一种基于简化自适应SCKF的目标跟踪算法

为降低传统自适应SCKF(Square-Root Cubature Kalman Filter)在目标跟踪过程中的计算负担,依据目标跟踪模型中状态方程通常为线性的特点,提出一种简化自适应SCKF算法。该算法在一步预测过程中,利用状态转移矩阵代替容积点,实现对状态变量和协方差矩阵的计算,达到降低运算复杂度的目的。通过对机动目标跟踪的仿真验证:相比于传统的自适应SCKF,提出的简化自适应SCKF不但能够保证跟踪精度,还能有效地提高运算效率。     

基于序列凸规划的运载火箭轨迹在线规划方法

针对大气层内气动力对轨迹规划求解实时性与收敛性的影响,提出一种基于模型补偿序列凸规划的大气层内火箭轨迹规划方法。该方法的核心思想是通过设计一种序列补偿的方式,将火箭动力学中非线性项(气动力加速度与重力加速度)与过程约束项(动压、过载约束等)进行凸化,从而将轨迹规划问题转化为序列凸规划问题而得到快速求解。在此基础上,本文理论分析了该序列凸规划方法的收敛性,保证该方法能够收敛到原问题的最优解。数值仿真表明,该方法能够完成大气层内的火箭上升段与垂直着陆段轨迹在线规划任务,方法的收敛速度能满足轨迹在线生成的实时性要求。     

一种基于任务分区的轨道转移飞行器轨迹重规划方法

针对轨道转移飞行器入轨任务中可能的异常状态,提出一种基于任务分区的在线轨迹重规划方法。将重规划问题描述为非线性系统最优控制问题,在地心惯性坐标系中建立飞行器的状态方程。考虑轨道倾角偏差与远地点高度偏差,设计任务分区并完成目标轨道决策。根据不同分区确定相应的性能指标与约束条件,以目标轨道为圆轨道的任务为例,构建凸优化问题并采用序列凸规划方法完成求解,使轨道转移飞行器出现飞行偏差时能够预测可达范围并重新规划任务飞行轨迹。仿真结果表明这种方法可以在飞行任务中快速实现不同条件的轨迹重规划设计,对异常状态实现一定程度的补救。     

分时段实时观测脉冲星的单探测器导航方法

传统的X射线脉冲星导航系统需要同时观测3~4颗脉冲星，有效载荷的质量和功耗极大。针对航天器环地飞行中受地球遮挡、探测器可探测范围等因素影响，导致脉冲星并非所有时刻均可见的现象，提出了单探测器分时段实时观测脉冲星的导航方法。根据航天器的实际飞行情况，系统分析探测器在不同探测范围下对脉冲星实时的可见性状况，从每时段的可见星中选取单星进行导航。仿真表明，该方法可大大提高单探测器的导航性能，导航位置误差达到337m，同时有效地减小了导航系统的重量，为X射线脉冲星导航的工程实现提供了参考依据。     

基于可观测度分析和模型预测的空间自标定方法

光纤陀螺以其优点适合空间飞行器定姿要求,但长期在轨飞行必须对光纤陀螺进行自标定。通常采用高维复杂陀螺模型计算实时性误差,而采用舍去状态量的降维模型影响系统定姿精度。针对这一问题,通过星敏感器观测,对高维陀螺模型进行可观测度分析,提出了一种基于模型预测的降维模型,将可观测度较低的状态作为模型误差进行预测估计,保证了系统精度并大大减小了计算量。半物理仿真结果表明此算法精度略高于高维模型自标定方法,计算量仅为高维模型的1/10,显著提高了系统的实时性。     

基于凸优化技术的多目标鲁棒滤波组合导航方法

Kalman滤波在组合导航中的应用已很广泛,但是,在系统不确定情况下,误差出现发散,精度下降,采用的基于Riccati方程的H∞滤波技术对系统噪声的不确定性则具有一定的鲁棒性,但性能参数选取仅能凭经验而无系统的方法,给工程实践带来一定困难.根据现代控制理论最优控制理论思想,使用凸优化技术设计鲁棒混合H2/H∞滤波器融合高精度的GPS和CNS量测信息,解决系统不确定性问题,通过在惯性/卫星/天文组合系统中的半物理数据仿真进一步对混合H2/H∞滤波和H∞滤波算法进行了比较.仿真结果表明,真实器件噪声情况下,鲁棒混合H2/H∞滤波算法明显具有良好的精度.     

基于状态转移阵的SINS/星光组合速度位置误差估计方法

惯性/星光组合制导系统,在一般弹道导弹的制导中,星光工作前产生的速度、位置误差无法直接测量,导致较大的关机点速度和位置误差.为了提高导航系统精度,本文针对弹载捷联惯性/星光组合导航系统,深入分析了组合导航系统的各项误差特性,根据最优估计的一步状态传播特性,构建了一种误差传播转移矩阵,先估计关机点前一段时间的误差积累,然后,结合卡尔曼滤波对关机点速度和位置误差进行了有效地估计和修正.仿真结果表明,这种方法同未修正时的结果相比,速度和位置精度提高近一个量级,具有很强的工程应用价值.     

航天器自主任务规划修复技术研究进展

结合航天器自主能力发展的迫切需求，阐述了航天器自主任务规划修复的必要性和难点。给出了航天器自主任务规划修复技术、航天器任务规划稳定性和规划修复问题的定义。根据规划执行失败时采用的修复策略，将自主任务规划修复技术分为规则匹配型、局部调整型、删除/求精型、状态转移型和构造新问题型五类。重点归纳了各类自主任务规划修复技术的研究进展和特点，分析了规划稳定性的定量评价方法。并在对目前任务规划修复方法总结分析的基础上，给出了未来航天器自主任务规划修复技术的研究方向建议。     

基于虚拟观测值的X射线单脉冲星星光组合导航

传统的X射线脉冲星导航系统需要同时观测3~4颗脉冲星,有效载荷的质量和功耗极大。因此,单探测器脉冲星导航技术是实现航天器利用X射线脉冲星导航的关键举措。针对单探测器脉冲星导航的可观测性弱和精度低等问题提出了基于虚拟观测值的X射线单脉冲星与星光集中式组合滤波的高精度导航方法,即在X射线脉冲星的长周期内增加与星光同时刻观测的虚拟观测值,以实现高精度的集中式组合滤波算法。同时提出了利用神经网络预测虚拟观测值方法,并与利用动力学递推的方法进行比较,精度可以达到10^-7量级。仿真结果表明,该方法可大大提高单探测器的导航的可靠性,补偿由于探测器误差造成的导航误差,导航位置误差为259.79 m,同时有效地减小了导航系统的重量,为X射线脉冲星导航的工程实现提供了参考依据。