪系统设计

针对采用捷联稳定方案的旋转弹,为实现用数字计算方法提取比例导引所需的弹目惯性视线角速率信号,对一种基于卡尔曼滤波的成像旋转弹跟踪系统设计进行了研究。将目标的随机加速机动视作修正的瑞利-马尔科夫过程,与视线运动方程联立,建立了机动目标跟踪系统数学模型。由稳定平台的惯性测量元件实现对弹体姿态角的计算,另通过大视场捕获目标,获取目标相对光轴的误差角,综合两者可得目标相对惯性空间的视线角,对视线角进行数字微分获得视线角速度。其中,为避免放大测量噪声,采用自适应卡尔曼滤波法估计视线角速度。闭环仿真结果表明:与低通滤波算法相比,自适应卡尔曼滤波算法的精度高,对测量噪声抑制好,可获得比例导引所需的惯性视线角速率和跟踪角误差的滤波值,从而实现高精度控制。     

RLV末端能量管理段轨迹在线规划与制导

针对可重复使用飞行器（RLV）末端能量管理段利用数值优化算法在线规划轨迹的实时性无法保证,工程应用性差的问题,在末端能量管理段的航向调整段（HAC）轨迹前增加直线预测捕获段(PASL),并在该阶段提前完成末端区域能量管理(TAEM)段轨迹的在线规划,从而降低工程中对轨迹在线规划方法实时性的高要求。首先,通过求解零气动角下的质点运动方程解析解,得到直线预测捕获段结束点的飞行状态预测值作为TAEM段轨迹的初始点状态。然后,在线求解以航向调整段进入点飞行器航向角偏差最小为目标函数,以动压、过载和速度滚转角限制为约束的非线性规划问题,得到航向调整螺旋线中心的最优位置。最后,设计了以规划轨迹确定的标称气动角指令为前馈,以跟踪偏差的比例+微分律生成指令(PD)为反馈的TAEM段制导律。算例仿真校验了本文基于弹道预测的末端能量管理方法的有效性。     

基于外部信息源的临近空间飞行器中制导研究

针对用于高超声速巡航飞行器拦截的临近空间飞行器,提出了基于预测校正算法的中制导方法,基于外部预警系统所提供的目标信息,通过对影响末制导段拦截精度的空间交会角分析,给出了中制导虚拟终端目标的生成方法。利用基于单纯形算法的最优化求解算法进行预测校正算法的实现。针对中制导的实现特点,分别建立了适合的目标函数、预测方程和迭代优化算法。最终,通过仿真验证了算法的可行性和有效性,仿真结果标明,对于最大升阻比为2的飞行器,所提出的算法可基于目标的运动实时进行中制导轨迹的调整,到达期望的中制导终端点。最大位置偏差不超过500m,速度偏差小于10m/s,航迹倾角和航迹偏角小于2.5°和3.0°。     

自适应渐消EKF方法及其在卫星跟踪中的应用

针对在系统不能确切建模或模型误差随时间改变等场合下,传统扩展卡尔曼滤波方法及其改进算法估计误差较大甚至引起滤波发散等问题,将基于新息序列对状态噪声协方差矩阵实时估计的方法引入到渐消EKF中,提出了一种自适应渐消扩展卡尔曼滤波方法,推导了相关公式并详细给出了新方法的计算流程。采用单星对卫星仅测角被动定轨跟踪的例子对算法性能进行了对比分析。仿真结果表明,与传统EKF方法及其改进算法相比,该方法在估计精度、滤波收敛速度以及对初始状态误差的适应性等方面,显著提高了非线性滤波器的性能。     

航天测控系统卫星鉴定技术研究

针对基于卫星的航天测控系统精度鉴定技术开展了深入的分析和研究,提出了较为全面的卫星鉴定的思路和技术途径。在时序比对统计方法的基础上对利用卫星进行系统误差分离的方法展开了深入研究,并将比对估计统计方法和"EMBET"自鉴定方法有机结合起来。通过可行性分析和工程应用充分验证了利用卫星对航天测控系统进行精度鉴定的可行性、正确性和优越性。     

关于太阳耀斑观测的地图匹配算法实现

利用海洋的镜面反射进行太阳耀斑观测,要求以星下点为中心的卫星视场必须落在海洋区内。针对如何判定卫星视场和海岸线地图的位置关系问题,文章将卫星视场构成的矩形区域与海岸线地图构成的不规则多边形区域等效为多条线段集合,并提出一种把判断矩形与不规则多边形位置关系转化成判断等效线段之间位置关系的算法。该算法与传统的线段裁剪法或多边形裁剪法比较,具有无需求取线段交点、判断次数大幅减小等优点,能够达到快速判断能否进行耀斑观测的目的。     

