一种卫星精密星历的插值方法

在卫星各种应用中通常需要对卫星的星历进行插值,而且要求插值后星历精度仍保持与原轨道精度相当。本文采用在拉格朗日多项式插值方法基础上改进的Neville算法,对一颗低轨道地球卫星进行了仿真计算,分别对采用轨道根数和直角坐标速度形式的轨道进行插值。仿真结果表明选取合理的插值方法后,可以得到高精度的卫星星历,具有工程应用价值。     

针对弹载卫星导航接收机干扰方向测定的算法研究

在弹载应用中,卫星导航接收机动态范围大,干扰方向相对接收机变化迅速,高动态导致自适应抗干扰算法产生的零陷深度变浅、范围变大,同时破坏了零陷附近接收的卫星信号,严重影响了 自适应空时滤波的抗干扰性能.研究弹载卫星导航接收机干扰方向的测定方法,通过干扰测向将天线零陷对准干扰方向,在指定方向形成波束,从而提高了接收机的抗干扰能力.针对弹载高动态对卫星导航接收机干扰方向测定实时性和准确度的要求,提出了 MUSIC-ESPRIT联合算法,将传统的ESPRIT算法的测定结果作为MUSIC算法的初始值,进而缩小谱峰的搜索范围.仿真结果表明,提出的MUSIC-ESPRIT联合算法与传统的MUSIC算法相比,在保证干扰测向精度的同时降低了计算量,满足弹载卫星导航接收机对干扰方向的测定要求.     

改进谢别德插值方法在地磁图构建中的应用

构建地磁图是地磁/惯性组合导航研究的一项重要内容,为了提高地磁导航中地磁基准图的精度,本文分析研究了改进谢别德插值算法,简要概述了数字地磁图的构建原则,并将改进谢别德插值算法应用到地磁图构建中.通过实验验证,发现该方法与距离加权反比插值算法、克里格插值算法相比,具有较好的插值效果.由此,初步判定改进谢别德插值算法在地磁...     

高超声速飞行器组合导航算法

以高超声速飞行器为对象,建立了卫星/惯性组合导航模型。选择组合系统的状态量并建立状态方程,推导位置观测方程和速度观测方程,通过位置、速度交替组合实现卫星/惯性系统的组合。通过仿真验证算法的有效性,仿真结果表明卫星/惯性组合导航可以得到较好的位置和速度信息,适中的姿态精度信息。     

导航卫星的短弧运动学定轨

导航卫星在姿轨控和轨道恢复期间,由于观测数据有限,传统的统计定轨理论难以实现导航卫星精密定轨。本文尝试采用一种不依赖轨道动力学的、新的运动学定轨方法来处理短弧和复杂动力学过程中的定轨,提出了基于多项式拟合的短弧运动学定轨算法,并提出2种不同的实现方案。该算法充分利用了高采样率的测轨数据,减少了结果的噪声,其优点在于不需要长时间累积测轨数据,可以实现近实时快速计算,克服了动力学法定轨发散和单点定位无法获得卫星速度信息等不足。对COMPASS M-01导航卫星实测数据的处理表明,10min左右短弧运动学定轨的位置精度可以优于10m,速度精度优于4cm/s,满足了短弧跟踪条件下RDSS对卫星轨道精度的要求,实现了短弧跟踪条件下卫星精密定轨,但从轨道预报精度来看,该方法仅仅适用于短期预报。     

单点定位与实时定轨的星载算法的比较研究

卫星单点定位方法和卫星定轨方法均采用GPS接收机测量得到的伪距和伪距率作为原始观测量。前者依据几何学原理，采用最小二乘法对单个历元的原始观测量进行处理，解算出卫星的位置和速度；而后者依据轨道动力学理论，采用卡尔曼滤波方法通过连续的原始观测量对滤波器状态量的修正使定轨结果收敛。通过比较，星载定轨方法能够明显改善定位测速的精度和数据的稳定性，其外推功能可以有效避免观测量短时间中断对定轨结果连续性的影响。我们已经将实时定轨算法应用到星载型号任务的工程中，并取得了较好的结果。     

