基于航空光电侦察平台的目标测速

航空光电侦察平台具有稳定跟踪功能,能够隔离载机姿态运动和其他干扰力矩所造成的摄像机光轴在惯性空间内的抖动,以保证获取清晰的图像。光电侦察平台能够输出摄像机的方位角、高低角,并能通过激光测距机测量目标和载机的距离,这给目标测速的实现提供了可能。基于航空光电侦察平台,结合载机自身的导航数据,提出一种新的目标测速算法。介绍测速系统结构和坐标系定义,推导动目标测速算法,并建立测速误差模型。仿真结果表明,该算法能够有效测量目标速度,具有较强的实用性。     

频率源对雷达测速精度影响分析

针对高稳频率源如何影响雷达测速精度问题，构建基于频率源分析雷达测速精度的理论模型，利用同步校频和互备双锁相环(PLL)改进方案实现了高稳高可靠频率源，然后通过静态模拟试验和动目标跟踪试验，分析频率源幅度、准确度、稳定度及同步校频、锁相环等模块对多普勒和测速精度的影响。结果表明，锁相环能够提升频率源短稳，降低雷达测速随机误差，同步校频能够减小本地铷钟与外部基准的频差，减小雷达测速系统误差，通过双源和双锁相环的设计，频率源切换或锁相环路切换时，也能够保证测速雷达系统正常工作。     

基于自适应滤波的光谱畸变误差抑制方法

为降低天文光谱畸变误差对多普勒测速导航精度的影响,设计结合非线性Sage-Husa噪声估计器及抗差扩展卡尔曼滤波器(Robust Extend Kalman Filter,REKF)的自适应滤波算法。当系统模型可靠时,抗差滤波能够通过预测残差判断异常量测并降低其权重;当系统模型噪声先验信息不准确时,通过Sage-Husa噪声估计器估计系统噪声协方差阵Q阵,以保证抗差滤波的效果。此外,结合多普勒测速导航及X射线脉冲星导航进行组合导航,以提高位置估计精度。仿真结果表明,该算法能够在系统模型噪声先验信息不准确的情况下有效控制光谱畸变造成的量测误差对导航精度的影响。     

光纤陀螺捷联惯导划桨运动补偿

光纤陀螺输出为角速率信号,基于角增量和速度增量的传统划桨运动补偿算法直接应用于光纤陀螺捷联惯导系统时,算法误差明显增大,影响了惯导精度。为了抑制算法误差,提出了以角速率为输入信号的划桨补偿算法,并以算法漂移误差最小为优化准则对算法进行优化,推导了相应的划桨补偿系数方程和算法误差表达式。仿真结果表明,所设计的算法比同子样数常规角增量划桨补偿算法在补偿精度上有明显提高。     

组合天线引入测速误差的测定

叙述在飞行器测控通信系统中广泛应用微带组合天线的必要性及组合天线在飞行器飞行过程中引入的测速误差.其中,重点论述天线在飞行器飞行过程中引入测速误差的机理、测量方法及其工程实施.还提供了实验数据的处理结果,对其进行分析并得出基本结论.     

Ka数字波束合成-合成孔径雷达顺轨干涉性能分析

顺轨干涉-合成孔径雷达(ATI-SAR)能够利用多普勒信息对宽幅场景径向速度进行测量,然而目前既有的顺轨干涉性能分析主要是针对两组单通道数据实现误差分解,并没有考虑距离向数字波束合成-合成孔径雷达(DBF-SAR)。为实现面向高分宽幅应用的顺轨干涉测速应用,分析在毫米波频段收发天线轻量化、集成化优势下的毫米波距离向多通道合成SAR顺轨干涉系统,评估通道间相位误差、波达角估计误差等因素对干涉相位相干性的影响。结果表明:在一定的弱散射场景下,在Ka频段实现的DBF技术能够利用较少的通道数有效改善测速性能,为后续的多通道顺轨干涉数据分析提供定量化参考。     

一种宽范围非合作目标中频角跟踪接收机的设计与实现

为实现对非合作星间目标信号的捕获跟踪，提出了一种基于单通道单脉冲跟踪技术的非合作目标中频角跟踪接收机软硬件设计方案。硬件平台设计方案结合了FPGA与DSP在算法处理上的优势，涵盖高速ADC设计、系统时钟设计等。针对非合作星间目标信号的特征，提出了不同调制体制、不同码速率的非合作宽带数据传输信号的检测识别、角误差信号提取与分离方案，涵盖数字预处理、数字信道化、信道判决、信号检测估计、角误差信号提取等处理环节。系统捕获跟踪试验结果表明该非合作目标角跟踪接收机可以完成对多种调制体制(BPSK、QPSK、SQPSK等载波相位调制)、不同码速率(1kbps～300Mbps)的非合作宽带数据传输信号的角误差信号提取与分离,载频估计精度优于100kHz，码速率估计精度优于100kbps。本系统可实现对非合作目标信号的有效跟踪，为开展非合作目标角跟踪接收机的工程化研究奠定了扎实基础。     

