导频脉冲载波频率的快速捕获与跟踪

针对短时导频脉冲载波频率的同步问题,提出一种快速捕获和跟踪方法.该方法采用相位推算法进行快速载波频率初估计,完成频率的捕获.相位推算法首先利用最小二乘法估计实采样点的相位,再应用相位解卷、一元线性回归和最小二乘法拟合求取信号频率的估值,其测频精度优于常用的Prony算法,在高信噪比情况下逼近实正弦信号的Cramer-Rao界.应用数字下变频和Kay算法实现频率的跟踪,通过建立仿真模型,验证其跟踪精度优于叉积自动频率控制环.在给出的设计实例中,对于脉宽为1ms的导频脉冲,在信噪比大于13dB的情况下,环路频率跟踪的最大误差小于3Hz.      

基于组合导航技术的光纤捷联系统在线标定

 将光纤捷联系统惯性测量单元（IMU）输出误差分解成零偏误差、标度因数误差、失准角误差和随机白噪声几个部分,建立了系统误差模型,基于此模型设计卡尔曼滤波器引入高精度外部信息源对IMU进行在线标定。将此方法应用于某光纤捷联系统进行跑车试验,结果表明：引入外部信息源进行在线标定与补偿后系统纯惯导精度显著提高,本文建立的系统误差模型和在线估计方式有效估计了IMU输出误差,实现了系统在线标定,提高了系统实用精度。     

滚动轴承的几何常数和故障特征倍频的估计方法

提出了几何常数的概念.通过对轴承几何关系的分析和对1274个型号的轴承参数的统计发现,同系列轴承的几何常数小范围波动,近似为常数,不同系列却有较大差异.确定了7个基本类型的滚动轴承共45个系列的几何常数.建立了基于几何常数、滚动体个数和轴承系列的滚动轴承局部内环、外环故障特征倍频的估计方法.只需已知轴承类型和滚动体个数,就可得到相应的特征倍频,为滚动轴承故障诊断提供了有效的途径.      

雷达波束驻留模式下空间碎片数量的置信区间估计

碎片数量估计是空间碎片环境统计特征描述的重要内容之一,对于空间碎片环境模型验证、航天器碰撞风险分析以及碎片数量增长趋势预测有重要意义.针对波束指向正东、正南任意仰角的雷达波束驻留(Beam-park)模式(天顶指向是波束指向仰角为90°时的特例),给出了一种估计碎片数量置信区间的方法.对于给定轨道高度范围内一个具有穿越雷达波束可能性(即雷达散射截面足够大,且轨道倾角相对测站纬度足够大)的碎片,将其是否真正穿越波束这一随机事件用(0-1)分布来建模,根据所采集的轨道高度和倾角数据,计算出该轨道高度范围内碎片穿越波束的平均概率,进而采用中心极限定理来估计碎片数量的置信区间.仿真结果表明了方法的有效性.      

任意点正弦波信号频率估计的快速算法

研究了任意点正弦波信号频率估计的快速算法,先对截短信号序列(2的整数次幂长度)用M-Rife算法进行频率初估计并得到结果^f,以此作为中心频率,选取^f 21Lfs,-21Lfs两个频率对信号作L点DFT,然后对这两条谱线作频率插值(即Rife算法)得到频率的精确估计。仿真结果表明本算法性能稳定,略优于M-Rife算法,接近克拉美-罗限(CRLB)。该算法便于在DSP,FPGA等器件上实现快速频率估计。     

预测-校正EKF算法在自主导航中的应用

为提高航天器自主导航系统非线性估计精度,通过分析EKF线性化方法的缺 点,基于数学分析理论研究了非线性函数线性化展开点以及雅可比矩阵取值点不同对线性化 逼近程度的影响,然后对传统EKF算法的线性化展开方式进行了改进,提出了一种基于中值 定理和平滑估计的预测-校正EKF（FR\|EKF）新算法。仿真结果表明,该算法在精度上优于 EKF算法。     

基于混合系统粒子滤波和二元估计的故障预测算法

针对一类故障预测问题提出了一种基于粒子滤波的故障预测算法。在算法的状态估计阶段,采用混合系统粒子滤波和二元估计算法同时估计对象系统故障演化模型混合状态和未知参数的后验分布。在算法的状态预测阶段,在一定的假设条件的前提下,将混合模型连续状态变量的预测问题转化为一个基本状态空间模型的状态预测问题。通过对连续状态变量当前时刻的后验分布进行迭代采样从而获得其未来时刻的先验分布。在算法的决策阶段,在获取的故障演化模型连续状态变量分布基础上,结合一定的故障判据近似计算出对象系统剩余寿命分布。故障预测仿真实验结果证明了算法的有效性。     

带约束的高超声速飞行器最优弹道的数值算法

为了准确地求解高超声速飞行器再入巡航段节省燃料的最优弹道,在直接法得到次优解的基础上,提出了全程协态估算方法。该方法不仅能精确地估算出协态变量的初值,而且能得到协态变量的曲线,特别是对于存在内点约束的问题,协态变量不再连续时,能估算出各协态的跳变量。针对带约束的高超声速飞行器最省燃料弹道的特点,利用序列二次规划(SQP)算法得到其次优弹道,并应用所提的方法估算出协态变量的初值和跳变量,由极大值原理构造两点边值问题(TPBVP),以估算结果作为初值求解得到最优弹道。仿真结果表明：在300 W/cm²的热流约束下,每个周期上最优解比稳态解节省约2.4%的燃料;另外,所提的全程协态估算方法能精确地估算出协态变量的初值和跳变量,以其作为初值有利于降低求解TPBVP的难度,使算法快速收敛到问题的最优解。     

不完全量测下一类非线性光电跟踪系统滤波器设计

 随着不完全量测条件下探测概率的下降,传统光电跟踪系统的跟踪性能显著降低。为此,本文考虑将俯仰和偏航两个方向的角速度量测引入传统光电跟踪系统,并设计了不完全量测下基于置信度融合的目标跟踪滤波器。首先针对这类新型的光电跟踪系统建立了系统的量测模型,利用嵌套条件方法推导了转换量测误差前两阶矩的一致性估计;然后针对位置探测通道与角速度探测通道的4种数据探测情形设计了4个子滤波器,并根据探测通道的探测情况计算出各子滤波器的置信度,进而对各子滤波器的输出按置信度进行加权融合,得到了跟踪滤波器的全局输出;最后给出了非线性跟踪系统统计意义下的Cramer-Rao下界(CRLB)。Monte-Carlo仿真表明：在不完全量测下,相比传统光电跟踪系统,附加角速度量测的光电跟踪系统的跟踪性能有了显著提高,并且滤波器估计误差均方差(RMSE)已逼近非线性跟踪系统统计意义下的CRLB。     

局域增强系统级联双频平滑技术研究(英文)

针对电离层误差时间梯度和空间梯度对局域增强系统的不利影响,提出使用级联双频平滤波方法解决此问题。级联双频平滤波先使用一个双频平滑滤波器精确估计电离层误差,利用得到的估计值修正码伪距观测量中的电离层误差,再使用一个双频平滑滤波器削弱噪声。这样,电离层误差被完全从平滑过程中移出,由L2码观测量引入的附加的噪声也被压制。基于中国民航新航行系统实验室的局域增强系统测试平台所采集的数据对级联双频平滤波的有效性和基于级联双频平滤波的局域增强系统的精度进行了分析。结果表明级联双频平滤波技术可以同时消除电离层误差时间梯度和空间梯度导致的平滑滤波残差和差分校正残差,并具有较低的滤波噪声。