基于北斗卫星速度外推的GEO卫星速度解算方法

北斗二代导航系统是我国自主开发的区域卫星导航系统,该系统利用GEO卫星实现了区域卫星导航定位。针对GEO卫星的特点,现有的GEO卫星速度解算方法分为微分法与差分法两种,这两种方法各有优缺点。为了进一步提高GEO卫星速度计算的效率与精度,首先对两种计算GEO速度的计算方法进行了推导,从计算精度、计算量,计算时间和软件实现难易程度对两种方法进行了对比,同时提出了一种利用卫星加速度进行卫星速度外推的方法,仿真结果表明这种方法能够提高接收机的测速精度,且计算量较小,工程实现难度较低。     

基于STK模型的伪距/伪距率组合导航算法研究

传统的组合导航仿真算法采用位置、速度信息组合模式,由于计算误差和测量误差的存在,导致结果误差偏大。本文针对轨道机动飞行器的特点,通过STK卫星仿真软件分别模拟GPS卫星星历及机动飞行器从初始轨道向目标轨道过渡真实轨迹,采用基于伪距、伪距率的SINS/GPS紧密组合导航系统对飞行器转移过程进行数学仿真计算。结果表明,基于伪距/伪距率组合导航方法,不仅可以修正惯性元件的常值漂移,并且对轨道转移段的速度、位置误差有很好的估计,获得较高的导航精度。     

北斗接收机伪距与伪距率的计算及其误差补偿

接收机伪距与伪距率的计算和误差补偿是进行北斗系统应用开发的关键之一。本文利用北斗卫星播发的星历等导航电文数据,计算得到北斗卫星位置与速度等信息,对接收机伪距误差补偿,并计算得到伪距率。利用卫星的位置、速度,得到伪距和伪距率的误差值,验证了伪距和伪距率的有效性。     

一种低轨卫星轨道预报算法

在基于EMBET（Error Model Best Estimation of Trajectory，误差模型最佳弹道估计）的雷达自校准处理过程中，需要基于给定的低轨卫星初始状态完成轨道预报，得到与雷达测量序列对应的卫星位置序列，进而通过迭代收敛过程得到误差模型参数估计。针对低轨卫星轨道迭代预报的需要，提出了一种边积分边插值的轨道预报方法。即将低轨卫星轨道积分计算过程的加速度计算结果直接应用到三弯矩插值，省略了三弯矩插值中节点矩的计算过程，同时将积分步长以及插值区间步长设置为1 s，减少了积分及插值中乘法和除法的计算次数，进一步提高了计算效率。经仿真计算表明，该方法在保证轨道预报精度的情况下，计算效率比传统低轨卫星轨道预报方法提高了约20倍，有效提高了雷达自校准处理的时效性。     

Track-While-Scan Algorithm in a Clutter Environment

A track-while scan (TWS) algorithm is developed for targets in a clutter environment. The problem has been studied using only the position measurements [1, 5-8], but the simulation results have not been satisfactory. Modern processing techniques (FFT processor) ) in air traffic control and surveillance radar receivers provide both position and radial velocity. The radial velocity measurement may be conveniently used in the target-track correlation process, which will reduce the association ambiguity in the clutter environment. t. In the clear environment the algorithm using the position and radial velocity measurements has been treated in [3, 4]. A TWS algorithm, using both position and radial velocity measurements for targets in a clutter environment, is presented here. The algorithm obtained is nonlinear and adaptive. In order to evaluate the improvement due to radial velocity measurement a simulation has been performed on a digital computer. The algorithm was run with and without radial velocity measurements to compare its performances. An improvement was noted especially when the target path included an accelerated portion.     