一种基于天文测速的火星捕获段天地联合导航方法

为提高火星捕获段探测器的导航精度,提出一种基于天文测速的天地联合导航方法。该方法在地面无线电测距、测速的基础上,引入探测器与恒星的视向速度作为新增观测量,采用扩展卡尔曼滤波(EKF)对探测器状态进行估计。理论分析与仿真结果均表明,与仅依靠地面无线电导航相比,采用基于天文测速的天地联合观测导航方法能有效提高探测器的位置与速度估计精度,且导航精度的提升效果与马尔柯夫最优估计理论的预测值有较好的吻合度。当天文测速精度与地面测速精度相当时,位置估计精度较地面无线电导航提高了近一倍。     

基于高精度径向测速的宽带雷达单诱饵速度识别法

由于宽带相控阵雷达测速精度的大幅度提高，现提出了一种新的目标识别方法——基于高精度径向测速的单诱饵速度识别法，并对其识别原理、识别性能进行了详细阐述和定量分析。通过理论推导和计算机仿真计算，验证了该识别方法在宽带相控阵雷达监视诱饵释放过程中应用的有效性。     

一种深空探测雷达信号处理精度校准方法

着陆雷达作为深空探测平台核心载荷设备，其测距测速精度是探测任务成败的关键因素之一。由于着陆区域内的目标回波特性的未知以及星载平台的处理芯片在仿真时具有局限性，不能充分验证着陆雷达的测距测速精度。提出在MATLAB环境下建立信号处理仿真模型，将多种目标回波信号引入仿真模型，与信号处理器硬件处理进行逐级比对，纠正测距测速精度误差，同时还可定位数据处理过程中的出现问题的环节。经实验验证，着陆雷达信号与数据处理测距测速精度误差可控制在0.5 dB内，优于0.5 dB的误差表明着陆雷达的测距测速功能得到充分的验证和精确的校准。     

旋转飞行器分集式测速信号处理方法

飞行器旋转飞行时,采用分集多天线方式,可以实现信号的全向接收和向地转发。由于飞行器的转动,测量会引入微多普勒效应作用,受工作天线变换影响,接收测速信号（多普勒频率）会阶跃变化,在锁相环的作用下又引入响应误差。为实现高精度测量必须从测量信号中处理出所需的飞行器中心运动信息。针对这一问题,研究并推导了四天线分集式双程应答多普勒测速方程,分析了该模式下理想及测速回路（锁相环）响应信号的特点,提出了分集式测速信号处理方法。仿真实验结果表明,该方法可以有效滤除锁相环响应误差、分离微多普勒频率,得出高精度中心速度测元。     

基于测速定轨体制的布站几何优化设计

测速定轨体制下弹道参数估计的精度与布站几何的关系不同于传统的测距测速体制。从定轨的原理出发，分析测速体制下布站几何对弹道参数估计精度的影响，并采用遗传算法，在一定空域范围内无约束搜索和给定备选站址中的搜索两种应用背景下，进行布站几何的优化。在遗传算法的设计中，还考虑了不同适应度函数的选取及算法的稳定性等问题。仿真实验表明本文的方法优化效果显著。     

幅相联合技术下导引装置测向性能仿真分析

在介绍了国外反辐射无人机导引装置幅相联合测向技术的基础上,分别就干涉仪、比幅法测向条件下导引装置测向性能进行了仿真分析。结果表明,导引装置采用干涉仪测向时精度较比幅法测向的精度高,但存在测向模糊;比幅法测向精度不高,但可以解除干涉仪测向产生的模糊。最后,分析给出了测角范围与目标雷达频率、测角误差与测量到达角的关系,得出了导引装置采用幅相联合测向的优势。     

惯导/测距/测速相结合的安全软着陆自主导航方法

针对地外天体软着陆中惯导误差随时间增大,无法提供准确的高度和三维速度信息的问题,提出了一种惯导、测距和测速相结合的安全软着陆导航方法。该方法以惯导为基础,利用测距仪修正惯导的高度信息,利用测速敏感器修正惯导的速度信息。详细介绍了惯性导航的基本原理及测距、测速组合修正的策略,对软着陆过程的动力学模型、敏感器测量模型、滤波方程、地形对修正的影响,以及组合使用的策略和算法等问题进行了论述。数学仿真结果表明惯导、测距和测速相结合的方法能够满足安全软着陆的需要。     

基于成像拖尾效应的图像测速算法

根据相机成像拖影长度与相机运动及曝光时间的关系,提出一种基于成像拖尾效应的图像测速方法,给出了用航拍相机进行图像测速的实施方案。建立了影像与成像平面和地面景物间的相对运动模型,设计了基于互相关分析的拖影长度测量方案,给出了测量算法,并分析了像素尺寸和成像比例等对测速精度的影响。算例表明：该法对速度无剧烈变化的准匀速运动的测速效果较好,为飞行器实时飞行速度测量提供了一种解决方案。     

