星下点构型对目标定位精度的影响分析

基于TDOA/FDOA对地面辐射源目标的定位原理，建立了多星TDOA/FDOA联合定位模型和定位精度分析模型。针对三星和四星系统不同星下点构型，仿真分析了星下点构型对目标定位精度的影响。三星星下点构型包括星下点直线型、等腰锐角三角形、等边三角形、等腰直角三角形、等腰钝角三角形等5种情况。四星星下点构型包括直线型、三角形、凹四边形和凸四边形等4种情况。分析结果表明，增加卫星数量能够提高探测区域内目标的定位因子和定位精度；星下点非直线型的三星及四星构型，定位精度优于直线型构型，各卫星之间的基线长度尽可能长。     

海洋定位卫星性能分析

编队卫星是重要的空间设施,为保证编队卫星在空间复杂环境中的工作效率,需对编队卫星的工作原理、状态进行分析。以三星编队的海洋定位卫星为例,由于该编队卫星工作状态常受到星间基线、目标源位置、卫星高度等多种因素的制约,易造成定位模糊等问题。在评价海洋定位卫星性能方面,传统的方法主要着眼于定位精度,而忽略了定位迭代解算时间这一指标,而在特定的场景下(海上搜救、抢险救灾),较短的解算时间可以迅速找出目标源的概略位置。通过分析海洋定位卫星的时差测量定位原理,对定位误差精度进行了分析,提出水平精度因子(HDOP)和最小二乘迭代结合的评价方法,分析了影响卫星性能的因素,包括目标源相对几何位置、卫星高度及卫星几何构型等方面的影响。仿真结果表明:本文的设计可以提高卫星的定位效果,为定位卫星的参数设定提供参考。     

主星带伴随小卫星编队SAR系统干涉测高精度与编队构形设计

针对主星伴随小卫星编队SAR新的干涉几何关系,在给出其新的干涉测高原理的基础上,建立了绝对高程误差模型和相对高程误差模型。分析了空间基线姿态参数与测高精度之间的关系,给出了具有一般性意义的测高精度关于三维基线姿态的分布全貌图。以此测高精度分布图对两种典型编队构型的测高性能进行了分析,指出两种编队在设计上的先进性,证明了该图对基于测高性能的编队构型优化设计具有重要意义。     

运动单站短基线时差定位方法

对于时宽带宽积较大的信号,以短基线即可获得高精度的时差,从而实现辐射源高精度定位。提出了一种基于单个运动平台的短基线到达时差（TDOA ）定位体制,针对到达时差观测量与辐射源位置的高度非线性关系,提出了一种基于高斯牛顿迭代的定位解算方法,并对该定位理论误差下限（CRLB ）进行了分析。计算机仿真对方法的收敛性能、定位误差进行了分析和验证。     

异构多星电磁编队静态构型设计与保持控制

针对异构多星电磁编队的空间静态构型设计,提出采用精确电磁力模型进行非线性修正的方法,解决了传统方法中由远场电磁力模型造成的构型求解误差问题。考虑编队静态构型设计存在待优化参数较多的问题,基于轨道相对运动方程与电磁力内力特性,可以推导一组关于编队各星质量与空间分布的静态构型必要条件,提出了一种参数降维的四面体构型设计方法,并基于所建精确电磁力模型,对静态构型解进行了非线性修正。针对编队闭环控制问题,设计了包含摄动前馈的滑模控制器,并使用精确电磁力模型修正磁矩,提高了磁矩分配的准确性。仿真结果表明,设计的四面体构型能够满足力和力矩平衡方程,基于精确电磁力模型的修正方法有效提升了构型设计与控制精度。     

基于遗传算法的空间时差定位星座设计

针对三星时差测量定位系统,基于高精度的WGS-84地球模型,分析了定位算法的位置精度衰减因子(PDOP).综合考虑覆盖范围、定位精度以及星座发射能力等因素,提出了一种基于遗传算法的星座设计方法.该方法基于进化论,使用概率搜索方式,能更好的进行星座优化.通过仿真实验验证了所设计的星座的适应性是已有文献中星座的2倍以上,能够有效进行空间时差定位.     

