一种基于局部球面约束的GPS单频瞬时定向方法

GPS单频瞬时定向具有高精度、低成本和无需周跳检测等诸多优势,但成功率依赖于高精度的伪码测距辅助,同时对可见星数目也较敏感,不利于载体在城市峡谷等遮挡环境中的应用。针对此问题,提出一种带有局部球面约束的整数最小二乘估计方法,算法不依赖于高精度的伪码测距辅助,并充分将姿态角概略信息融入到短基线观测模型中,增强了模型强度,提高了定向解的可靠性。实际试验表明,本方法可以显著提高整数最小二乘的成功率,适用于卫星可见性受限环境下的定向解算。     

压缩感知与最小二乘联合的卫星姿态抖动估计

卫星在轨运行时姿态存在一定频率的抖动,目前的星敏感器和陀螺等测量仪器受限于测量频率,无法直接测量高频抖动。提出了一种压缩感知和最小二乘相结合的卫星姿态抖动估计方法。根据姿态抖动中的频率稀疏信息,通过压缩感知方法从姿态欠采样数据中恢复出抖动频率,进一步利用最小二乘方法,精确估计出卫星姿态的高频抖动。与单纯采用压缩感知方法或最小二乘方法相比,该方法提高了卫星姿态抖动的估计精度。     

基于地轴矢量解算的SINS无纬度支持自对准方法

针对无纬度条件下SINS初始对准问题，提出了一种基于地轴矢量解算的对准方法。在静止基座下，利用陀螺仪敏感地轴矢量，直接建立导航系轴向矢量在载体系的正交投影，解析式确定姿态矩阵；晃动基座条件下，根据惯性系重力矢量观测，构建以地轴矢量为旋转轴的两组等角旋转矢量序列，利用QUEST算法求解旋转四元数实现对地轴矢量的优化解算，并以此建立导航系轴向矢量的载体惯性系投影，最后利用陀螺跟踪载体系相对惯性系的变化，确定载体系相对导航系的姿态关系。静止基座解算实验表明直接解析式对准与传统的解析式对准精度相当，但解算效率得到了提高；晃动基座仿真与船载实验均表明基于四元数的地轴矢量优化解算在精度上要优于三矢量几何解算方法，引入低通滤波环节后，对准精度进一步提高。     

观测值质量定权的北斗多模导航RNP性能评估方法

依据伪距测量误差与载噪比随机模型描述的卫星导航观测值质量,确定加权最小二乘法权矩阵。基于加权思想对北斗多模导航系统的精度、可用性及RAIM预测等RNP基础性能进行评估,准确反映北斗多模导航系统民航应用所需导航性能。仿真实验表明,观测值质量定权的方法可以改善卫星导航系统的加权解算模型,提高BD2/GPS双模导航系统的导航精度。在"北斗二代"导航系统公开服务区域测试及"北京-上海"航路测试中,BD2/GPS双系统加权RNP性能评估结果满足国际民航组织对卫星导航系统民航应用的要求,且优于单一系统。     

镜像映射在GPS数据处理中的应用

为改善全球卫星定位系(GPS)分基线观测方程系数矩阵所构成的正则矩阵列向量呈现的强复共线性(病态)，利用镜像映射原理，对矩阵进行Householder变换，减弱病态性对参数最小二乘解的影响。算例表明，这对GPS差分快速基线解算具有一定的实际意义。     

应用GPS载波确定载体姿态

本文简述了利用GPS载波相位技术进行载体姿态确定的原理，比较了目前已有的多种整周模糊度求解算法，选用最小二乘法进行了载体定姿实践，减少了备选整周模糊度的组合数，并采用多种约束信息来剔除不正确的模糊度组合，结合实验，指出了载体姿态变化和整周模糊度搜索速度的关系，提出了一种模糊度确定的辅助方法，并给出了应用算例。     

一种基于UKF滤波器的卫星定位算法

针对基于通用最小二乘迭代法的卫星定位解算方法在定位精度和鲁棒性等方面的不足,提出了一种基于UKF(Unscented Kalman Filter)滤波器的卫星定位解算方法。该方法直接利用GPS接收机测得的伪距和多普勒频移作为观测量,对接收机的位置和速度进行估计。经过工程上的实际验证表明:与基于通用的最小二乘迭代法的卫星定位解算方法相比,所提出的基于UKF滤波器的卫星定位解算方法的定位结果有更高的精度和更强的鲁棒性。     

