垂向对称的四陀螺冗余式单轴旋转捷联惯导方法

针对现有惯导正交配置方案在高海况下存在可靠性不高以及导航误差随时间累积快的问题,提出一种四陀螺冗余配置的单轴旋转捷联惯导新方案。通过器件级冗余技术,依据冗余数目等同时可靠性最大,导航特性更优的原则,设计了一种四陀螺圆锥垂向对称配置方案。以此为基础,考虑单轴旋转调制转轴垂直方向上器件误差的优势,提出将冗余配置和单轴旋转调制相结合的冗余式单轴旋转捷联惯导技术,并给出了具体的设计方法和过程。仿真结果表明:惯导系统可靠性较传统无冗余方案提升75%,定位精度较无旋转调制方案提升26%。新方法能够实现可靠性和精度的综合提升,且配置结构体积增加不多,安装方便,工程实现性较强。     

五陀螺冗余配置激光惯组抖动频率特性研究

激光陀螺捷联惯性测量系统多采用机械抖动式激光陀螺,系统中各陀螺之间的抖动耦合会影响陀螺测量精度。如何减小陀螺之间的抖动耦合,是激光陀螺捷联惯性测量系统设计中的关键技术之一。三个正交激光陀螺组成的捷联惯性系统其频率配置已经有了许多研究,而有冗余安装陀螺的捷联系统其频率该如何配置还未有过系统的研究。本文以某型号五陀螺冗余配置的激光捷联惯组为研究对象,通过有限元软件对不同频率配置下陀螺之间的抖动耦合特性进行仿真分析,给出了五冗余配置激光捷联系统的抖动频率配置原则,在工程实践中,对捷联系统中陀螺的频率配置具有重要指导意义。     

冗余配置捷联惯导系统故障检测门限的确定

 以5个单敏感轴陀螺斜置式安装为例 ,讨论了当系统采用广义似然比方法进行故障检测时2个重门限值的设定 ,利用最小错误概率和系统最大可靠性2种指标对门限值进行了优化 ,并对这2种方法的适用范围和优化结果进行了讨论。     

一种基于输出误差观测的冗余MEMS-IMU标定技术研究

针对传统六位置标定存在标定步骤复杂、标定时间长等问题，同时随着MEMS器件冗余数目增加和冗余配置结构复杂化，利用分立标定技术实现器件误差参数辨识的难度进一步增大，且不同配置结构所采用的标定方法存在通用性较差的问题。因此提出了一种基于Kalman滤波的冗余MEMS-IMU分立标定方案。该方案首先采用小角度建模法实现安装误差的精确建模；然后针对直接以转台三轴角速率为观测值，导致部分状态量不可观的问题，提出了以器件的输出误差值作为观测量、以器件误差参数作为状态量设计Kalman滤波器；最后设计了高精度三轴转台转位编排方式，并利用四陀螺冗余结构进行标定仿真试验。仿真结果表明：该标定方法与六位置标定方案相比，标定精度平均提高了11.37%，可实现MEMS器件误差参数的快速辨识，对实际工程实践具有一定参考价值。     

基于单轴转台的斜置RSINS标定方法

以斜置冗余捷联惯导系统(RSINS)为研究对象,提出了一种基于单轴速率转台的标定方法。首先从斜置RSINS的系统配置结构出发,推导了描述斜置RSINS安装失准角的线性化方程以及系统标定量测方程;结合单轴速率转台指出至少需要四个非平面位置才可标定惯性传感器零偏、标度因数及安装失准角,并详细给出加速度计四位置标定方法;考虑到仅以地球转速为观测量时陀螺仪标定参数可观测性较弱,单轴速率转台存在不可忽视的角位置误差及系统安装方位误差等原因,设计四位置静态和三位置转动标定方法以保证陀螺仪的标定精度。通过构建RSINS标定仿真平台验证该方法的有效性,并利用实验室搭建的六冗余样机进行了试验验证。其标定成本低、标定精度高、操作简便且不需要北向基准,具有较好的工程应用价值。     

