太阳矢量在行星际探测器姿态估计中的应用研究

在基于矢量观测的行星际探测器姿态确定中,参考矢量的几何关系是影响姿态估计精度的一个重要因素。针对这一问题,本文提出了一种利用太阳矢量来提高探测器姿态估计精度的最优算法。该方法在引入太阳矢量的基础上,将星敏感器测得的姿态四元数转化为两个互相垂直的参考矢量,并根据敏感器的测量精度计算相应的规范化权值系数;结合姿态四元数估计算法,给出最小二乘意义下的探测器最优姿态估计。最后,以深度撞击任务的实际飞行数据对本文所提算法进行验证。仿真结果表明,引入太阳矢量后的三轴姿态角估计误差小于150μrad,完全满足深度撞击任务的要求。     

一种新型火星定点着陆轨迹快速优化方法

针对火星定点着陆任务大气进入段的轨迹规划问题,给出了一种基于hp Radau伪谱法的快速优化算法。综合考虑大气进入段的动力学约束、边值约束、以及着陆器的机动能力约束和安全性约束,结合hp Radau伪谱法的配点特性,将轨迹优化问题转换成一个大规模多约束参数优化问题,给出了大气进入段轨迹优化问题的求解框架;为了提高算法的计算效率,给出了参数优化过程中雅克比矩阵的解析表达式;并通过数学仿真对本文算法进行了数值验证,结果表明：     

一种基于信息融合的深空巡航段自主导航算法

针对自主光学导航在深空巡航段应用中的问题,提出了一种基于信息融合的自主导航算法。由太阳敏感器测量获得太阳相对探测器的视线矢量,由分光计测量获得探测器相对太阳的径向速度,构建自主导航系统的两种信息观测方程;由基于状态估计误差协方差阵奇异值动态确定信息分配因子,用信息融合技术和扩展卡尔曼滤波算法实时估计探测器的位置与速度。对深度撞击任务的实际飞行数据的数值仿真结果表明:自主导航算法的轨道确定精度满足深空巡航段要求。     

基于矢量测量和UKBF的飞越小天体自主导航方法研究

以估计航天器和小天体在日心惯性系中的位置和速度为目的,提出了基于视线矢量测量的飞越小天体自主导航方法。该方法利用导航相机和激光高度计构建航天器到目标天体的视线矢量,同时为避免系统方程线性化和离散化所带来的模型误差,采用UKBF (Unscented Kalman\|Bucy Filter)算法对相应位置和速度进行估计。分析了导航系统的能观性,并以坦普尔一号为目标天体进行仿真验证,理论分析和仿真结果皆表明了方法的有效性和可行性。
     

日地系统CRTBP模型下飞行器编队的阈值控制

针对深空探测中具有一般性的圆形限制性三体(CRTBP)模型,进行主从飞行器编队建模。将控制器设计转化为一类线性矩阵不等式问题,并权衡编队系统对燃耗、精度的要求以及推进器的推力范围,设计阈值控制方案。仿真实例参考NASA预研任务,给出编队机动和保持的控制过程,表明基于所述控制方案,编队系统满足性能指标要求。     

软着陆小行星的制导与控制规律研究

提出了一种微小探测器软着陆小行星的制导与控制策略，将软着陆小行星控制分解为速度方向控制和减速控制，为了控制速度方向，给出了一种带有终端控制项的比例导引规律，可以按闭环模式将探测器引向着陆点，并满足垂直下落的终端条件，为了实现无碰撞着陆，给出了一种减速控制规律，通过对理想速度曲线的跟踪，实现软着陆，仿具结果表明，提出的制导与控制策略可以实现探测器在小行星表面垂直软着陆。     

高速再入飞行器的制导与控制系统设计

 针对高速再入飞行器模型的快时变,强耦合,严重非线性的特点,采用反馈线性化方法,设计了自动驾驶仪;同时采用最优制导律设计与理想速度曲线相结合的方法,设计了能同时保证末端制导精度及速度方向、大小的制导律。最后,进行了六自由度仿真,结果表明 :设计的制导律及控制方案是合理、有效的,易于实现。     

UKF方法及其在方位跟踪问题中的应用

采用UKF(Unscented Kalman Filter)方法处理了平面内地面站对目标的方位跟踪的估计问题。目标的位置和速度由选定的高斯分布采样点来近似，在每个更新过程中，采样点随着状态方程传播并随着非线性测量方程变换，由此不但得到目标位置和速度的均值及较高的计算精度，而且避免了对非线性方程的线性化过程。仿真结果表明，UKF方法比传统的扩展卡尔曼滤波(EKF)算法有更高的估计精度，并能有效地克服非线性严重时，方位跟踪问题中很容易出现的滤波发散问题。     

编队飞行卫星轨道的初步设计研究

使用两体相对运动的Hill方程进行小卫星编队飞行队形的初步设计，给出了编队飞行中各绕飞小卫星的轨道要素确定过程。以空间圆形编队为例，在未考虑摄动的情况下，通过仿真验证了设计的有效性。     

奔月轨道的一种求解方法

月球探测器转移轨道的计算通常归结为对商点边值问题的求解，而找到一种计算效率高、迭代次数少、同时具有较好收敛性的算法对于设计者来说是一件很重要的事。本文采用建立在B平面上的参数作为目标轨道参数，改进了状态转移矩阵迭代方法，并与状态转移矩阵方法相结合使用，给出了一种奔月轨道的求解方法。该方法具有计算效率高、迭代次数少的特点，并且对轨道状态量具有良好的线性关系(即对初始条件具有良好的收敛性)。计算算例表明了这种方法的有效性。