捷联系统姿态算法比较及研究

对捷联惯导系统的几种姿态解算算法和所需计算时间作了比较，提出了一种可在弹上计算机上执行的具有快速实时和滤波功能的算法，并给出了以圆锥运动学全的仿真结果。     

姿态运动的Rodrigues参数描述

详细介绍了刚体姿态运动的Rodrigues参数描述，指出了Rodrigues参数的许多新特性，定义了Rodrigues参数的乘法及相关的代数运算，给出了坐标变换的Rodrigues参数乘法描述，推导了Rodrigues参数描述的姿态运动学微分方程及逆运动方程，并给出了Rodrigues参数与其他常用姿态描述之间的转换公式。文中指出用Rodrigues参数描述姿态转动具有简洁、直观的优点，而且Rodrigues参数描述的微分方程结构简洁、无多余的约束，其计算效率优于当前广泛应用的四元数方法。文末介绍了Rodrigues参数在弹道导弹捷联姿态实时解算中的应用，基于Rodrigues参数的捷联姿态算法在计算精度、内存消耗上均优于目前弹上计算机使用的四元数递推算法，且计算量仅相当于后者的一半。     

天地往返运输系统中的导航、制导控制系统

本文重点分析了天地往返运输系统对导航、制导控制系统的特殊要求,以及导航、制导控制系统在天地往返运输系统中的重要作用;导航计算中采用的主要计算公式、校准方法和制导控制函数适合应用的形式。文中简单说明四框架惯性平台系统的两种框架配置形式及捷联式惯导系统适合在轨道飞行段使用,并给出速率捷联系统解算姿态角的解算式;文中还说明在轨道飞行段采用星光技术的必要性和使用方法;以及以电子计算机为核心的电子系统冗余技术使用的必要性及冗余技术对计算机的使用要求。     

红外旋转弹导引头捷联惯导系统的姿态算法研究

对红外旋转弹导引头捷联惯导系统的算法进行了研究。分析了姿态更新的等效旋转矢量法及锥运动环境中的优化算法,理论推导了合理引入角位置传感器数据进行弹体姿态解算的方法,基于捷联惯导导引头坐标转换关系,通过欧拉角坐标转换和四元数坐标转换将导引头光轴系中的框架角速度转换至半弹体系中,由半弹体角速度解算出当前导引头的姿态和位置。试验结果验证证明了方法的正确性,解决了交班时扫描搜索阶段的弹体姿态求解问题,保证了对导弹姿态的有效控制。     

运载火箭捷联惯组全自主对准技术应用研究

我国运载火箭发射前通常通过光学瞄准确定初始方位角,采用捷联惯组自对准解算获取水平姿态角。以可实现简易、快速发射的新型火箭为背景,在发射场阵风等干扰引起箭体低频微幅晃动的环境下,研究了捷联惯组自主对准技术。分析了运载火箭全自主对准的特点,利用以惯性系为参考基准的解析对准法和卡尔曼滤波精对准方法,对高精度全自主对准技术和其在运载火箭上的应用展开了详细论述。开展了全自主对准试验验证,结合新一代运载火箭首飞数据进行了分析。结果表明:捷联惯组全自主对准技术可替代复杂的光学瞄准系统,实现运载火箭发射前初始姿态的确定。     

一种单子样旋转矢量姿态算法

旋转矢量姿态算法可有效抑制高动态环境下捷联惯导系统(SINS)产生的圆锥误差。当 直接应用多子样旋转矢量姿态算法时,会降低系统姿态更新频率;若要保持姿态更新频率, 则需要提高采样频率,从而增加了导航计算机的硬件负担,并导致量化误差突出。针对上述 不足,提出了一种利用当前及前N个姿态更新周期角增量的单子样旋转矢量姿态算 法,并在典型圆锥运动条件下推导了算法补偿项系数。此外,由于陀螺输出经过数字滤波处 理后其幅频特性的改变会影响圆锥误差的补偿效果,根据滤波器特性推导了单子样旋 转矢量姿态算法的修正算法,以便于在工程中推广应用。该算法在不降低姿态更新频率 的同时,可获得较高的解算精度,适于高动态环境应用,实验结果验证了上述算法的正确性 和有效性。
     

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。     

基于基线长度加权的GNSS多天线姿态测量方法

GNSS可用于获取动态载体的姿态信息，为提高其姿态测量精度，提出一种基于基线长度信息对最小二乘姿态解算方法进行加权处理，改进了最小二乘姿态解算方法，同时通过船载实验验证了该方法的可用性。实验结果表明：在船载动态实验中，当基线长度存在明显差异时，加权最小二乘法较等权最小二乘法在精度上明显提高，其中横滚角的精度提高了13 %。     

一种解算整周模糊度几何算法实现GPS快速测姿

在多天线GPS姿态确定系统中,整周模糊度的确定一直是姿态解算的一个难题。针对载波相位双差模型,本文提出一种新的几何解算双差整周模糊度的方法。该方法首先利用C/A码数据完成姿态初步解算;然后根据初步解算的姿态参数、各天线间基线分量参数和卫星到接收机在当地水平坐标系中的向量,再利用本文提出解算双差整周模糊度几何算法求取整周模糊度双差值;将整周模糊度双差值代入载波相位双差模型反解精确的各天线坐标分量,由取得的各天线坐标分量解算得到精确的姿态参数。同时,应用本文所提出的方法,对采集的GPS多天线静态数据和动态数据进行了姿态测量解算,验证了所提方法的有效性。     

