基于对偶数的航天器多特征融合相对导航算法

针对基于视觉的航天器相对导航问题,利用对偶数推导并给出了航天器相对耦合动力学方程,该方程一体化描述了追踪航天器相对于目标航天器的姿态运动和轨道运动,且考虑了由非质心点引起的相对姿态与相对轨道之间的耦合影响。在对偶代数的框架内,统一描述了目标航天器上的特征点和特征线,并基于特征点、线在像平面的投影建立了多特征融合的单目视觉测量模型。最后通过对系统状态方程以及测量方程的线性化,应用迭代扩展卡尔曼滤波(IEKF)算法对非质心点的相对运动状态进行了估计。仿真结果表明,本文的算法能够对航天器非质心点的相对运动状态进行较高精度的估计。     

基于双视线测量的相对导航方法

对非合作目标自主交会中的中远程相对导航问题进行研究.首先,给出二阶近似的航天器相对轨道动力学方程,并对视线(LOS)导航方法的可观测性进行了分析.然后,提出基于双视线测量的相对导航方案.该导航方案中,系统过程噪声模型采用适用于航天器远距离相对运动的轨道动力学方程;量测量包括目标对两个追踪航天器的视线角和追踪航天器之间的...     

高超声速滑翔再入飞行器弹道估计的自适应卡尔曼滤波

采用传统状态增广法对高超声速滑翔再入飞行器(HGRV)进行弹道估计,存在模型简化误差过大和过程噪声方差难以构造的问题.依据目标运动特性和模型简化误差定量分析结果,状态方程改进为采用圆形地球模型和拟合大气模型并考虑哥氏力.采用一阶Markov过程描述气动力参数,将过程噪声方差构造为气动力参数方差和机动时间常数的函数,时变气动力参数方差采用“渐消记忆”的统计估计法由气动力参数估计值序列统计获得,而存在跳变的机动时间常数则作为运动模式采用变结构交互多模型法与运动状态一起估计.仿真结果表明,所提算法对位置、速度和气动力参数的估计精度优于传统算法,具有较好的工程实用性、鲁棒性和效费比.     

机动目标“当前”统计模型与自适应跟踪算法

本文提出机动目标“当前”统计模型的概念并建议用修正的瑞利-马尔科夫过程描述目标随机加速机动的统计特性。文中指出了在机动目标运动模型中状态（机动加速度）估值与状态噪声之间的内在联系。在此基础上提出了具有机动加速度均值及方差自适应的卡尔曼滤波算法。对一维和三维的情形进行了计算机模拟。计算结果表明,在仅对目标位置进行观测的情况下,这类自适应估值算法无论对高度机动或无机动的目标均可绘出较好的位置、速度及加速度估值。     

基于非合作目标的运动平台导航误差估计

针对运动平台位置测量通常精度不高的问题,文章基于非合作目标的运动平台导航误差估计方法,将平台的导航误差建立为随时间一阶变化的模型,求解平台的运动参数,并使用线性模型拟合不同目标相对于不同平台的位置测量。通过对比参考平台与其他平台对相同目标运动参数估计的差异,求解平台的导航误差参数,并对平台运动参数进行校正。数值仿真证明了算法的有效性,并分析了测量次数对导航误差估计精度和目标定位精度的影响。     

基于固定阈值事件触发扩张状态观测器的多智能体协同目标环绕控制

针对复杂多扰环境下面向未知运动目标的多智能体对峙跟踪问题,提出了一种基于固定阈值事件触发扩张状态观测器(FTESO)的多智能体协同目标环绕控制方法.首先,建立了智能体与目标的相对运动模型,将目标加速度、模型非线性、环境摄动视为集总干扰,利用量测的相对位置信息构造可降低测量端状态更新频次的FTESO,以实现在非周期采样条...     