多星多普勒频率变化率无源定位方法

针对多星时差频差定位系统时/频同步要求高、多星测向定位系统复杂等问题,提出一种多星多普勒频率变化率的无源定位体制,每颗卫星仅需单个接收天线和通道,且多星之间无需高精度时/频同步。针对定位观测量与辐射源位置的高度非线性,提出一种基于多普勒频率的多假设非线性最小二乘(MH-NLS)无源定位算法。理论推导了定位估计的克拉美-罗下限(CRLB),基于定位误差的几何分布(GDOP)分析了多星构型对定位误差的影响。计算机仿真分析表明,基于多普勒频率变化率的MH-NLS算法得到的定位误差能够达到CRLB。     

基于高斯-牛顿迭代的三星时差定位融合算法

若三星时差(TDOA)定位系统可多次接收到辐射源信号并进行定位,则通过不同时刻观测的多组时差和高程信息融合可能可以提高定位精度。将先验高程信息建模为三星时差定位融合的观测量之一,并提出了一种基于高斯⁃牛顿(Gauss⁃Newton)迭代的三星时差定位融合算法。通过实验仿真比较了提出的算法与直接平均、加权平均、选取星下点最近点等位置合批方法的性能。仿真表明该算法相较于现有的位置合批方法,具有更好的融合定位精度。     

辐射开环空间绳系机器人编队动力学及控制

提出了一种新型辐射开环空间绳系机器人编队系统,其在编队稳定性、任务灵活性及燃料消耗等方面具有明显的优势。针对辐射开环空间绳系机器人编队系统自旋运动过程中的构型误差控制问题,首先建立了编队系统的自旋动力学模型;然后分析了空间绳系机器人的绳系拉力和空间平台的自旋扭矩对编队系统自旋运动中出现的构型误差的控制能力;设计了一种依靠空间绳系机器人绳系拉力和空间平台自旋扭矩作为控制量,对构型误差进行控制的协调控制方法;最后通过数字仿真进行了校验和分析。仿真结果表明：设计的协调控制方法能够明显改善编队系统自旋运动中构型误差的控制效果。     

对地观测卫星编队协同容错姿轨耦合控制

面向对地观测场景下卫星编队的姿轨耦合特性和完全失效故障,提出了基于空间构型重构的协同容错控制方法。首先,根据对地观测的任务需求,分别建立了无故障情况下的卫星编队构型,以及故障发生后将故障卫星移出编队的构型重构方案,包括拓扑网络重构、卫星编号更新和编队构型重构算法;其次,根据上述构型,考虑外部干扰和姿态轨道耦合特性,设计了基于非奇异终端滑模控制的分布式控制律,使得编队在有限时间内稳定,即在故障发生前后卫星编队都可以实现对观测区域的协同覆盖;最后,分别通过数值仿真和实验验证表明了所提方法的有效性。     

双星TDOA／FDOA无源定位方法分析

针对两个卫星利用信号到达时间差(TDOA)、到达频率差(FDOA)信息对地面已知高度固定辐射源定位容易产生模糊解的问题,提出了两种判断模糊解的方法,并在对观测参数存在误差条件下双星定位误差几何稀释(GDOP)分布进行了理论和Monte-Carlo仿真分析基础上,得到了定位误差的解析表达式。分析结果表明为了减少定位误差大的区域,双星最好同轨分布。     

三星时差定位系统的有源校正算法

针对三星时差（TDOA）定位系统中,由星历误差和时间同步误差导致无法精确定位的问题,提出一种基于正交投影的两步迭代有源校正算法。该算法首先利用正交投影将时间同步误差从观测方程剔除,然后引入一个与辐射源位置和星历误差有关的中间变量,通过对中间变量的最优估计消除星历误差对定位精度的影响,最后利用中间变量求解出目标辐射源位置。仿真结果表明,所提算法定位性能的仿真值和理论值均可以达到克拉美-罗界（CRLB）,当TDOA观测噪声较小且有3个以上参考源时,可以完全校正星历误差和时间同步误差对定位精度的影响。     

高精度TDOA测量技术研究

针对时差定位系统中影响定位精度的关键因素——时差测量精度,分析了时差测量误差的来源,提出利用链路转发技术,将副站截获到的雷达信号转发到主站,避免了时统误差。同。时利用浮动门限对视频脉冲进行高精度整形以减小触发误差,并采用脉冲计数与内插采样相结合的方法,有效地克服了传统脉冲计数法带来的量化误差,从而达到提高时差测量精度、改善时差定位系统定位精度的目的。     