一种星敏感器-陀螺组合定姿的实时在轨标定方法

研究了一种星敏感器一陀螺组合定姿方式中的姿态敏感器误差的实时在轨标定方法。首先,选择直观的欧拉角作为姿态描述参数,根据星敏感器和陀螺的测量原理建立星敏感器一陀螺在轨标定的测量方程和状态方程,并以此建立数学模型。其次,采用简单高效的EKF（ExtendedKalmanFilter,扩展卡尔曼滤波）作为估值算法,进行了在轨标定数值仿真。对于航天器姿态定向中出现的姿态角和星敏感器安装角之间的耦合问题,通过在特定姿态通道上施加简单姿态机动实现了解耦。数值结果表明,该实时在轨标定方法,尤其是所提出的姿态角和星敏感器安装角解耦策略,可以实现对航天器姿态的实时精确估计以及对星敏感器安装误差、陀螺常值漂移和相关漂移等误差的实时在轨标定。该方法可用于航天器姿态测量设备的实时在轨标定和航天器姿态的高精度实时确定。     

一种基于NGA-QPF的航天器姿态估计方法

针对航天器姿态确定中的非线性非高斯的滤波问题,提出一种基于遗传算法的粒子滤波的航天器姿态估计方法。该方法将姿态四元数作为采样粒子进行粒子滤波,并将小生境遗传算法(NGA)引入粒子滤波算法中,以改善粒子滤波的性能;用遗传算法单独进行陀螺偏差估计,以减少粒子滤波的状态维数。该姿态估计方法保持了四元数的归一化性质,通过引入小生境遗传算法解决了重采样阶段的粒子退化问题,并且由于单独估计陀螺偏差避免了粒子滤波状态的扩展。该方法能够在较少粒子的情况下实现高效率高精度的定姿,仿真结果说明了方法的有效性。     

误差四元数及其在航天器姿态控制中的应用

以四元数作为定位参数对航天器进行姿态控制。首先导出了误差四元数矢量,从而解决了航天器姿态控制中最终姿态表示的非单值性问题;其次,通过一个典型例子提出了非线性三轴姿态控制方法,该方法以误差四元数作为反馈量,以控制力矩陀螺作为执行元件,利用李亚普诺夫函数对非线性系统进行控制,为大型航天器的姿态控制开辟了新的途径;最后,给出了仿真结果,从而说明了以误差四元数作为定位参数的航天器姿态控制法具有计算速度快、计算精度高等优点。     

基于卫星和星敏感器的冗余激光惯组在轨标定

采用高精度卫星导航速度、位置信息以及星敏感器提供的姿态信息设计十表冗余捷联惯组的标定模型,包含陀螺和加速度计的零次项和标度因数,对卫星和星敏感器辅助的冗余激光陀螺捷联惯组进行实时在轨标定.利用标准Kalman滤波和Sage-Husa自适应滤波作为估计算法,对十表冗余捷联惯组参数进行在线估计.数值仿真结果表明:参数标定精度均在7％以内,是一种实时的在轨标定方法,满足误差补偿要求.冗余惯组在轨标定方法为航天器高精度定姿和定轨提供了一种理论参考.     

基于退步法的敏捷航天器姿态控制方法

主要研究敏捷航天器大角度姿态机动问题。首先,以SGCMG(Single Gimbal Control Momentum Gyroscope,单框架控制力矩陀螺)为执行机构,建立了基于四元数的航天器姿态机动数学模型;然后,针对SGCMG的奇异问题,研究了基于力矩输出和回避奇异能力最优的联合操纵律;最后,基于敏捷航天器姿态误差模型和李雅普诺夫稳定理论设计了一种退步控制律。仿真结果表明,该控制方法能够很好地实现大角度机动目标并有效避免了SGCMG的奇异状态,满足姿态机动任务的控制精度和稳定度要求。     

基于模型的载人航天器研制方法研究与实践

载人航天器具有系统规模大、技术难度高、单件小批量、无法通过多次飞行持续完善设计、可靠性要求高等特点。当前载人航天器研制中仍存在着参数化和模型化程度不高、基于模型的系统综合仿真验证不足、研制各环节缺乏数字化集成等问题，传统基于文本的系统工程方法已无法满足研制需求，亟需采用基于模型的系统工程方法。本文针对载人航天器的研制现状和应用需求，提出了面向载人航天器全生命周期的模型体系，定义了需求模型、功能模型、产品模型、工程模型、制造模型、实做模型等六类模型，提出了基于模型的研制流程，包含系统设计闭环验证、产品设计闭环验证、实做产品闭环验证3个验证环节，并深入探索了各研制环节中不同模型间的传递与关联关系。以某型号载人航天器为应用基础，系统地验证了提出的方法。     