应答式目标旋转运动对雷达速度测量的影响

携带应答机的飞行目标,若除了沿其某一轨道运动外,还作自旋运动,应答机天线辐射相位空间分布的不均匀性会使应答机转发信号产生附加的相位调制,因而导致多卜勒测量雷达的测量误差。本文分析了对称安装三天线园柱形应答式目标回波的多卜勒频率调制。得出了附加多卜勒频率及其各阶导数的解析式。研究了目标旋转速度、方向角(目标旋转轴线与雷达视线的夹角)和回波谱线宽度的关系,以及对雷达多卜勒测量精度的影响,它对于研究自旋再入体测量问题具有实用价值。文章给出了一个典型的三天线园锥目标模拟旋转试验结果。试验中在不同目标转速下由相参雷达跟踪测量目标回波,同时记录中频信号、多卜勒跟踪回路鉴频器输出等有用信息。对试验数据的分析得出了明确的结论:目标旋转使回波信号的谱线展宽、测速误差增大,谱线宽度与目标转速成正比,同时谱线宽度随目标方向角增大而加宽,方向角为90°时旋转影响最大。理论分析得出了与试验相同的结果。虽然试验是在静态下进行的,但问题的分析对质心运动的目标也同样适用。     

深空天文测角测速组合自主导航可观测性分析方法

导航系统的性能与其可观测性密切相关,而可观测矩阵是分析导航系统可观测性能的重要依据。本文基于分段线性定常系统(PWCS)方法给出导航系统的可观测矩阵,进而针对测角测速组合导航系统开展可观测性分析。通过分析测角测速组合导航系统可观测矩阵的秩和条件数,得到导航系统的可观测性和整体可观测度,并研究导航系统的可观测阶数对导航系统的影响;同时基于奇异值分解(SVD)方法给出测角测速组合导航系统各个状态分量的可观测性分析方法。最后,以小行星探测工程任务巡航段为背景,系统地给出了不同量测模型的导航系统可观测性结果,分析了不同可观测性分析方法对导航系统可观测性刻画的适用性。本文所提出的可观测性分析方法,对导航系统可观测性分析具有很好的参考性,可为组合导航系统量测模型的优选提供参考,具有良好的理论和应用价值。     

一种提高GNSS测速精度的自适应Kalman滤波算法

在卫星导航系统动态定位中,采用基于瞬时多普勒观测量的最小二乘法确定速度,当载体高机动时,多普勒误差迅速增大,从而导致测速精度大幅度降低。针对该问题,提出一种同时实现动态模型自适应修正和观测模型自适应更新的Kalman滤波算法。算法采用滑动窗方式来建立实时更新的动态模型参数,使当前统计模型自适应地跟踪载体的动态特性。此外,算法提出观测模型的自适应更新方法,通过设置载体状态判决门限,高、中机动时仅进行受动态应力影响小的伪距更新,低机动下添加精度较高的伪距率更新。通过Sprient GSS8000模拟器产生的动态场景验证表明,相对于最小二乘法和常规Kalman滤波算法,提出的自适应Kalman滤波算法能够全面提高载体在多种运动状态下的测速精度。     

GPS实时定轨误差对姿态确定的影响分析

对GPS实时定轨误差对卫星姿态确定的影响进行了分析。因用位置、速度确定的坐标转换矩阵无法直接给出姿态角确定误差的解析表达,基于近圆、近极轨轨道假设,根据位置、速度和开普勒轨道六要素间的转换关系,给出了小姿态角偏差条件下转换矩阵的全微分形式,进而给出了各姿态角关于各轴分量的偏导数形式,在分别分析位置和测速误差对姿态角影响的基础上,给出了综合的姿态角确定误差,推导了姿态确定误差的解析表达式。研究发现:速度矢量主要引起偏航角的误差,对俯仰和滚动方向几乎无影响;位置矢量主要引起俯仰和滚动轴的姿态角误差,对偏航角方向几乎无影响。仿真结果验证了分析的正确性,并发现GPS定轨误差引起的姿态角确定误差小于0.001°,基本可忽略。     

面向小推力变轨的天文组合自主导航方法

针对小行星探测任务对导航系统自主性强、实时性高的需求,研究了一种面向小推力变轨的天文组合自主导航方法。根据工程实践分析并建立了电推进变轨过程中的动力学模型,给出了天文测角测速组合的小行星探测自主导航方案。为克服小行星探测器推力的不确定性,提出了采用自适应交互式多模型无迹卡尔曼滤波(AIMM-UKF)算法,以较少的模型个数实现对导航系统状态的覆盖,克服了模型集合先验信息不准确对导航精度的影响,提高了组合导航系统的鲁棒性和抗干扰能力。最后,通过数学仿真对组合导航算法的性能进行了验证,结果表明本文提出的组合导航方法估计精度更高、计算消耗更小,可满足小行星探测工程任务对导航系统自主性、实时性和高精度的需求。