确定近地卫星轨道的滤波理论

本报告介绍弘贤多用途轨道统计处理系统(KOSMOS)的数学说明及其在确定近地卫星轨道中的应用。数学说明包括时间、坐标、卫星动力学、摄动及其差分方程、雷达跟踪方程和轨道统计确定理论问题。为估计用于轨道确定的各种滤波理论方法的精度,我们利用KOSMOS程序做了广泛的仿真研究。从胜浦、增田和冲绳跟踪站所产生的距离和距离变化率观测数据,我们发现,利用推广序贯处理和状态噪声补偿法(SNC)可以获得同观测精度相当的准确度。我们给出的证据还表明,对于一组足够密的观测数据来说,通过动力学模型补偿法(DMC)按推广序贯处理可以获得非模型的加速度。同时还指出,DMC补偿法可以提高卫星状态的估算精度。但是,必须付出增加处理时间的代价,该补偿法的处理时间约为SNC补偿法的两倍。此外,还介绍了U—D协方差的因式分解法,并利用这种方法研究了观测数据的类型和精度的影响以及错误仿真观测噪声大小的影响。     

高超声速飞行器飞行动力学特性不确定分析

 高超声速飞行器分析模型存在较大不确定性,其给出的动力学特性与真实值之间存在偏差,因此研究飞行动力学特性分析结果的可信度水平对控制系统设计具有重要意义。针对典型的乘波体构型高超声速飞行器,在建立气动/结构/推进相互耦合的动力学模型基础上,利用非概率区间来描述模型中的不确定参数,并将复特征根不确定范围求解问题转化为频率和阻尼比两个实数的不确定区间分别求解,给出了动力学模态特征根、频率及阻尼比的不确定边界。分别采用直接蒙特卡罗(DMC)模拟方法、基于泰勒展开的区间分析方法(TIAM)和基于多项式逼近的区间分析方法(CIAM)对高超声速飞行器飞行动力学不确定性进行了研究。结果表明:CIAM计算时间适中,且给出的边界更为准确、安全,适合在控制系统设计和验证过程中使用。     

基于路标观测角的星际着陆器自主位姿确定技术

针对利用导航路标进行六自由度状态估计这一非线性、模糊性问题,对星际着陆器自主位姿确定技术进行了研究。为了减小算法的复杂性,提高求解精度,基于欧式变换下角度不变性,提出以导航路标观测视线之间所形成的夹角作为观测量,对像素观测方程中位置、姿态状态进行解耦求解。通过对观测矩阵的讨论,分析了导航路标空间分布对位姿确定精度的影响,给出了导航路标选取的最优观测方案。最后利用蒙特卡罗仿真对所提导航算法进行了验证,并对影响导航精度的各相关因素进行了分析。     

不确定飞行环境下的滑翔制导炮弹方案弹道优化

滑翔制导炮弹因体积和成本所限存在控制能力有限的问题,有必要对其方案弹道加以合理的设计,为此提出一种不确定飞行环境下的弹道优化方法以降低方案弹道对各类随机干扰的敏感度。建立了模型偏差、滑翔启控点参数偏差、气动参数偏差及气象偏差等不确定性因素的数学模型,推导出计及随机干扰的滑翔弹动力学系统雅可比矩阵的解析表达式,利用线性协方差分析法,得到了系统误差传播方程,进而建立了不确定飞行环境下的弹道优化模型。利用Chebyshev伪谱法将弹道优化问题转换为非线性规划问题,在此基础上采用内点算法(Ipopt)获得了方案弹道的最优解。仿真结果表明,与不考虑不确定因素的设计方法相比,采用本文方法设计出的方案弹道,纵向和侧向位移散布方差明显减小,显示出对随机干扰更好的抑制效果。     

非差分GPS用户使用的一种抗SA滤波器

GPS精度控制措施(SA)给GPS用户带来很大的定位误差。本文作了SA模型,由联机系统辨识确定了模型参数。辨识结果和卡尔曼滤波结合,实现了一种自适应滤波算法。利用静态试验数据,对这种滤波器削弱SA对非差分GPS用户影响的效果进行了检验。     

