低成本动中通姿态估计算法

针对低成本微机电惯性测量单元无法满足宽带移动卫星通信系统姿态估计精度的问题,提出了以单基线GPS为辅助敏感器的改进型非线性观测器姿态估计算法。与经典观测器相比,改进算法利用观测器估计姿态代替加速度计估计姿态计算北向矢量的观测矢量,有效解决了加速度计精度与单基线GPS精度不匹配的问题。在单基线GPS不能正常工作的状态下,设计了状态判断开关,成功减少了载体机动加速度对估计结果的影响。试验结果表明：在单基线GPS一直正常工作的条件下,设计的改进非线性观测器的姿态估计精度达到±0.5°;在单基线GPS不能一直正常工作的情况下,在GPS可见弧段其姿态估计精度也达到±0.5°,均优于传统非线性观测器,满足低成本动中通要求。     

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。     

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。     

空间转移飞行器自主导航系统SINS／GPS／SS的卡尔曼滤波器降阶方案

基于Kalman滤波的Strapdown Inertial Navigation system/Global Positioning System/star sensor(SINS/GPS/SS)组合导航系统已被研究用于满足空间转移飞行器自主导航能力的需求.为提高该方案实时性,论文提出两步降阶简化设想.第一,在星敏感器精度较高且保持稳定的前提下,认为绝对姿态(四元数)误差较小,可忽略组合系统速度误差通道中的姿态四元数误差,实现姿态四元数误差与速度和位置误差的解耦,进而将原滤波器简化为分别估计姿态四元数误差和估计速度、位置误差的两个完全独立的降阶滤波器;第二,针对估计位置、速度误差的滤波器,采用噪声等效思想.简化加速度计误差模型,进一步降低滤波器维数.此时,原16维滤波器将被化分为两个同时运行的7维和6维降阶滤波器.仿真表明在计算量明显下降的同时,该降阶滤波器和原滤波器估计效果却相当.证实这种思想具有一定的可行性.     

高斯混合模型优化的四元数约束CKF姿态估计

针对四元数非线性滤波在姿态估计中噪声为非理想高斯分布时随机模型的失配现象，提出了一种基于高斯混合模型的四元数约束容积卡尔曼滤波（GM-QCKF）。讨论了四元数在容积卡尔曼滤波中的加权均值方法，并利用高斯混合模型对高斯分量更新与求和从而精化随机模型，最后通过两步投影理论做归一化限制，有效地改进了四元数约束容积卡尔曼滤波的稳定性。通过仿真测试，表明GM-QCKF可明显提高姿态估计精度；跑车试验验证了GM-QCKF算法在实际应用中精度和稳定性的优势。     

基于盒粒子滤波的低成本皮纳卫星高效姿态确定算法

针对低成本皮纳卫星姿态确定系统在质量、体积、计算量以及能耗等方面的限制问题，本文基于区间分析理论提出了卫星姿态区间化描述方法并建立了运动学区间化方程，提出了基于盒粒子滤波(BPF)的皮纳卫星姿态确定算法。该算法首先采用双矢量算法对太阳敏感器和磁强计得到的量测进行姿态解算，并将解算出的姿态四元数作为伪量测值输入传递给BPF，从而降低敏感器噪声对估计精度的影响。仿真实验表明，相比于传统粒子滤波的姿态确定算法，本文所提出的BPF姿态确定算法能够在保证姿态确定精度的同时大幅缩短算法运行时间。     

基于ANFIS自调整EKF的微卫星姿态确定研究

针对太阳敏感器、磁强计以及惯性陀螺组成的微卫星姿态确定系统，设计了有陀螺测量和基于四元数差分法的无陀螺测量两种广义卡尔曼滤波器（EKF）。由于EKF设计复杂，通常参数计算和调整依赖地面系统，现应用自适应神经模糊推理（ANFTS）进行EKF的参数自调整；使用四元数避免了欧拉角法的奇异问题；采用高斯-牛顿误差最小法显著减少直接使用EKF的计算量。设计仿真数据进行算法验证，结果表明该方法能成功地得到姿态估计，ANFIS可以提高EKF精度，增强鲁棒性，而且便于最优的在轨自主导航。     