基于序列图像的航天器自主导航降维滤波方法

非合作目标的运动感知与状态估计,是太空领域技术发展的重要组成部分。非合作目标相对状态的精确估计是相对导航的难点问题。传统的非合作目标扩展卡尔曼滤波算法需要结合非合作目标的质心位置,增加了状态变量的维数,提高了系统不确定性,从而会影响状态扩展卡尔曼滤波的收敛速度。提出了一种基于序列图像的非合作目标相对导航方法,该方法在不对质心进行估计的情况下首先对非合作目标姿态进行估计,在完成非合作目标姿态估计后再对其质心进行估计。本文推导了光学相机测量值与目标真实姿态的关系,构建了基于序列图像的测量模型,分别建立了不含有非合作目标质心位置的状态方程和基于非合作目标位置、速度矢量的状态方程,设计了适用于非合作目标状态估计的扩展卡尔曼滤波算法。仿真实验表明该方法可在10 Hz采样频率下经过50次采样（即5 s）内快速收敛,从而有利于空间飞行器的在轨服务与维护。     

基于SDRE方法的空间飞行器轨道交会状态估计

针对空间飞行器自主交会对接的最终逼近阶段,采用雷达作为相对测量设备,建立了目标飞行器轨道坐标系下的相对运动方程以及基于星载雷达的测量模型;运用基于状态相关黎卡提方程(SDRE)的方法设计滤波器,对目标飞行器运动状态进行估计,给出了状态相关黎卡提方程的数值解法,通过具体仿真算例分析了所设计滤波器的性能,并与扩展卡尔曼滤波器进行了比较,结果表明所提出的滤波器模型具有更高的相对状态确定精度.     

具有控制输入滤波器的随机系统自适应条件滤波方法

针对当控制输入为不确知,且测量噪声的统计特性参数也未知的情况,运用将系统状态和控制输入以及未知的噪声统计特性参数进行联合估计的方法,给出了同时对系统状态和控制输入进行递推滤波,并不断地对未知的噪声统计特性参数进行修正估计的新算法。     

EMD-EKF方法研究

应用扩展卡尔曼滤波(EKF)时需要估计量测噪声的统计特性。文中针对观测噪声统计特性描述不准确导致的EKF性能下降的问题,利用经验模态分解方法(Empirical Mode Decomposition,EMD)可以分离信号和噪声的特性,提出了一种在未知量测噪声条件下的EKF方法。该方法可以跟踪观测噪声的变化,即实现了对量测噪声的估计,从而解决了在未知量测噪声的情况下的EKF问题。仿真结果表明可运用于无源定位中。     

无人机动态RCS测量及数据统计分析

以某无人机的动态RCS特性作为研究对象,设计了无人机的测试飞行航路,应用非线性最小二乘估计方法,对采集到的无人机动态RCS试验数据进行X^2分布和对数正态分布模型的参数估计,降低了测量噪声对统计模型参数估计的影响,较为理想地解决了数学统计模型参数估计中试验数据测量噪声的影响,并对某无人机的动态RCS统计分布特点做了分析。     

航天器相对运动的运动学模型研究

采用运动学方法研究航天器的相对运动.通过对无摄精确相对运动模型的简化,推导了以纬度幅角和平近点角为变量的无摄相对运动方程,并以此模型为基础建立了J2摄动下的相对运动模型,进行了相对轨道的仿真以及模型分析.仿真结果表明,运动学方法能给出较精确的相对运动方程,并且考虑摄动时,采用运动学描述比较简单.     

机动目标的多项式预测模型及其跟踪算法

根据匀变速运动的多项式描述形式,利用多项式预测滤波器对目标状态建模,提出了一种全新机动目标运动的动态模型——多项式预测模型,并针对这个全新的模型给出了相应的最优滤波算法。分析表明：该模型可以精确描述任意可以由多项式描述的目标运动,而不需要已知运动的具体参数,因此相应的最优滤波算法适用于任何可以用多项式描述的机动目标状态估计问题。一个机动目标跟踪问题的计算机仿真证明了本文方法的有效性和实用性。     