利用GPS进行精密轨道确定

全球定位系统(GPS)完全布满卫星后,将成为近地卫星的精密轨道确定(POD)强有力的工具。该系统具有连续跟踪覆盖能力,不仅可实现传统的动力学精密轨道确定方法,而且还可进行运动学轨道确定。来自至少四个GPS卫星的伪距测量值,通过载波相位测量值的平滑,可测定天线相位中心的地心位置和用户卫星的时钟修正值,因而后一技术不需要用户卫星受力的动力学模型。运动学法对测量模型的影响非常敏感,如GPS星历误差(给定的或求解的)、信号的多径、接收机噪声等等;然而,动力学方法又受参数误差和/或力模型不完善的影响。为此研究出一种利用过程噪声补偿对运动学和动力学算法进行加权的混合方案。本课题的中心点是利用仿真辅以协方差分析,研究这几种定轨方法。建立了几种动力学和测量误差模型,这些模型造成的轨道不确定性与处理实际GPS数据而估计的星历误差大致相当。协方差分析经调整能反映这些误差,能看出各种滤波技术的特性。     

微小型飞行器惯性组合姿态确定与航路导航研究

构建了微小型飞行器(MAV)导航、制导与控制(GNC)系统。研究了微惯性导航测量单元零偏的温度建模及非正交误差的多位置标定补偿方法,提出微小型飞行器导航、制导与控制系统闭环条件下,利用导航、制导与控制回路的飞行状态特征信息的微惯性组合导航系统滤波算法,根据微小型飞行器飞行状态实时调整卡尔曼滤波器的观测噪声方差,有效提高了动态过程中姿态测量精度和微小型飞行器的飞行平稳度。完成了组合导航系统滤波算法验证飞行试验及自主姿态稳定和航路飞行试验。飞行试验表明:微小型飞行器实现了自主姿态稳定与长距离超视距航路点导航飞行,航路点导航误差小于30 m,惯性组合姿态确定与航路导航系统及算法满足微小型飞行器自主飞行对导航系统的需求。     

结合不确定度的发动机模型辨识气路诊断

针对航空发动机气路诊断中测量参数个数小于待诊断参数个数的不适定问题,利用了发动机平衡技术,结合非线性的发动机数学模型,并综合考虑了测量参数的不确定度和理论模型部件性能的不确定度,建立了一种结合不确定度的发动机气路故障诊断辨识算法——变分加权最小二乘法,并将该算法应用于某发动机的诊断分析中.结果表明:运用该方法可分析出测量数据和模型计算数据之间的差别,同时,利用所得的故障参数修正量修正原发动机数学模型,使模型计算推力与试验测量推力最大偏差由8.25%减小到1.66%,耗油率最大偏差由6.25%减小到1.50%.      

一种非线性滤波器的误差分析及应用

针对一类具有未建模误差和扰动的非线性系统的状态估计问题,提出一种在线估计并补偿模型误差的非线性滤波算法,该算法利用非线性预测滤波(NPF)基于预测输出残差的方差最小的基本原则估计模型误差,冉利用扩展卡尔曼滤波(EKF)的思想对补偿后的模型进行状态估计;详细推导了状态估计误差及其方差阵的传播模型.以卫星姿态确定系统为例,...     

基于值域的多约束GNSS单频单历元定姿新算法

多天线增强了全球卫星导航系统(GNSS)单频单历元姿态测量解算模型的强度,但随着天线数量增加,模糊度维数成倍增加,从模糊度域确定搜索空间的计算量将显著增长。基于此,提出了基于值域的多约束多天线GNSS单频单历元姿态测量新算法:该算法将姿态约束融入值域搜索模型,利用姿态约束条件推导搜索步长,通过姿态域三维搜索确定模糊度搜索空间,以基于最优条件姿态解非迭代近似估计的方法固定模糊度。实验结果表明,新算法中模糊度搜索效率较原方法提高约65.8%,固定模糊度效率较标准迭代算法提高约95.3%,且与标准迭代算法性能相当;所提算法能够实现GNSS单频单历元的模糊度固定和载体全姿态测量,具有较高的正确率。     

BIT技术在装备全寿命费用中影响分析

通过对BIT(Build in test,机内测试)技术在LCC(Life Cycle Costs,全寿命费用)中的影响分析,建立采用BIT技术后的LCC增量模型,研究了采用BIT技术对装备的全寿命费用产生的影响。同时基于国外现状,分析现今国内的情况,阐明采用BIT技术将在节约装备全寿命费用产生良性的影响。     