高动态信号模拟器中的多普勒模拟算法

 为了测试卫星定位系统接收机的性能,须用信号模拟器来模拟各种条件下真实的卫星发射信号。卫星信号模拟器由软件、硬件和上位机三部分组成。系统主要包含目标运动轨迹计算、误差计算、导航电文生成及信号调制发射等功能模块。中频信号处理中的多普勒频移模拟是高动态卫星信号模拟器要解决的一项关键技术。为此,提出了一种全相参的多普勒模拟算法,基于真实的高动态运动模型解算出伪码和载波的频率字,在现场可编程门阵列（FPGA）中通过数控振荡器(NCO)设计产生真实的动态卫星信号。通过实际测试并与理论数据进行了比对验证,模拟出的动态特性与真实卫星信号的多普勒特性一致。     

基于对偶四元数的捷联惯导算法在发射点惯性系下的应用研究

针对导弹类载体在做复杂的高动态机动时,采用传统的捷联惯导算法容易产生圆锥误差与划船误差,从而导致解算精度降低的问题,在发射点惯性系下设计了基于对偶四元数的捷联惯导算法。在建立发射点惯性系下的捷联惯导解算模型的基础上,详细推导了基于对偶四元数的捷联惯导解算算法,通过对比分析其中的速度更新过程与传统算法的差异,说明该算法可以有效提高速度和位置解算精度。在设计的多条机动飞行轨迹下,以三子样更新为例,对对偶四元数算法和传统算法的性能进行了仿真对比分析。仿真结果表明,对偶四元数导航算法可以有效提高速度和位置解算精度,且姿态机动情况越复杂、持续时间越长,改善效果越显著。     

Approximate Maximum Likelihood Algorithm for Moving Source Localization Using TDOA and FDOA Measurements

 A closed-form approximate maximum likelihood (AML) algorithm for estimating the position and velocity of a moving source is proposed by utilizing the time difference of arrival (TDOA) and frequency difference of arrival (FDOA) measurements of a signal received at a number of receivers. The maximum likelihood (ML) technique is a powerful tool to solve this problem. But a direct approach that uses the ML estimator to solve the localization problem is exhaustive search in the solution space, and it is very computationally expensive, and prohibits real-time processing. On the basis of ML function, a closed-form approximate solution to the ML equations can be obtained, which can allow real-time implementation as well as global convergence. Simulation results show that the proposed estimator achieves better performance than the two-step weighted least squares (WLS) approach, which makes it possible to attain the Cram閞-Rao lower bound (CRLB) at a sufficiently high noise level before the threshold effect occurs.     

传感器位置误差条件下仅用到达频率差的无源定位性能分析

传感器自身的位置误差对辐射源的无源定位精度可能有较大影响,详细分析并推导了在存在传感器位置误差条件下,仅使用到达频率差(FDOA)参数对辐射源定位时,定位精度的克拉美罗下限(CRLB)和均方误差(MSE).在传感器位置误差条件下,提出仅用FDOA来同时估计辐射源和传感器位置的泰勒级数方法,并证明该定位方法理论上的MSE...     

传感器位置误差条件下的约束总体最小二乘时差定位算法

 现代定位系统中,传感器往往被安放在运动平台上,其位置无法精确得知,存在估计误差,将严重影响对目标的定位精度。针对这一问题,提出基于约束总体最小二乘(CTLS)的到达时差(TDOA)定位算法。首先通过引入中间变量,将非线性TDOA定位方程转化为伪线性方程,再利用CTLS技术,全面考虑伪线性方程所有系数中的噪声。在此基础上推导了定位方程的目标函数,再根据牛顿迭代方法,进行数值迭代,快速得到精确解。采用一阶小噪声扰动分析方法,对该算法的理论性能进行了分析,证明了算法的无偏性和逼近克拉美-罗下限(CRLB)。仿真实验表明,该算法克服了现有总体最小二乘(TLS)算法不能达到CRLB、两步加权最小二乘(two-step WLS)算法在较高噪声时性能发散的缺陷,在较高噪声时定位精度仍然能达到CRLB。     