基于全柔性卫星模型的控制闭环微振动建模与仿真

针对高分辨率遥感卫星的微振动分析,给出了一种整星结构运动与姿态控制系统闭环的建模方法。该方法基于全柔性卫星模型,通过考虑姿态控制系统的控制律和硬件特性建立集成仿真模型,进而预测卫星在轨微振动的微振动响应和结构传递特性。文章以某遥感卫星为例,分别从开环和闭环角度给出了微振动的微振动响应和结构传递特性的结果,并进行对比分析。分析结果表明：提出的方法能够实现全柔性卫星模型的控制闭环微振动分析,相对于传统的开环仿真更接近在轨实际情况。     

中继卫星在轨动态捕获跟踪试验方法研究

针对中继卫星在轨捕获跟踪高速运动目标的动态性能测试难题,提出了一种基于静止目标（中继卫星地面站）,利用中继卫星姿态连续偏置运动模拟中继卫星与用户航天器之间的相对运动,开展中继卫星在轨动态捕获跟踪测试方法的研究。仿真分析和在轨试验结果验证了该方法的有效性,从而为我国首次天基数据中继试验任务的顺利完成奠定了基础。     

姿态对地指向不断变化成像时的偏流角分析

 针对敏捷卫星在三轴姿态机动过程中同时进行推扫成像的偏流角问题,基于线阵TDICCD推扫成像原理,分析了动态成像过程中的偏流原理,通过速度矢量法推导出动态成像方式下的偏流角数学解析表达式。数值仿真分析表明：当相机推扫速度方向与星下点速度方向的夹角η为0°（沿航迹方向推扫成像）或180°（沿航迹反方向推扫成像）,偏流是由地球自转产生的,数值较小;当夹角为0°＜η＜180°时,偏流是地球自转和轨道运动共同产生的,偏流角数值较大;当夹角η=90°（垂直于航迹方向推扫成像）时,偏流角随地理纬度的增大而增大。基于以上结论,采用姿态偏航控制对偏流角进行调整,可以实现在三轴姿态机动过程中开启光学有效载荷进行推扫成像的动态成像技术。     

一种新的卫星导航跟踪段欺骗攻击检测方法

针对中、低动态环境下,卫星导航系统跟踪段存在的欺骗式干扰信号的检测问题,提出一种基于载波相位跟踪谱分析的欺骗检测方法。该方法利用跟踪环路鉴相器输出信号的频谱特性与环路中是否存在干扰信号密切相关,通过对鉴相器输出信号进行谱分析,建立欺骗检测模型,实现了欺骗信号检测。仿真结果表明,利用该方法,在干信比大于4dB时,通过设置合适的判决门限,采用256点以上快速傅里叶变换,在虚警率不超过0.5%的情况下,能获得100%的检测概率,对跟踪段的欺骗信号具有很好的检测效果。     

一种导航星座星间链路拓扑设计方法

利用星间测距和通信实现卫星自主导航是下一代导航星座的发展方向之一.为了确定星间测距和通信链路的网络拓扑结构,对walker24/3/2星座的卫星之间几何可见性、卫星天线之间的可见性进行了研究,给出了可见性判断条件,并针对三条轨道相互垂直的情况,推导了星间几何距离随时间变化的公式.对天线扫描区域为±60°对地圆锥的情况进...     

合成孔径雷达卫星定位误差源分析

根据合成孔径雷达（ＳＡＲ）星等斜距民我普勒频移的曲线相交和扁椭圆地球模型、多普勒频率漂移与卫星至目标斜距联立方且的解，详细阐述了ＳＡＲ星地面目标图像像定位原理。着重分析了平台星历、回波时延、目标高度、多普勒中心频率和时钟等误差与定位精度的关系，最后举例说明误差源的属性。     

超低轨卫星气动参数及转动惯量在轨实时辨识

给出了超低轨卫星气动参数和转动惯量的在轨实时辨识方法。针对超低轨卫星所处的稀薄流环境,建立了镜面-漫反射模型稀薄流散射系数的傅里叶级数模型。根据卫星姿态动力学与运动学方程推导了傅里叶级数模型中各气动参数以及卫星转动惯量的线性观测模型。以采用气动主动控制方式的近地圆轨道纳星为仿真对象,用递推最小二乘法进行在轨实时辨识,辨识结果与设定值一致。方法对卫星在轨实时控制时需获取高精度的气动力矩和卫星真实转动惯量有重要的意义。     

北斗三号卫星共视时间比对性能分析

为评估现阶段北斗三号卫星共视时间比对性能，基于中科院国家授时中心(NTSC)和捷克光电研究院(TP)各自保持的国家时间基准系统，开展了基线长度约7500 km的北斗三号卫星亚欧共视时间比对试验。首先从单站北斗卫星可视数及其卫星高度角两方面进行了分析，然后利用频率响应法确定Vondrak滤波平滑因子后对共视比对数据进行了降噪处理，最后将北斗三号卫星共视时间比对结果与北斗二号卫星及GPS共视时间比对结果进行了比较。结果表明：在当前北斗全球组网阶段，北斗三号卫星在中捷共视可视卫星数比北斗二号卫星少的情况下，其共视时间比对精度达到1.16 ns，较北斗二号提升约19%，10000 s以内的时间和频率稳定度也优于北斗二号。