现代飞机系统的经济性分析

概述了现代飞机经济性分析的不确定性因素,分析了影响飞机寿命周期成本因素中最主要的是系统可靠性,阐明了资金的时间价值和学习曲线影响,重点介绍了飞机寿命周期成本的估算方法,为飞机设计人员提供了较完整的飞机经济性分析理论。     

武器装备费用确定方法及效费比分析探讨

分析了武器装备的全寿命周期费用的构成及特点,提出用装各经济寿命分析的方法计算出装备的全寿命费用;分析了效能费用的辩证关系,对效费比计算进行了初步的探讨。     

Research of multi-path routing based on network coding in space information networks

A multi-path routing algorithm based on network coding is proposed for combating long propagation delay and high bit error rate of space information networks. On the basis of traditional multi-path routing, the algorithm uses a random linear network coding strategy to code data pack- ets. Code number is determined by the next hop link status and the number of current received packets sent by the upstream node together. The algorithm improves retransmission and cache mechanisms through using redundancy caused by network coding. Meanwhile, the algorithm also adopts the flow distribution strategy based on time delay to balance network load. Simulation results show that the proposed routing algorithm can effectively improve packet delivery rate, reduce packet delay, and enhance network performance.     

GA-BP神经网络在航空发动机状态监测中的应用研究

针对航空发动机状态监测问题,引入人工神经网络为发动机复杂非线性系统建立精确模型;选择以GA-BP贝叶斯算法作为神经网络训练算法,建立优化设计近似模型;以发动机排气温度的预测为例,构建了一个GA-BP神经网络对航空发动机状态进行预测。结果表明,GA-BP神经网络收敛速度快,泛化能力强,优于标准BP神经网络,因而为航空发动机状态监测提供了一种有效的方法。     

航空发动机PID神经网络解耦控制

对航空发动机的双变量解耦控制方法进行了研究,提出了一种基于遗传算法的PID神经网络解耦控制算法。该算法将遗传算法用于多层前向神经网络的连接权系数的学习,克服了BP算法易陷入局部权值的缺点,并具有PID神经网络控制器结构简单规范、动态和静态性能良好等优点。     

用遗传算法改进的BP模型在刹车系统诊断中的应用研究

利用神经网络进行故障诊断是近些年来所兴起的一种重要的智能诊断方法。我们就是根据航空维修的特点及神经网络的优点, 提出了应用BP网络对飞行器的故障进行学习、训练和诊断的想法。同时, 为了克服单独应用BP算法时存在的缺陷, 我们利用遗传算法(GA)对其进行了改进。我们利用面向对象的计算机编程技术, 开发了一个软件程序, 初步试验, 取得良好效果。最后讨论了在航空维修方面智能诊断的未来发展趋势。     

军事计量保障费-效决策分析

从军事计量保障费-效决策的目的出发,建立了计量保障费用-效能决策模型,对费-效决策优化的具体实施进行了初步研究.针对全寿命周期费用不能定量评估的情形,将指标权重分配的MITA方法和多属性决策的TOPSIS方法结合起来,给出了一种可行的多指标评估方法.通过给出一个决策优化的案例,验证了费-效决策多指标评估方法的正确性和实用性,提高了效能评估的有效性和精确度,供有关研究人员和决策部门参考.     

Improving performance in pulse radar detection using neuralnetworks

A new approach using a multilayered feed forward neural network for pulse compression is presented. The 13 element Barker code was used as the signal code. In training this network, the extended Kalman filtering (EKF)-based learning algorithm which has faster convergence speed than the conventional backpropagation (BP) algorithm was used. This approach has yielded output peak signal to sidelobe ratios which are much superior to those obtained with the BP algorithm. Further, for use of this neural network for real time processing, parallel implementation of the EKF-based learning algorithm is indispensable. Therefore, parallel implementation has also been developed     

基于神经网络的机动目标信息融合与并行自适应跟踪

 基于“当前”统计模型和 BP神经网络 ,提出一种新的机动目标神经网络信息融合与并行自适应跟踪算法 ( NIFPAT)。该算法采用双滤波器并行结构 ,利用全状态反馈 ,通过 BP网络调整系统方差以适应目标的运动变化 ,具有对目标各种运动状态的良好自适应跟踪能力