卫星-惯性-星光最优组合导航系统在航天飞机导航中的应用

 文中对航天飞机星光-惯性导航系统进行了简要分析从最优系统组成原理、余度管理方法、系统性能分析等方面研究了卫星-惯性-星光组合导航系统的概念设计。     

天文光谱测速导航技术与应用思考

随着我国航天技术的发展,航天器对导航系统的精度、自主性、实时性等综合性能需求越来越高。天文光谱测速导航作为近年来提出的新型自主导航技术,具有直接获取航天器速度信息且实时性好、测速精度高等特点,具有广阔的应用前景。在梳理近年来天文光谱测速导航研究进展的基础上,结合天文光谱测速导航的特点,深入思考并提出了若干天文光谱测速导航技术应用组合。基于当前航天任务的需求和研究的难点,结合国内外技术趋势和我国实际工程需求,指出了天文光谱测速导航技术未来的重点研究方向及内容。天文光谱测速导航为我国航天探测工程任务导航提供了一条崭新的技术途径,对天文光谱测速导航技术的持续研究将有力促进我国航天领域导航技术的发展,提升天文导航理论研究能力和工程研制技术水平。     

DDV作动器余度数字伺服系统工程设计与实现

 介绍一种直接驱动阀（DDV）式作动器的余度数字式伺服系统设计与实现，描述了系统的余度配置、设计思想及组成，建立了DDV作动器的结构参数化模型及数字伺服回路的模型，并进行了仿真，分析了作动器动静态特性、采样频率及监控器的设计性能。最后，采用快速原型实时仿真，对余度数字式伺服系统完成了的性能试验验证，结果表明系统性能令人满意。     

基于联邦卡尔曼滤波的测量船导航信息处理方法

为了提高航天测量船导航系统提供的位置、姿态及速度的精度，以满足飞行器测控的特殊要求，从信息融合的角度进行分析，针对多传感器信息融合技术在工程中的应用作进一步探讨，提出了基于信息融合技术的组合导航方案，构造了INS／CNS／GPS／DVL组合导航系统滤波体系结构，构建了误差模型，阐述了融合算法。仿真及实测数据证明，设计的联邦滤波器可以充分利用各种冗余信息，提高导航的数据精度。     

冗余飞轮构型下力矩分配策略设计与分析

 主要研究了航天器姿控系统中冗余飞轮构型的力矩分配问题。在阐明该问题的基础上,首先给出了能量最优的力矩分配策略,并考虑飞轮力矩约束对其进行了限幅处理;接着基于静态最优化理论和飞轮系统性质,对四飞轮和多飞轮情况分别设计了相应的力矩最优分配策略,由于可有效地输出飞轮系的最大力矩,其有重要的工程应用价值;最后研究并对比了几种典型构型下两种分配策略所能输出的力矩包络,表明了所设计方法的有效性。     

Sub-optimal fixed-finite-horizon spacecraft configuration control on SE(3)

For achieving the desired configuration of spacecraft at the desired fixed time, a sub-optimal fixed-finite-horizon configuration control method on the Lie group SE(3) is developed based on the Model Predictive Static Programming (MPSP). The MPSP technique has been widely used to solve finite-horizon optimal control problems and is known for its high computational efficiency thanks to the closed-form solution, but it cannot be directly applied to systems on SE(3). The methodological innovation in this paper enables that the MPSP technique is extended to the geometric control on SE(3), using the variational principle, the left-invariant properties of Lie groups, and the topology structure of Lie algebra space. Moreover, the energy consumption, which is crucial for spacecraft operations, is considered as the objective function to be optimized in the optimal control formulation. The effectiveness of the designed sub-optimal control method is demonstrated through an online simulation under disturbances and state measurement errors.     

抵御中心机系统异常风险的策略研究

为解决因中心机异常可能造成的飞行器试验指挥控制失灵问题,研究物理与信息冗余相结合的解决策略,通过规避导致软件系统瘫痪的数据处理周期,自动接收飞行器起飞时间,人机结合判断系统故障等技术,采用异构备份方法,构建了一个具有异常控制机制的中心机系统。当中心机系统异常导致瘫痪故障时,该系统可在数秒内使数据处理功能恢复正常并完成后续任务,抵御中心机系统异常带来的风险,提高了中心机系统的可靠性。