基于捷联惯导高保真误差模型的非线性滤波算法

针对捷联惯导系统在大姿态误差条件的对准问题,推导了高保真非线性误差模型。该模型采用欧拉角表示姿态误差,并用与导航解算相同的姿态更新算法准确描述了姿态误差的传播规律。利用该模型设计了扩展卡尔曼滤波器,并以二位置对准为例,比较该模型与线性模型和大方位误差模型的滤波效果。仿真实验结果表明在小角度误差和大方位误差条件下,基于高保真模型的滤波器估计精度都优于其它两种模型,且在大水平姿态误差条件下滤波精度也很高。     

固体火箭发动机性能预示

编制了固体火箭发动机性能预示软件，以美国的ＡＩＭ发动机和法国的ＳＥＰ发动机为例进行了比冲预示，并与美、英、法、德、意等国软件的达到了国外同等水平的预示精度，可用于导弹总体设计、发动机优化设计。     

卫星仿真中心及其仿真系统

本文介绍卫星仿真中心的建设要求,卫星仿真系统的组成和功能,它包括数学、半物理和全物理仿真。论述了卫星仿真系统主要设备性能,仿真设备的研制及引进和仿真软件开发。     

软件可靠性的量化问题讨论

在航天器中,随着软件数量的增多,软件可靠性问题日趋尖锐。软件可靠性不能只停留在定性分析阶段,要建立明确的可靠性指标,要通过全任务剖面建立起来的测试用例,对给定软件作长时间的测试和可靠性评价,以便展现软件可靠性不断增长的过程。本文介绍软件可靠性量化的方法,供软件研制者参考。     

NASA的智能协同系统

文章首先概述了智能协同系统在美国航空航天局(NASA)的应用情况,并以NASA普遍使用的两个典型软件工具PMT和NX为例,阐述了智能协同系统的基本功能和技术实现方法,为国内的智能化协同系统软件方面的研究提供参考。     

组态软件技术及靶场测控软件系统的设计

靶场导弹试验中,根据试验对象和试验目标的不同,需要对测控设备进行不同组合,增加了试验的复杂度和测控系统的处理难度。组态软件是应用软件的高级形式,具有配置灵活、可视化编程、图形显示、实时性强的特点,可方便、快速、可靠地建立靶场导弹试验测控处理模型,满足靶场导弹不同试验任务的需要。     

导弹轨姿控舱体的强度分析

借助NASTRAN和PATRAN有限元分析软件,对承受多种加载方式的导弹轨姿控舱体进行了有无补强措施对比的强度分析。计算结果表明,轨姿控舱体设计的安全系数高;采取施加压紧盖的补强措施后,可分别使轨姿控舱体的最大应力值和最大变形量约降低到原值的1/2。试验结果证明,这种计算分析方法有效、可靠。     

工作流技术在卫星地面系统的应用分析与设计

调研了国内外工作流技术,结合其发展过程与现状,分析和论证了工作流技术在卫星地面系统运行控制软件中应用的可行性,从运行控制软件需求的角度提出了一种轻量级的、具有针对性的工作流引擎的设计方案并进行验证,为后续项目开发提供了一种新的思路与方法.     

一种多体制的卫星测控模拟器

提出了一种多体制的卫星测控模拟器的设计,兼容统一载波测控体制和扩频测控体制,也兼容脉冲编码遥测格式和高级在轨系统遥测格式。采用"软件无线电"的思想,在相同的硬件平台下,用不同的基带软件实现不同的测控体制,通过与不同的上下变频器相连,实现不同的测控点频。文章详细阐述了一种多体制卫星测控模拟器的系统组成、重要部分的工作原理和应用。     

无控航天器与空间碎片再入的工程预测方法研究现状

无控航天器、火箭末级以及空间碎片再入地球大气层后可能未烧尽,残存的小碎片高速撞击地面,对人类安全和生态系统构成极大威胁。提前预测其再入轨迹并采取预防措施能够有效降低地面风险。文章对无控航天器和空间碎片再入工程预测模型,包括航天器模型、动力学模型、气动热模型和烧蚀解体模型的研究现状进行跟踪与总结,也介绍了国内外有公开资料的工程应用软件,并讨论若干关键问题和进一步研究方向。     

带电粒子在材料中的剂量深度分布计算

航天器在轨道运行期间,会受到各种带电粒子的作用,其能量沉积在表面材料中,对表面材料的性能有较大的损伤。文章介绍了剂量深度计算程序,利用SRIM及ITS软件的计算结果,计算出了带电粒子在材料中的剂量深度分布,并对空间轨道实际环境下材料中的剂量深度分布进行了计算。利用这一程序,在“东四”热控涂层试验中进行了剂量深度分布拟合,计算了多种能量电子拟合试验下荆量深度分布与空间实际环境的比较,得出了相关的试验参数。