磁轴承基于扩展卡尔曼滤波的改进PID控制算法研究

提出了一种基于扩展卡尔曼滤波的改进PID控制算法。该算法以传感器测量的转子位移信号为量测量,功率放大器的输出电流为输入量,通过系统状态方程和噪声统计特性估计转子的实际偏心位移,有效解决了信号噪声对控制精度的影响问题。最后,通过仿真和试验,对比验证了算法的有效性。     

应用非线性模型预测控制的绳系卫星Halo轨道保持控制

针对哑铃型绳系卫星在圆形限制性三体问题(CRTBP)中的Halo轨道保持控制问题,应用非线性模型预测控制(NMPC)方法设计了Halo轨道保持控制器。首先采用摄动法得到目标Halo轨道,通过跟踪目标轨道上一运动点,将其转化为目标跟踪控制问题,然后设计非线性模型预测控制器对其进行跟踪控制。利用4阶Ronge-Kutta法对原非线性模型进行离散化,将预测控制中的有限时域最优问题转化为非线性规划问题进行求解,得到下一周期的控制量。最后通过数值仿真验证了即使在初始位置偏差较大的情况下,所设计的控制器只需要很少的速度增量就可使绳系卫星系统运动至目标轨道,并精确地保持在目标轨道上。     

基于归一化光变函数的空间目标识别研究

为解决空间目标光度识别中模板建立、姿态分析、相关度量等关键问题,需要建立空间目标光度标准化描述。从空间目标识别问题的三元关系模型入手,分析了传统描述方法的局限性,提出了一种目标本体坐标系下的归一化光变函数描述方法。基于2类不同平台地球同步轨道卫星过去2年的实测光度数据,给出了各变量分布、各曲线对比的图形及统计结果。试验结果表明,归一化光变函数能有效分离观测条件,反映目标固有特征,适合作为空间目标光度特性的标准化描述。     

自适应滤波在GFSINS/GPS组合导航系统中的应用研究

以九加速度计的惯性测量单元为例,介绍了无陀螺捷联惯性导航系统(GFSINS)的工作原理;对GF-SINS/GPS组合导航系统选择滤波器问题进行了理论分析,提出了基于自适应滤波器的组合方法;该方法通过在线联合估计噪声统计特性和系统状态,有效地解决了GFSINS/GPS采用间接法组合时,无法得到准确系统噪声统计特性的问题.通过仿真验证了该方法的有效性.     

非合作目标动态RCS仿真方法

针对非合作目标难以开展动态测量的问题,根据空气动力学原理提出了一种非合作目标动态雷达散射截面（RCS）仿真方法。该方法首先建立测量背景下典型飞行航路模型,然后计算雷达视线在机体坐标系上的时变姿态角。根据姿态角开展电磁计算,获得F-117A隐身攻击机在侧站平飞、背站拉起、对站俯冲、侧站盘旋4种航路下的动态RCS数据。着重分析了动、静态RCS特性在起伏目标检测性能评估上的差异。结果表明：静态RCS特性难以反映目标运动时真实的雷达特性,利用静态数据描述目标特性可能导致错误结论,而文中方法获取的动态RCS数据可以提高结论的完整性和可信度。     

交互多模型PHD滤波跟踪多目标方法

在机动多目标跟踪问题中,目标数未知或随时间而变化,概率假设密度（PHD）滤波可以在每一时间步估计多目标状态和目标数,但单模型方法不能给出精确的估计。提出了一种交互多模型PHD滤波方法,建立多模型描述多目标运动方式,利用PHD滤波结合多模型跟踪目标运动轨迹。同时,给出了多传感器交互多模型PHD滤波方法,以提高目标跟踪精度。     

在轨服务的相对运动耦合动力学建模与分析

研究在轨服务航天器逼近与捕获目标航天器的相对轨道姿态耦合动力学建模问题。考虑航天器姿态与对接位置的运动耦合,建立目标运行在任意轨道下的相对轨道姿态耦合动力学模型,并对模型中的运动耦合进行深入分析。设计一种非线性的输出反馈姿态控制律,将建立耦合动力学模型与CW方程进行仿真比较,验证轨道与姿态的运动耦合对两航天器对接点之间相对位置的运动影响。