一种新的GPS单频单历元定姿算法研究

将全球卫星定位系统(GPS)单历元的L1波段的载波相位和码相位观测方程进行组合求解整周模糊度的浮点解。基于对浮点解与固定解间关系的分析,提出了一种将低精度浮点解映射到固定解的方法,降低了最小二乘降相关平差(LAMBDA)算法对高精度浮点解的依赖性,避免了多个历元求解高精度浮点解,实现了单频、单历元的整周模糊度估计。实际数据测试结果表明:算法的成功率大于95%,能有效地实时解算动态姿态。     

基于非线性约束的参数估计方法及其在轨道确定中的应用

基于非线性约束条件研究了一类不能求解析解的微分方程系统模型的参数估计方法.通过非线性系统模型和观测模型的线性化,用线性模型理论推导了非线性约束条件下的参数估计方法,设计了全局最优解的高斯牛顿迭代算法.某卫星轨道确定算例表明:该参数估计法的卫星轨道确定精度较传统最小二乘法提高约50%.     

GPS精密定向研究的实验

本文利用GPS三个天线的载波相位信息，先用三差法求出基线的初解，在此基础上再借助模糊度函数搜索初解，最后用双差法得到最终精确解，同时得出姿态角。文中主要结果是：基线相对定位精度达亚毫米级，定向精度在1米基线时为0.01度，基线越长，定向精度越高。     

嫦娥三号探测器连续姿控的轨道动力学模型补偿及实现

针对嫦娥三号探测器的连续姿控喷气对飞行轨道产生的扰动影响,在精密定轨中建立了经验力补偿模型,并使用最小二乘估计算法计算经验力模型参数与探测器轨道。通过重叠弧段轨道精度评估法对该模型补偿效果进行了验证,结果显示,定轨预报的星历误差以及拟合残差均有所改善,特别是环月轨道的定轨精度由百米量级提高到十米量级。     

Regularized robust filter for attitude determination system with relative installation error of star trackers

As one of the most critical issues for high-accuracy satellite attitude determination, the relative installation error of star tracker usually leads to inconsistency of the output attitude information. In this paper, an approach named regularized robust filter algorithm is proposed to control the relative installation error of star tracker in the attitude measurement data. Based on the uncertainty model established for the attitude measurement system, the weighted least square solution is presented and the regularized robust filter is deduced firstly. The algorithm parameters are then optimized with the design indices in order to minimize the upper boundary for the variance of the estimated error. Compared with the traditional Kalman filter, the regularized robust filter takes into consideration the effects of model uncertainty, which can be used to optimize the filter parameters during its design stage. Thus, the information of both the system model and the measurement data can be applied effectively. Moreover, the existence conditions need not be validated in the proposed filter algorithm, which is convenient for on-orbit application. Finally, simulation results demonstrate the validity and efficiency of the proposed method. The relative installation error of attitude determination is mostly reduced and the estimation precision is improved greatly.     

一种海洋测高卫星质心在轨估计算法

为了满足海洋测高卫星在轨质心位置精度的要求,提出了一种使用陀螺仪测量数据在轨估算卫星质心位置的算法。该算法利用推力器工作产生外力矩,采用总体最小二乘法,综合考虑了实际推力器推力的误差及陀螺仪的测量误差,由卫星的姿态动力学方程估算得到卫星质心位置。数值仿真证明了该算法的有效性,结果表明质心位置的估计精度在毫米量级,可以满足海洋测高卫星对质心位置精度的需求。     

药柱结构完整性分析模型参数的确定

由应力松驰实验数据得出药柱粘弹性材料参数，是用NASTRAN进行药柱结构完整性分析的基础。分析了Burgers粘弹性材料模型的函数性质，提出了用用分段加权目标函数逼近法，对不同时间段的实验数据取不同的权值来拟合出粘弹性能参数。结果表明，该方法比最小二乘法有更好的效果，更适用计算机药柱的长期储存与寿命预估。     