GPS辅助MIMU静止条件下的初始对准方法

当载体处于静止状态时,针对微惯组测量噪声大,尤其是陀螺仪误差较大,不能辨别地球自转角速度,造成捷联惯性导航系统不能实现自对准的问题,采用GPS辅助微惯组进行初始对准。在粗对准过程中,通过加速度计输出信息解算水平姿态角,GPS解算航向角实现。在精对准过程中,建立四元数的状态空间模型,采用改进的自适应卡尔曼滤波算法估计四元数。仿真实验表明,采用滤波的方法,可以有效降低初始姿态角的估计误差,且载体的初始水平姿态角小于5°时,水平姿态角误差估计在5'之内,航向角误差估计在15'之内。     

矢量观测确定卫星姿态的预测粒子滤波算法

在矢量观测的基础上,针对单独的星敏感器定姿,提出了一种将粒子滤波(PF)和预测滤波相结合的姿态确定算法,通过设计粒子初始化,结合重要性采样、重采样和规则化等手段,成功地将姿态四元数作为状态粒子进行更新和传递,避免了状态方程的线性化和协方差矩阵的计算;利用预测滤波算法估计模型误差和姿态角速度,在保证滤波精度的同时,有效降低了粒子滤波器的维数.实验在某对地观测通用小卫星平台上进行,选取卫星自由飞行状态和飞轮控制对地稳定模式,分别对滤波器进行了仿真,实验结果验证了该算法对本质非线性、非高斯的卫星姿态估计问题具有快速的收敛性能和良好的稳定精度.该方法还为粒子滤波器的设计和无角速度敏感器测量的飞行器姿态确定提供了借鉴.     

GPS/速率陀螺组合Kalman滤波姿态确定算法研究

建立了GPS／速率陀螺组合姿态估计系统的模型，研究比较了三种典型的Kalman滤波姿态确定算法：状态扩充法、量测量求差法和时变噪声估计跟踪自适应滤波算法。给出了某航天器采用GPS／速率陀螺组合姿态确定的仿真计算结果，并对结果进行了分析。结果表明，与传统Kalman滤波算法比较，时变噪声跟踪自适应滤波算法和量测量求差滤波算法能较好地消除GPS测量中相关时变噪声的影响，提高姿态确定的精度；而且时变噪声跟踪自适应滤波算法能很好地消除由于噪声统计性能的不确定性对Kalman滤波的影响，提高姿态确定系统的性能。     

基于LMS算法的自适应数字预失真技术研究

文章研究了基于查找表LUT方法的功率放大器自适应数字预失真技术。针对传统的基于线性收敛算法的自适应收敛速度较慢的不足,文章根据自适应滤波理论中的LMS算法,推导并仿真验证了适用于功率放大器自适应数字预失真技术的LMS算法,并从功率放大器的传输特性、输出频谱等方面将此算法与线性收敛的Rascal算法进行比较,仿真结果表明了LMS算法收敛速度更快、预失真效果更好。     

基于神经网络与自适应控制的系统重构方法

针对可重构飞行控制系统提出一种基于神经网络的抗扰动方法,其核心是运用神经网络的函数逼近能力去抑制非线性形式且动态特征未知的扰动。同时提出一种基于输入误差的自适应模型跟踪控制算法,可以保证系统在发生故障或局部损坏时的安全性和稳定性。将神经网络与自适应控制结合,从而降低扰动对故障检测和系统重构的影响,进而有效的降低故障误报率,提高系统的安全性。通过一个具体航空系统的仿真结果证实了该方法的有效性。     

基于北斗Ka星间链路的地面用户导航方法

针对导航系统L频段信号易受到有意或无意的干扰和欺骗，而导致地面区域性导航服务性能下降甚至失效的问题，提出了一种利用北斗Ka星间链路信号为地面用户提供导航服务的方法。首先，对该方法的可行性进行了研究，并给出了星间链路时分体制下的用户测距模型;然后，提出了基于时钟模型和惯导信息的测距值历元归算方法，并推导了基于北斗星间链路测距值的地面用户实时定位算法;最后，通过数值仿真分析了不同因素对算法性能的影响。仿真结果表明，该方法定位精度可达2.0 m以内，能够在一定程度上弥补L频段导航信号区域性失效带来的缺失。     

