基于模糊调节无迹卡尔曼滤波器的地磁定轨研究（英文）

地磁定轨系统适合于对仪器复用率要求高的微纳卫星使用。考虑到地磁定轨系统的性能受限于地磁偏差,本文设计了模糊调节器,并构建了模糊调节无迹卡尔曼滤波器。将地磁偏差建模为随机游走,并将其变化率作为调节器的输入量,经模糊处理后,自适应调节滤波器的参数。SWARM-A卫星的实测数据实验表明,该算法可有效提升地磁偏差的估计精度,从而提升地磁定轨系统的性能。相较于传统的无迹卡尔曼滤波器,该算法的收敛速度更快,精度也更高,其位置误差均方根值为3.1 km.     

基于人工拉格朗日点太阳帆的导航卫星自主定轨技术

为提高导航星座的自主导航能力,提出一种基于人工拉格朗日点太阳帆的导航卫星自主定轨方法。在导航卫星星间测距的基础上,利用太阳帆提供的空间实时位置信息,来消除导航星座的整体旋转和漂移对自主定轨的影响。选用第一类无奇点根数作为状态变量,利用EKF滤波器融合卫星动力学信息及两类测距信息进行自主定轨。利用GPS导航星座的IGS精密星历进行了仿真试验,仿真结果表明了该方法不仅能够保证导航卫星自主定轨的长期稳定性,且与结合星间测距和星间测向的自主定轨方法相比,定轨精度更高。     

基于星载GPS双频观测值的简化动力学定轨方法

论述了基于低轨卫星星载GPS双频观测值的精密单点定位技术的简化动力学定轨方法的数学模型,分析了简化动力学定轨中的关键问题--伪随机脉冲的设置问题及其对定轨精度的影响.最后结合CHAMP卫星实测GPS数据,利用简化的动力学定轨方法对CHAMP进行定轨.算例结果表明,伪随机脉冲的设置可以有效吸收力学模型误差的影响,因而定轨精度较稳定.根据一个星期的CHAMP星载GPS跟踪数据计算的CHAMP轨道,同德国慕尼黑工业大学TUM计算的CHAMP轨道相比,均方根误差(RMS)在10 cm以内.     

基于图像位移的低轨卫星自主导航技术

利用高速相机测得的地面图形相对卫星的位移,结合星敏感器测得的姿态信息,基于卫星相对地面的速度是一个非线性变化过程这一事实,实现低轨卫星的自主导航.相对于传统的陆标识别自主导航,该方法不需识别地面物体或景象,只需利用图像之间的位移关系,经相关性分析后,便可获得卫星相对于地面的速度信息.因此,不需要存储地面物体或景象的先验信息,故减轻了存储负担.文中还构建了系统的状态方程和量测方程,采用卡尔曼滤波器进行信息滤波.仿真分析显示,该系统具有较好的自主导航精度,可以应用于低轨卫星的自主导航.     

GPS+BDS组合的实时定轨技术

为了改善卫星几何分布,提高低轨（Low earth orbit, LEO）卫星实时定轨的精度与可靠性,提出了北斗卫星导航系统（Beidou navigation satellite sy stem, BDS）与全球定位导航系统（Global positioning system, GPS）组合模型。组合模型基于加权最小二乘法（Weighted least square, WLS）,利用伪距观测量建立观测模型,实时估计LEO卫星位置。目前,LEO卫星尚未装备星载BDS+GPS双模接收机,为验证算法可行性,利用GPS/BDS卫星星历文件与STK软件仿真生成实验数据。实验结果表明,BDS+GPS组合模型较GPS系统模型精度至少提高26%。     

改善电压调节器调压精度的措施及其分析

晶体管型电压调节器具有结构简单、工作可靠及成本低等优点，但现有的电压调节器普遍存在稳态电压调节精度不高的问题。本文根据某型晶体管电压调节器的工作特点，分析造成稳态电压调节精度差的原因；并提出采用励磁电流反馈的改进方法，即按占空比变化调节参考电压。本文推导了反馈电阻的了值方法。对JF15发电机的电压调节实验证实；采用该方法可以有效地补偿稳态电压偏差，提高电压调节器的稳态精度。     

低轨大规模星座概念研究与分阶段部署方案

针对小卫星星座规模趋向巨型化的发展应用需求,开展基于遥感卫星的低轨大规模星座概念研究并提出相应的星座分阶段部署方案。首先,考虑低轨卫星轨道理想容纳卫星数量、星间相互作用、轨道控制精度等因素,进行低轨大规模星座量级分析,明确星座规模。在此基础上,采用人工势函数方法将卫星个体控制拓展至星座整体密度迁移,实现满足任务需求的星座特定密度分布。结合大规模遥感卫星星座任务特点和建设能力,提出基于太阳同步轨道、低倾角轨道和大椭圆轨道的混合星座配置方案,并按照近期、中期和远期分阶段进行部署。对星座部署方案进行仿真,验证了低轨大规模星座的优势,为未来巨型星座设计与控制提供一定的参考与借鉴。     

