一种基于星载GPS的月球探测器导航算法

为验证GNSS旁瓣信号对中高轨航天器在轨飞行的导航支持能力,"嫦娥5号"飞行试验器搭载了GPS导航接收机。由于目前使用的星载导航解平稳性不够,为此,根据月球探测器不同飞行段落轨道动力学特性,建立了一种基于星载GPS数据的月球探测器实时导航算法。该算法充分考虑了月球探测器不同段落的动力学特性,基于UKF滤波设计,并引入了自适应策略,以降低滤波参数选取的难度。在分析星载GPS数据特点基础上,月地返回段实测数据的处理结果验证了算法的可行性和有效性。     

基于驻留时间比的近地空间碎片环境建模

为分析近地空间碎片的分布规律,提出了一种以碎片在空间网格内驻留时间为基础的碎片环境统计建模方法.该方法利用多项式拟合和求根方法统计碎片在空间网格内的停留时间,获取模型基础数据,并据此采用多项式预测、插值和时间序列分析等技术,综合分析空间碎片的分布与演化规律.给出了一个基于双行根数(TLE,Two Line Elements)数据的建模实例,该实例通过了ORDEM2000模型的对比验证,并获得了一些更精细的近地空间碎片环境特征.所得建模方法和分析结论可为长期运行的近地航天器轨道设计、碰撞风险评估及防护等提供技术支撑.     

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。     

单天基平台测向的空间非合作目标跟踪

针对仅含角度测量信息的单个天基平台可观测性较弱的问题,提出了一种含脉冲机动检测的空间非合作目标跟踪算法,并设计了非合作目标实时跟踪数据处理流程.该算法利用抗差估计技术和UKF（Unscented Kalman Filter,无迹卡尔曼滤波）算法构造目标跟踪滤波器,并综合残差多项式拟合和新息分布特征等方法实现目标机动检测,在天基平台观测信息类型有限和观测几何较差的情况下,可以同时排除孤立野值和成片测量野值的影响,实现非合作机动目标的连续稳定跟踪.数值实验验证了算法的可行性和有效性,也表明了跟踪精度和可靠性与测量精度密切相关.     

基于半参数建模的弹道目标实时滤波

设计弹道目标的实时跟踪滤波器时,精确的动态建模和测量系统误差自校准是提高滤波精度的重要手段。基于补偿最小二乘原理和Tikhonov正则化定理,将难于参数化的复杂运动成分和测量系统误差表示为非参数分量,建立了基于半参数化建模的弹道递推模型和实时滤波算法,并详细设计了半参数建模时所需的光滑因子、正则化矩阵和窗口宽度等建模参数的在线选取方法。仿真实验和实际数据的计算结果表明,非参数成分可以有效地补偿状态模型误差,且可在线校准测量系统误差,显著改善弹道估计精度。算法已初步应用于实际飞行任务,其中的递推建模方法和参数选择策略对其它实时滤波器的设计同样有参考价值。     

基于中继测量的环月探测器定轨能力分析

嫦娥四号月球探测拟首次实现月球背面的软着陆,测控与数传依赖地月L2平动点的中继卫星,并有望获取四程测量与星间测量数据。对基于中继测量的环月探测器测定轨能力进行了仿真分析,结果表明,中继卫星可较好地实现环月探测器连续跟踪;在定轨能力方面,中继卫星自身轨道精度是制约环月探测器定轨精度的重要因素,当跟踪弧段达到5h以上时,定轨精度趋于稳定,但轨道精度较中继卫星的轨道精度相差1个量级;对于星间链路测量,除中继卫星自身的轨道精度外,星钟的稳定性是制约定轨精度的另一个重要因素,如果辅助以每天1h的地基跟踪亦可实现优于百m的定轨精度。     

基于测速定轨体制的布站几何优化设计

测速定轨体制下弹道参数估计的精度与布站几何的关系不同于传统的测距测速体制。从定轨的原理出发，分析测速体制下布站几何对弹道参数估计精度的影响，并采用遗传算法，在一定空域范围内无约束搜索和给定备选站址中的搜索两种应用背景下，进行布站几何的优化。在遗传算法的设计中，还考虑了不同适应度函数的选取及算法的稳定性等问题。仿真实验表明本文的方法优化效果显著。     

递推样条滤波的工程化应用研究

递推样条模型是目标跟踪中的一类高效建模方法,理论研究与仿真实验表明它有很高的精度和稳健性,但鉴于工程应用问题的复杂性,还需根据实测数据对模型进行验证和改造。以全测速体制下的弹道目标跟踪为背景,在分析实测数据复杂性的基础上,进行了模型工程化应用研究：确定了状态方程和模型更新策略;基于“当前”统计思想,提出了机动适应性更强的“当前”样条模型;引入面向状态的野值检择方法,提高了观测数据质量低时的弹道估计精度;给出了基于不完全预测时间阈值判断滤波发散趋势的方法,和重新初始化的发散应急机制。定性分析和计算实例验证了方法的可行性和有效性。     

弹道目标实时跟踪中的滤波方法综述

指出目标运动先验信息、系统结构信息和设备测量信息的融合应用是提高滤波器跟踪性能的核心。进而综述了弹道目标融合滤波中的运动模型构造、滤波算法设计以及测量误差处理等环节中的关键技术和研究现状。并针对传统实时处理结构弊端,分析了实时跟踪系统的设计方法,讨论了如何建立高效的弹道跟踪数据处理流程,通过融合策略并举的方式实现系统各类信息的有效利用。一些设计方法可以为实际跟踪滤波器的开发提供参考。最后,结合空间应用的发展需求,分析了弹道目标跟踪技术的研究方向。     

编队小卫星星间基线估计算法研究

H ill方程假设卫星轨道是小偏心率和无摄动的,实际应用时难以获得高精度的星间基线估计。本文提出了一种基于主星位置展开的扩展Kalm an滤波算法,该算法采用含摄动的卫星运动模型,综合利用星间无线电和红外仪器的原始量测,实现了小卫星星间基线的融合估计,提高了估计精度。仿真实验针对J2摄动模型验证了算法的可行性和有效性。