一种多标校源的高轨伴星时差频差定位算法

针对高轨伴星时差频差无源定位系统中卫星位置、速度、时差和频差等参数的测量系统误差严重影响定位精度的问题,提出了一种基于四个或四个以上已知位置的地面标校源的高斯-牛顿定位算法。该算法首先利用差分法消除星间时差、频差测量的系统误差,再利用标校源的时差频差测量方程组估计出主星和伴星的相对位置和相对速度误差,最后结合时差、频差、地球球面以确定非合作辐射源位置。理论和数字仿真均表明在时差和频差测量的随机误差较小时,本文算法的均方根误差（MSE）接近克拉美-罗下限(CRLB)。
     

基于最小二乘支持向量机的SAR平台定位

将SAR平台定位分解为粗略定位和精确定位两个阶段。首先,在SAR正侧视成像的条件 下,利用某个方位门内的所有控制点,采用非线性最小二乘平差粗略估计出SAR平台在该方 位时刻的空间位置,并从理论上推导了控制点的误差协方差矩阵到SAR平台定位的误差协方 差矩阵的传递规律。其次,利用各个方位时刻粗略估计的SAR平台位置,采用最小二乘支持 向量回归机精确估计SAR平台的运动方程,从而精确估计SAR平台在某个时刻的空间位置。仿 真试验表明,本文提出的方法能够精确地反演出SAR平台的空间位置。
     

三星时差定位系统的目标定位精度分析

根据三星时差定位原理推导了目标定位精度模型;分析了目标定位精度与轨道高度、轨道高度差、卫星编队构形、目标位置、时差精度、卫星相对位置精度、绝对位置精度等因素之间的关系;得出了一些对工程研制有指导意义的结论。     

基于遗传神经网络的高能固体推进剂高压燃烧性能计算

建立并利用遗传(GA-BP)神经网络对NEPE类高能固体推进剂高压燃烧性能进行了模拟计算。针对计算需求,对NEPE类高能固体推进剂配方进行了全新表征,提出了13个表征参数。燃速预示结果表明,该方法计算误差小于10%,精度较高,能指导高能固体推进剂高压燃烧性能研究及配方设计;同时,也说明该表征方法能反映出此类配方的本质特征。该研究为高能固体推进剂燃速预估提供了新方法。     

对空中运动目标的时差定位精度影响因素分析

基于三站对辐射源联合时差定位的原理,分析了影响空中运动目标定位精度的因素,研究了相对位置关系、信号噪声及多普勒频移对定位误差的影响,解决了空中运动目标定位误差定量评估的部分理论问题,并利用计算机仿真验证了研究成果。     

双向互选最近邻准则下的多目标TDOA无源定位

为有效解决多目标无源定位中的数据关联难题,提出双向互选最近邻多目标数据关联算法。该算法借鉴全局最近邻思想解决多目标到达时差(TDOA)测量数据关联问题,在设置检测门限对时差测量数据进行关联初选的基础上,将所有目标和初选后数据的关联配对关系进行全局考虑,通过对初选后数据的前后向互选来解决多目标时差测量数据的正确关联问题。该算法在从众多时差测量数据关联配对点中提取真实目标位置的同时,可有效解决时差无源定位中的定位模糊问题,算法模块也可应用到多星测时差、测向-测时差等无源定位系统中。仿真结果表明,该算法能有效解决多目标时差测量数据的关联问题,最终实现对多目标的无源定位。     

基于TDOA的非同步照射辐射源定位算法

针对现有基于信号到达时差（TDOA）的定位算法难以适应辐射源信号非同步到达的定位问题,提出了一种新的非同步照射辐射源定位算法。该算法利用脉冲样本图外推各站辐射源脉冲的到达时间（TOA）序列,进而计算TDOA序列（TDOAs）,解决了非同步照射引起的TDOA计算困难问题,通过两条双曲线的渐近线交点求取初值,通过牛顿迭代法实现对辐射源位置的估计。最后给出的数值仿真结果验证了该方法的有效性。