地磁导航的迭代评价匹配算法

针对现有地磁匹配基本算法在数据批处理上实时性能的不足和需要预先指定匹配数据序列长度的困难,提出了一种用于地磁导航的迭代评价匹配算法(Iterative evaluation matching algorithm,IEMA)。基于迭代求解思想,将算法时间分散在各个采样时刻,同时采用实时评价方式,在每一步迭代求解后根据实际情况来判断是否可以输出匹配定位结果。试验结果表明,迭代评价匹配算法应用于地磁导航是有效可靠的,并且它能够自适应调整匹配数据序列的长度。     

航姿系统内阻尼的模糊自适应滤波算法

平台式惯性航姿系统的内阻尼算法通过阻尼网络将自身的速度信息加到系统中,达到提高姿态精度的目的.本文将该思想引入到捷联式惯性航姿系统中,在系统加速度较小时,利用加速度计的输出估计系统姿态角,通过卡尔曼滤波的形式补偿姿态误差.由于内阻尼算法只有在系统加速度较小的情况下才能使用,本文设计了模糊自适应控制器,根据三轴加速度计的输出进行自适应判断内阻尼算法是否可用,调整内阻尼卡尔曼滤波器的量测误差方差阵,从而避免了滤波器的发散.仿真和实验表明,内阻尼的模糊自适应算法可明显抑制舒勒周期振荡和傅科周期振荡,避免了系统姿态漂移,有效提高了捷联惯性航姿系统的精度.     

一种基于电子调节器调试设备的研制

通过对电子调节器状态限制系统工作原理的分析,研制了一种电子调节器调试设备.该设备可用于模拟发动机工作的不同大气条件,从而解决在大气温度高、大气压力低的状态下发动机起飞状态无法调节的问题.     

基于MSD和ICCP改进的地磁联合匹配算法

如何抑制复杂环境中的航空器惯导误差发散,是实现航空器长航时高精度自主导航的关键。地磁导航是一种全天时、全天候的无源导航方式,其中,匹配算法是地磁匹配导航系统的核心技术。针对等值线匹配均方差（Mean square difference, MSD）算法无法校正航向误差、最近等值线迭代（Iterated closet contour point, ICCP）算法在初始误差较大的情况下易发散、实时性较差的问题,提出了一种改进的地磁联合匹配算法,采用粗精结合的策略,约束精匹配过程搜索范围并缩小初始误差,并在精匹配阶段采用动态窗口技术,提高算法搜索效率和实时性。仿真实验表明,该算法取得了良好的匹配效果,具有精度高、实时性好等优点,能够抑制惯导误差发散,适合航空器长航时工作。     

基于X射线脉冲星的新型卫星天文导航

基于X射线脉冲星导航（XNAV）是一种新型的卫星自主导航技术。使用卫星上的相位测量值和脉冲星钟预报的相位值,可以确定卫星的位置和速度。由探测到的脉冲相位,计算出沿着脉冲星视线方向的卫星相对于地心的距离。同时测量三颗脉冲星,就可以计算出卫星在惯性系下的位置。结合距离测量方程和轨道动力学,设计了广义卡尔曼滤波算法。仿真验证表明,该导航算法能实现卫星的精确导航,定轨精度在百米以内。此外还分析了影响导航性能的因素。     

一种可补充和验证GNSS的低轨PNT系统设计

提出了一种以星上有效载荷的形式搭载在低轨综合卫星平台上的PNT服务系统,可作为GNSS系统的补充、备份和验证手段。本文总结了低轨卫星PNT服务的发展现状,提出了该低轨PNT服务系统的设计方案和总体架构,分析了系统的工作原理、服务性能以及对GNSS系统的可补充和验证性。最后给出了系统建设需要研究的几项关键技术,初步论证了该PNT系统的可行性和技术可实现性。     

SVPWM逆变器数字电压调节技术的研究

逆变器开环工作时，由于输出滤波器的电感、功率管导通压降以及导线电阻等多种因素的影响，使逆变器在加卸载过程中输出电压有效值发生变化。另外，当输入电压波动时也会导致输出电压波动。为保证输出电压有效值稳定，必须加入电压调节器，形成输出电压反馈的闭环控制系统。本文论述了SVPWM逆变器的电压调节方法，建立了SVPWM逆变器模型，并对其进行了辨识，辨识结果说明把逆变器简单地等效为比例环节与实际模型之间存在误差。在此基础上得到的辨识模型，按零极点配置法设计相应的电压调节器。仿真与实验结果表明，该调节器不仅有良好的稳态性能，而且动态响应快。     