基于蚂蚁算法的星上ATM交换结构

对于卫星ATM交换系统，星上ATM交换结构的设计是一个非常重要的部分。由于卫星通信具有带宽有限、时延受限、信道误码率高等特点，因而设计星上交换结构时必须尽可能降低交换时延，减少内部阻塞。为此，提出一种基于蚂蚁算法的星上ATM交换结构，并对此方案进行了分析和仿真。结果表明，该结构由于采用了蚂蚁算法和阻塞规避方案，有效改善了信元时延和信元丢失率等性能。     

基于FFT的扩频信号快速捕获技术研究

在扩频通信系统中,扩频信号的快速捕获是系统功能实现的关键技术之一,同时也是一种非常重要的抗干扰手段。文章首先介绍了基于FFT的扩频信号快速捕获方法的原理,其次,针对具体实现中的一些难题,给出了采用平均相关处理的FFT快速捕获的具体实现方法,叙述了该方法的实现过程,并给出了仿真分析结果。     

基于GPS及其与磁强计组合的姿态确定算法研究

提出了一种组合敏感器定姿算法，针对卫星上同时装备有磁强计与全球卫星定位系统（GPS）的情况，利用两者的测量信息，在卡尔曼滤波算法的基础上，对两者信息融合定姿算法进行了设计和仿真，旨在提高卫星自主定姿精度和可靠性，结果表明，组合定姿算法使姿态确定的精度得到提高。     

多信息融合组合导航半物理仿真系统设计与实现

导航算法是组合导航系统中的关键技术。为了验证导航算法的性能, 以导航算法能最终实现工程应用为背景,文中研究了一种以RS-232串行通信为基础,采用分布式仿真结构的多信息融合组合导航半物理仿真系统。根据系统工作原理,搭建了硬件平台,设计了系统的整体信息交换流程和各分系统之间的数据通信协议,利用MSC6.0和VC++6,0编制了传感器仿真程序,导航仿真程序,以及导航监控程序。最终完成了整个系统的实时联调。系统实时联调结果表明,该系统能够直观有效地验证各种导航算法的导航性能,从而为导航算法移植到工程应用中提供了有益的参考。     

火箭喷管极性自动化测试系统的改进设计研究

使用计算机视觉方法进行的发动机极性自动化测试是火箭地面测试中重要的测试环节，该环节存在进一步改进和提升的空间。将递归全对场变换（Recurrent All-pairs Field Transforms, RAFT）光流算法替代传统光流法检测技术用于发动机喷管实时运动监测，并根据现场测试场景对光流算法进行了优化，提升了运动检测速度与测量精确度，使自动测试系统具备了摆角的估测能力；在软件系统设计层面，引入差异图像直方图法监听法辅助喷管动作识别，避免了光流法对于未处在监测流程中的摄像头的冗余监听资源消耗，降低了系统硬件设备的负载，同时实现了一种可视化在线判读软件的设计。提出的软件与算法方面的改进在当前已投入使用的极性自动化测试系统上实现了进一步的优化。     

基于EKF算法的单站无源定位跟踪研究

针对无源单站定位系统中观测方程非线性的特点,给出了一种适用于非线性的卡尔曼滤波估计改进算法——EKF算法。以方位角和方位角变化率为观测量,建立了EKF算法模型。仿真结果表明EKF算法具有收敛速度快,定位精度高的特点,可以提供较高精度的单站无源定位跟踪结果。     

基于偏差信息的星载计算机系统负载平衡算法的研究

相邻结点负载平衡算法具有计算简单、额外开销小的优点。但由于采用局部的观点平衡负载，限制了结点信息得到的范围，使得系统在某种情况下达不到全局平衡，本文提出了基于偏差信息的星载计算机系统负载平衡算法，它改变了结点传递的实际负载信息，使修改后的负载信息能体现出结点及其周边结点的负载形势，以此弥补了相邻结点负载平衡算法的不足，并将其应用在星载计算机系统上，首先，介绍了相邻结点负载平衡算法及其存在的不足；其次，描述了基于偏差信息的星载计算机系统负载平衡算法，最后，通过仿真实验，给出了这种算法同其它几种负载平衡算法的比较，并证明了它的正确性与可行性。