预测-校正EKF算法在自主导航中的应用

为提高航天器自主导航系统非线性估计精度,通过分析EKF线性化方法的缺 点,基于数学分析理论研究了非线性函数线性化展开点以及雅可比矩阵取值点不同对线性化 逼近程度的影响,然后对传统EKF算法的线性化展开方式进行了改进,提出了一种基于中值 定理和平滑估计的预测-校正EKF（FR\|EKF）新算法。仿真结果表明,该算法在精度上优于 EKF算法。     

对接靠拢段的一种相对导航算法研究

自主相对导航技术是空间交会对接靠拢段的关键技术之一。Unscented卡尔曼滤波(UKF)是基于Unscented Transform(UT)变换的一种新型滤波器,它避免了扩展卡尔曼滤波(EKF)的线性化误差,不必计算Jacobian矩阵,而且其状态估计精度要比EKF的高。本文研究了基于UKF滤波器的自主相对导航算法。该算法根据追踪航天器上交会雷达的测量值,采用UKF滤波器对追踪航天器和目标航天器之间的相对位置和速度进行了估计,仿真结果表明该算法可以满足位置和速度估计精度的要求。     

地形匹配相关算法融合处理

针对地形统计模型产生的模拟数字地图，采用地形熵算法、扩展卡尔曼滤波、地形局部线性化等地形匹配系统的相关算法，对由地形雷达测得的面数据和高度表测得的点数据进行融合处理。仿真结果表明，两种数据的结合，可使匹配精度比融合前提高70％以上。     

基于三维地形匹配的月球软着陆导航方法研究

针对月球探测器定点着陆任务的需要,研究了基于三维地形匹配的导航方法。对三维地形匹配问题,将高程方差图局部极值点作为三维地形特征,在构建地形特征之间的相对位置与角度不变量的基础上,提出了基于投票的三维地形匹配策略。针对测量噪声统计特性的不确定性,将Sage\|Husa噪声估计算子与迭代卡尔曼滤波相结合,通过对测量噪声进行在线估计有效避免滤波精度下降甚至滤波发散的出现。数字仿真结果表明所研究的导航方法能够有效地实现探测器相对位置和姿态的精确估计。     

基于轨迹线性化方法的导弹动态逆控制系统设计

基于动态逆控制及轨迹线性化方法,研究了一种新的导弹鲁棒自适应控制系统设计方法.首先,基于导弹的非线性模型设计快、较慢回路的动态逆控制器,以实现其非线性解耦;然后,在较慢回路中设计鲁棒自适应轨迹线性化控制器,以补偿整个控制系统的不确定性及干扰,即在轨迹线性化控制的基础上,通过设计RBF神经网络在线估计系统中存在的不确定性...     

预警卫星对主动段弹道跟踪算法研究

针对预警卫星视线(LOS,LIne-of-Sight)测量下对弹道导弹目标的跟踪问题,传统的方法(如EKF)存在易发散、不稳定的现象.引入一种更为稳健和有效的滤波估计算法UKF,其通过特别选取一些样点,给出随机变量经过非线性变化后的均值和方差,从而得到滤波器基于非线性方程的更新,避免了非线性方程的线性化.解析表达了导弹推力加速度值和导弹在重力作用下姿态的变化特性,提出了基于弹体旋转的主动段运动方程.通过Monte-Carlo仿真,与其它算法比较,说明该算法跟踪性能更好,在空间预警系统应用中具有较好的适应能力.     

一种机动目标无源定位的新方法

目前对仅用测角信息的单站无源定位问题的研究,主要是基于固定辐射源目标以及匀速直线运动的辐射源目标,而在实际应用中目标常常是机动的.由此,提出了一种可调白噪声UKF方法.该方法在机动目标跟踪中使用可调白噪声模型方法,它不需要假定目标的机动加速度模型,而是通过检测跟踪滤波器归一化新息平方来调整过程噪声,从而实时地修正估计结果.同时算法对量测模型非线性问题采用UKF予以解决,不仅能克服EKF中引入的较大线性化误差对机动目标跟踪算法性能的影响,而且算法实现简单.最后将该算法与三种机动目标被跟踪算法相比较,仿真结果验证了提出算法的优越性.     