无人飞行器集群仅测距初始相对位姿确定方法研究CSCD

针对全球导航卫星系统(GNSS)拒止环境下无人飞行器集群成员间的相对定位问题,研究了一种基于机载惯性测量单元(IMU)、气压高度计与数据链测距组合的初始相对位姿求解算法。首先,在高度计稳定输出较为精确的高度信息的前提下,将飞行器的三维运动解耦成二维水平运动,给出了三维加速度和角速度、测距信息的水平坐标系投影等效模型。在此基础上,以待求量相对位置和航向角的非线性形式构造了新的待求状态量,并将相对位置和航向角的非线性求解问题转化成了新状态量的线性模型最小二乘求解问题。然后,通过引入递推最小二乘算法(RLS),建立了该相对位姿求解算法的实时输出递推形式,有效降低了机载在线计算的负载。接着,对所提算法进行了可观测性分析,并给出了使系统状态量不可观测的几种相对运动形式。最后,对所提算法进行了数值仿真实验,仿真结果表明,该算法能够有效、快速求解初始相对位姿,位置误差在初始相对距离的10%以内,航向角误差在初始相对角度的1%以内。     

Analysis of upgraded GPS internal Kalman filter

GPS receivers with provisions for inertial navigation system (INS) aiding are designed with internal Kalman filters that model generic INSs and process the basic GPS pseudorange and deltarange (range-rate) data to produce an output of inertially-smoothed, “GPS-derived” position and velocity. These Kalman filters model only the basic nine INS errors (position, velocity, and tilt) and do not model any INS gyro or accelerometer errors. It was found that a significant performance improvement could be achieved under conditions of degraded GPS satellite availability by augmenting this type of filter with the six INS gyro and accelerometer bias errors. It is, therefore, recommended that serious consideration be given to incorporating these states into the design of the GPS internal Kalman filter     

基于落点预测的高旋火箭弹弹道修正算法

高旋火箭弹的修正控制是基于等效力实现的二维弹道修正控制，由于弹体存在陀螺进动和马格努斯效应，在控制力作用下产生的附加攻角引起的升力与控制力的矢量合为等效力，其大小与方向在控制过程中不断变化，不能简单根据偏差量（修正量）的比例关系来确定控制力的方向。基于此，分析了控制力与等效力的关系，提出了一种基于弹道落点预测的控制算法。首先利用弹道落点预测模型实时预测落点与目标的偏差量，然后利用小扰动法构造偏差量对控制量的敏感系数矩阵，通过偏差量与敏感系数矩阵解算出纵、横两个方向的需用控制量。采用修正前后速度矢量的位置关系得到控制量的合矢量及其方位角，并利用控制量的合矢量与等效力计算出控制周期，在控制周期内按照等效力方位角调整控制力的方向实现对高旋火箭弹的精确控制，解决了非线性耦合问题。仿真结果表明该算法具有较高的控制精度，为工程应用提供理论依据。     

基于改进A^*算法的无人机快速轨迹规划方法

针对旋翼无人机在三维障碍物环境中自主飞行时路径搜索速度慢、轨迹生成通常忽略无人机动力学特性的问题,发展一种基于改进A^*算法并同时考虑无人机动力学特性和运动学性能的快速轨迹规划方法。首先,在三维障碍物环境中运用改进A^*算法通过剔除部分网格节点降低A^*算法的节点计算量,提升算法的路径搜索速度;其次,以最小化飞行轨迹的四阶导数作为目标函数,以路径点处的位置、速度、加速度等各阶导数作为约束条件优化飞行轨迹;最后,在三维障碍物环境中对比A^*算法改进前后的路径搜索结果,并对优化的飞行轨迹进行仿真飞行测试。结果表明:改进A^*算法大幅降低了A^*算法的节点计算量,显著提升了路径搜索速度;且无人机能够始终以较小位置误差沿优化轨迹光滑连续飞行。