空间交会相对状态测定与控制

阐述航天器交会对接最终逼近段相对状态测定与控制算法。测定算法适用于计算机视觉系统,根据标志点构型几何特征,建立非线性测距方程组并构造加权目标函数。对非共面标志点构型（如3点T型与5点锥型）和共面标志点构型（如正方形、矩形、菱形）,目标函数均含标志点间距比率关系项;对共面构型,目标函数还包含共面条件项。按最小二乘法,采用Gauaa-Newton数值迭代法求解测距最佳值;对共面标志点四边形构型,利用对角线交点的虚影像坐标确定测距求解迭代初值。获得测距后即可应用四元数估算法确定相对姿态与相对位置。对相对姿态控制算法,给出相对姿态运动学与动力学方程,讨论相平面法与四元数反馈法的控制设计方法。相平面控制法应用常值推力,针对小姿态角机动的特点,将相对姿态通道解耦为三个独立的二阶子系统,设计相平面推力方向切换函数;四元数反馈法应用本征轴旋转的线性二阶系统瞬态响应特性,选择相对四元数与相对角速率反馈增益系数,确定控制力矩。对相对位置控制算法,将实际位移对标称位移之差作为控制变量,阐述所需速度增量最小的双冲量机动。大量模拟计算结果表明相对状态测定与控制算法是有效的。     

基于最小二乘支撑矢量机的陀螺漂移预测

为提高支撑矢量机(SVM)标准算法速度和解决大规模问题,研究了SVM的最小二乘回归算法,并给出了计算模型。对陀螺仪漂移预测的结果表明,最小二乘SVM算法的精度与标准算法相近,并可解决大规模数据问题,在工程实践中具有其有效性和可行性。     

天线组阵中相位差的递推最小二乘估计与滤波

相位差的估计精度是影响深空网天线组阵中信号合成性能的关键因素。利用天线组阵S UMPLE或SIMPLE相关算法中相位差估计值之间的几何关系,提出了相位差变化率的最小二乘 估计,并在此基础上提出了相位差的递推最小二乘滤波方法。经过理论分析和仿真实验表明 ,所提出的方法能够大大提高相位差的估计精度;对于给定的例子,估计精度提高了接近两 个数量级。相位差经滤波后,天线阵的信号合成性能显著增强,从而大大提高对深空通信中 微弱信号的数据接收能力。
     

太阳矢量在行星际探测器姿态估计中的应用研究

在基于矢量观测的行星际探测器姿态确定中,参考矢量的几何关系是影响姿态估计精度的一个重要因素。针对这一问题,本文提出了一种利用太阳矢量来提高探测器姿态估计精度的最优算法。该方法在引入太阳矢量的基础上,将星敏感器测得的姿态四元数转化为两个互相垂直的参考矢量,并根据敏感器的测量精度计算相应的规范化权值系数;结合姿态四元数估计算法,给出最小二乘意义下的探测器最优姿态估计。最后,以深度撞击任务的实际飞行数据对本文所提算法进行验证。仿真结果表明,引入太阳矢量后的三轴姿态角估计误差小于150μrad,完全满足深度撞击任务的要求。     

基于地月信息的奔月探测器自主光学导航

基于地月信息提出了一种奔月转移轨道的自主光学导航算法。该算法首先利用导航相机得到的地球和月球边缘图像与地、月几何形状模型，运用扩展源的空间获取算法导出地心和月心对应的像素，然后利用地心和月心像素、探测器的惯性姿态和该观测历元的地、月星历信息，通过基于UD分解的递推加权最小二乘算法确定了探测器轨道。还引入导航系统的可观度定义来分析了导航系统的可观性，数学仿真结果表明导航的位置误差小于30km，速度误差小于0．3m／s，证明该自主光学导航算法是有效的。     

基于磁力计、IMU和单目视觉的自主定位方法

基于单目视觉与惯性测量单元(IMU)融合的SLAM(simultaneous localization and mapping)技术,具有硬件成本低、体积小和消耗计算资源少等优点,在移动机器人导航系统中得到了广泛的应用。单目视觉SLAM系统主要通过求解对极几何来解算位姿,但当平移为零时(仅存在姿态旋转运动),存在解算漂移的问题。通过将磁力计的数据融合到单目视觉SLAM算法中,不但可以解决纯旋转情况下姿态解算漂移问题,还可以提高解算精度。物理仿真实验的结果表明,与传统的SLAM算法相比,本文提出的基于磁力计、IMU和单目视觉融合的算法具有精度高、鲁棒性好的优点。