一种改进的空间载人机动装置参数辨识鲁棒投影算法

空间载人机动装置(MMU)在进行救援过程中,其动力学参数存在很大的不确定性.为解决这一辨识问题,本文首先推导系统关于各动力学参数的线性化模型,然后结合该线性模型的特点,提出了一种用于估计动力学参数的改进鲁棒投影算法,并在理论上分析了该算法的收敛性质,数字仿真验证了方法的有效性.     

基于矢量测量和UKBF的飞越小天体自主导航方法研究

以估计航天器和小天体在日心惯性系中的位置和速度为目的,提出了基于视线矢量测量的飞越小天体自主导航方法。该方法利用导航相机和激光高度计构建航天器到目标天体的视线矢量,同时为避免系统方程线性化和离散化所带来的模型误差,采用UKBF (Unscented Kalman\|Bucy Filter)算法对相应位置和速度进行估计。分析了导航系统的能观性,并以坦普尔一号为目标天体进行仿真验证,理论分析和仿真结果皆表明了方法的有效性和可行性。
     

预警卫星对主动段弹道跟踪算法研究

针对预警卫星视线（LOS，Line-of-Sight）测量下对弹道导弹目标的跟踪问题，传统的方法（如EKF）存在易发散、不稳定的现象。引入一种更为稳健和有效的滤波估计算法UKF，其通过特别选取一些样点，给出随机变量经过非线性变化后的均值和方差，从而得到滤波器基于非线性方程的更新，避免了非线性方程的线性化。解析表达了导弹推力加速度值和导弹在重力作用下姿态的变化特性，提出了基于弹体旋转的主动段运动方程。通过Mortte-Carlo仿真，与其它算法比较，说明该算法跟踪性能更好，在空间预警系统应用中具有较好的适应能力。     

分离模块航天器综合评估方法研究

以分离模块航天器概念设计阶段的方案评估分析为目标,提出一种基于数学建模和蒙特卡洛模拟的定量化评估分析方法框架。首先,定义了分离模块航天器生命周期状态及其转移过程,建立了状态转移概率矩阵,将生命周期不确定风险因素在状态转移过程中加以考虑;进而,基于系统状态模型建立了分离模块航天器生命周期成本和净收益计算模型;然后,以生命周期成本和净收益的均值和标准差作为评价指标,提出了基于蒙特卡洛模拟的综合评估仿真分析方法;最后,采用典型设计案例进行了分析与验证。     

航天器轨迹偏差的非线性非高斯预报方法

针对航天器轨道偏差传播问题,提出一种高斯和模型与状态转移张量结合的预报方法。该方法使用多个子高斯分布加权拟合状态偏差分布,再以高阶状态转移张量分别预报每个子高斯分布,以捕获偏差分布的非高斯性,减小预报误差。将其应用到航天器二体轨道问题中,对比分析不同方法的预报结果。仿真结果表明,该方法可以逼近Monte Carlo仿真的预报精度,并显著提高计算效率,对长时间预报问题,效率提高可达数十倍。该方法面向一般的非线性系统状态偏差预报问题,尤其在长时间仿真预报时兼具很好的精度和计算效率。     

基于可逆跳MCMC的AR模型阶次判定及其在陀螺漂移预测中的应用

为消除传统方法在样本数较少时确定模型的不足,提出了一种在贝叶斯准则下将可逆跳MCMC法用于AR模型的阶次估计,以抽样的方法解决AR模型对时间序列拟合时的阶数不确定问题。给出了阶次估计算法的公式和步骤。仿真试验和某陀螺漂移模型估计的结果表明,该法预测结果与实际较为吻合。但为进一步提高预测精度,还需研究平稳性和初始状态的影响。     

多处理机并行仿真技术在战术导弹制导精度仿真中的应用

本文结合某空空弹制导精度在十亿次并行巨型机上的数学仿真,研究应用Monte-Carlo法仿真制导精度时,影响结果置信度的因素,对Monte-Carlo模拟次数取多少为有效,合适,作者提出了一种看法,同时介绍了应用多处理机并行处理技术的巨型机及其应用.     