基于模糊数据挖掘的网络入侵检测模型

提出了一个基于模糊数据挖掘的入侵模型.异常检测的一个主要问题是正常模式随时间变化.如果一个实际的入侵行为稍有偏差就有可能与正常的模式相匹配,而异常检测系统则无法检测到这种入侵行为.为解决这个问题,本文利用模糊数据挖掘技术建立正常模式,并用一组模糊关联规则表示.在进行异常检测时,利用新的审计数据挖掘当前模糊关联规则,并计算其与正常模式的相似度,如相似度低于规定的阈值,使其产生入侵警报.最后,文中利用遗传算法优化模糊成员函数来选择其参数.     

基于F-P腔可调谐滤波器的FBG振动传感系统

通过F-P腔可调谐滤波器和宽带光源产生窄线宽光源,并通过调节F-P腔滤波器使窄线宽光源工作于光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)反射谱的边缘,从而实现了基于FBG的振动传感系统。通过STM32产生F-P腔可调谐滤波器的驱动电压,采用数据采集卡(DAQ)采集光电探测器的输出信号,用基于LabVIEW开发的上位机软件实现显示振动信号的时域波形和频谱。同时,通过研究F-P腔可调谐滤波器的动态漂移特性,发现预加电压可以减弱动态漂移对系统性能的影响。最后,将商用的电振动检测系统的测试结果与本文系统的测试结果进行了比较,结果表明:当振动频率小于100 Hz时,本研究的实验系统相对误差小于3%。     

基于观测器／滤波器结构的高精度转台自适应摩擦补偿

针对具有非线性动态摩擦的高精度转台系统,为了处理两种不同类型的摩擦参数不确定性,提出了两种自适应摩擦补偿方案。所提的两种方案均利用一种非线性观测器／滤波器结构来补偿转台系统中相应摩擦参数的不确定性。此外,第二种方案在双非线性滤波器中引入了可调增益,并通过调节滤波器增益来提高系统的位置跟踪性能。两种情况下,均采用基于Lyapunov的方法证明了整个闭环系统的全局渐近稳定性。仿真结果表明了所提方案的有效性。     

GPS导航定位中周跳探测和修复方法

提出了一种基于双频观测数据的单历元周跳探测和修复方法.该方法分三步实现:(1)将上一历元的模糊度代入当前历元的观测方程,消去模糊度参数;(2)利用拟准检定法检测当前历元是否有异常观测,若有,则判断出发生周跳的卫星;(3)利用LAMBDA方法计算出周跳,与前一历元的模糊度相加,即为当前历元的模糊度.该方法能准确判定出异常观测,即发生周跳的卫星.文中算例与其他方法作了比较,结果验证该方案是可行性的.     

六维力/加工电流模糊控制电解加工间隙的方法

为了有效控制电解加工间隙,提高加工精度,以六维力和加工电流为模糊控制器输入的原始数据,结合在线检测加工间隙技术,得到测试间隙;设计控制加工间隙的二输入一输出的模糊控制器,把测试间隙与初始设定间隙形成偏差和偏差的变化量,作为模糊控制器的输入,机床主轴进给速度作为模糊控制器输出;在Matlab的Simulink模块中,通过对电解加工系统和模糊控制器组成的联合模型进行仿真试验,并调整加工间隙的初始设定值,得到结论:模糊控制电解加工过程稳定,鲁棒性好,加工过程很快达到平衡状态;在0.2～0.7 mm的加工间隙范围,随着加工间隙的增大,模糊控制器的超调量减小,控制效果好.     

低轨卫星互联网技术架构及地面验证方法

为了满足全时段全地域高速数据速率需求以及应对各国对空间资源日益激烈的竞争,被列入新基建范畴的低轨（Low earth orbit, LEO）卫星互联网已成为最具前景的解决方案之一。基于“通导遥一体化设计”理念,本文提出一种以“星间组网+星上处理+跳波束”为主要特征的系统技术架构。该架构对星间激光通信、高速星上路由处理、宽带跳波束等各项关键技术进行分析,并给出一种针对包含首颗发射卫星的低轨卫星互联网的地面试验验证方法。本文提出的卫星网络体系结构、关键技术解决方案和在轨验证结果,对我国卫星互联网的建设和发展具有有益的探索和借鉴意义。