一种基于CW方程的交会远程导引终端误差分析新方法

直接采用轨道坐标系的相对位置和速度描述交会远程导引误差会产生误差放大的不合理现象,对远程导引误差的精确分析需寻求新的误差描述与分析方法。本文在算例分析的基础上提出了一种基于CW方程的远距离导引终端误差分析新方法,并利用该方法建立误差模型分析远程导引的误差分布与传播。分析结果表明基于CW方程的远程导引误差模型能较为准确地描述远程导引终端的误差状态和后续传播情况,适合在实际工程中用于描述远程导引终端精度指标。     

基于多体仿真模型的运动机构可靠性仿真试验系统研究

以蒙特卡罗法为理论核心,利用多体运动学和动力学分析软件--LMS Virtual.Lab作为运动机构可靠性分析平台,通过Visual Basic.NET程序设计语言建立用户界面并实现对LMS Virtual.Lab的调用,以进行运动机构的可靠性仿真试验,采用得到的随机变量数据库和结果数据库对运动机构进行典型失效模式的可靠性分析,从而形成了一套可以实现运动机构的可靠性仿真与分析功能的可靠性仿真试验系统.以对心曲柄滑块机构为例,进行了几何尺寸误差和运动副间隙误差影响下的机构运动精度可靠性分析;以某锁机构为例,研究多失效模式下动力学特性对于机构定位可靠性的影响并进行了灵敏性分析.通过这两个实例验证该可靠性仿真试验系统进行机构可靠性仿真试验和可靠性分析的可行性和有效性.     

Surface accuracy analysis of large deployable antennas

This paper performs an analysis to the systematic surface figure error influenced by three factors including errors of faceted paraboloids, fabrication imperfection and random thermal strains in orbit. Firstly, the computational formulas for root-mean-square surface deviations caused by these factors are presented respectively. The stochastic finite element method is applied to derive the computational formulas of fabrication imperfection and random thermal strains, by which the sensitivity of surface accuracy to component imperfection can be revealed. Then the Monte Carlo simulation method is introduced to obtain the surface figure by sampling test on random errors. Finally, the analytical method is applied to the research on the surface figure error of AstroMesh deployable reflector. The results show that the deviations between the root-mean-square surface errors calculated by the proposed formulas with less consuming time and those by the Monte Carlo simulation method are less than 2%, which indicates that the proposed method is efficient and receivable enough to analyze systematic surface figure error of a large deployable antenna. Moreover, further investigations on the relationship between surface RMS deviation and the antenna parameters including aperture and the number of subdivisions are presented in the end.     

考虑化学反应的真空羽流的数值模拟

本文用稀薄气体流场直接模拟的方法对卫星姿态控制发动机喷管外考虑化学反应的真空羽流场进行了数值模拟，得到了与理论分析相一致的数值模拟结果。本文的研究工作对真空羽流污染研究及真空羽流的气动力，气动热效应分析具有很好的参考作用。     

仿真基加速寿命试验优化设计方法研究

加速寿命试验可在较短时间内获得产品的可靠性信息，如何设计试验方案使加速寿命试验的结果最准确、代价最小，是加速寿命试验方案设计的一个主要问题。针对加速寿命试验解析优化方法在某些场合最优解的解析形式难以得到甚至不存在的情况，提出了一种新的基于Monte Carlo仿真的加速寿命试验优化设计方法。该方法通用性好、适用范围广。Monte Carlo方法通过大量的重复模拟试验得到问题的近似解，但要得到更精确的近似解，模拟试验的次数必须增多，因而所需要的计算量增大。利用目标函数的连续性，将非参数化曲面拟合引入优化过程，使计算量大大下降，满足了工程应用的要求。算例的结果说明了本文提出方法的正确性与有效性，敏感性分析结果表明该方法具有一定的鲁棒性。     

火箭发动机橡胶件贮存寿命的蒙特卡罗仿真

应用蒙特卡罗（ Ｍ－ Ｃ） 随机抽样方法，对固体导弹的火箭发动机橡胶构件的老化特性进行了仿真计算，通过对其残余变形积累和贮存寿命的可靠性评估，作出了相应的关系曲线图。从计算结果和关系曲线可以看出，所得出的结论是符合实际情况的，表明文中方法的正确性和可行性。