一种基于线性伪量测方程的无陀螺姿态确定方法

基于一种新型的四元数伪量测模型,给出了一种无陀螺卫星姿态确定算法.该滤波算法不需要对量测方程作线性化近似,能够有效提高大姿态角情况下的姿态确定性能.并通过引入强跟踪性,使算法获得了更高的收敛性.仿真结果表明,算法能够有效的提高无陀螺卫星在初始消旋、三轴稳定等工况下的姿态估计收敛速度,并能够实现高速旋转工况下的姿态跟踪.该算法具有简明的线性结构,计算负担符合实时要求,结构简单,对硬件配置要求不高,尤其适用于低成本的微小卫星.     

预测滤波算法在微小卫星姿态确定中的应用

讨论了利用卫星姿态动力学与矢量观测信息融合确定卫星姿态的方法。引入基于模型误差最小准则的预测滤波算法,实现对未知扰动的实时辨识与估计,克服模型误差影响。针对预测滤波算法存在模型误差加权阵依赖经验选择的不足,提出了模型误差加权阵偏小设计准则,使预测滤波算法对模型误差的估计引入高频分量,根据卫星姿态机动速度远小于高频噪声的事实,采用ＦIＲ数字滤波器滤除由高频分量引入的噪声,放宽了模型误差加权阵的设计范围。仿真表明：应用该设计准则的预测滤波算法与优化模型误差加权阵的估计效果相当,且滤波精度对模型误差加权阵参数的选择不敏感;该法也克服了优化模型误差加权阵在滤波初始时刻的振荡。     

一种卫星姿态确定的非线性算法

在稳态卡尔曼滤波算法中引入非线性项 ,改进了算法的性能。思路是在姿态确定误差较大时 ,使得非线性滤波算法等价于具有较大滤波增益的稳态卡尔曼滤波器。理论分析和仿真结果表明在保证同样稳态估计精度的情况下 ,与稳态卡尔曼滤波算法相比较 ,非线性滤波算法具有更快的收敛速度     

参数不确定挠性航天器的姿态跟踪控制

许多空间飞行任务需要挠性航天器的姿态跟踪控制。由于燃料消耗和柔性附件展开等原因,挠性航天器的惯量矩阵并非确定的常值矩阵,本文研究惯量矩阵未知时挠性航天器的姿态跟踪控制问题。基于惯量估计器设计了非线性反馈控制器,使航天器跟踪惯性空间的目标姿态角速度。通过构造Lyapunov函数并利用Barbalat引理证明了控制系统的全局渐进稳定性。最后进行了数值仿真以验证控制器的有效性。     

利用磁强计数据确定卫星姿态的简易滤波算法

针对一类俯仰轴负向安装有偏置动量轮的重力梯度稳定的三轴主动磁控微小卫星,在分析其数学模型的基础上,将俯仰通道与滚动-偏航通道解耦,分别给出了仅用磁强计测量数据确定各通道姿态的卡尔曼滤波算法。并进一步分析了滤波系统模型的周期性,探讨了实现周期滤波增益的可行性。最后通过仿真算例验证了该滤波算法的有效性以及采用周期滤波增益的可行性。     

关于卫星姿态确定非线性滤波算法的研究

本文探讨了利用方位矢量和陀螺速率观测信息确定卫星姿态的问题。该问题实际上是一个非线性/非高斯状态滤波问题,因此,经典的基于EKF和UKF算法的姿态滤波器有可能失败,尤其是当初始状态的先验估计不可能精确得知的情况下。近来,粒子滤波理论已经开始应用于姿态确定问题,但是,这类算法往往需要大量的“粒子”,这对有限计算能力来说是一个沉重的负担。为此,本文尝试利用双重滤波方法,在每个序贯估计过程中,将有陀螺姿态确定问题暂时分解为1个四元数估计问题和1个陀螺常漂参数估计问题。本文提出了2个双重滤波器,包括1个姿态确定双重粒子滤波器和1个姿态确定的混合型滤波器。这两者都采用一个相同的四元数粒子滤波器,但在粒子重采样和平滑处理方面,不同于近来提出的类似滤波器。至于陀螺常漂估计,双重粒子滤波器发展了一个辅助粒子滤波器,而混合滤波器中则发展了一个参数UKF滤波器。通过与经典的姿态确定滤波器的仿真比较,证实了本文新提的2个算法的有效性和优越性。
     

一种实用的解耦自适应跟踪滤波器

提出了一种适于在非线性测量环境下跟踪机动目标的解耦自适应跟踪滤波器，这种跟踪滤波器在视线直角坐标系下实现了改进的输入估计方法。由于所提出的滤波器具有解耦结构，因此，可以显著地减少计算量而不会降低性能。同时还证明，由于伪测量噪声间的小的互相关，因此提高了机动检测的准确度。     

对日观测卫星无陀螺姿态确定算法研究

研究了两种无陀螺姿态确定算法:Kalman滤波算法和二阶差分算法。基于某对日观测卫星,将“陀螺 太阳导行镜”组合Kalman滤波算法与以上两种无陀螺定姿算法进行了仿真比较。结果表明,Kalman滤波算法和二阶差分算法均能较好地实现对日观测卫星三轴姿态角和姿态角速度的估计。     

矢量观测确定卫星姿态的预测粒子滤波算法

在矢量观测的基础上,针对单独的星敏感器定姿,提出了一种将粒子滤波(PF)和预测滤波相结合的姿态确定算法,通过设计粒子初始化,结合重要性采样、重采样和规则化等手段,成功地将姿态四元数作为状态粒子进行更新和传递,避免了状态方程的线性化和协方差矩阵的计算;利用预测滤波算法估计模型误差和姿态角速度,在保证滤波精度的同时,有效降低了粒子滤波器的维数.实验在某对地观测通用小卫星平台上进行,选取卫星自由飞行状态和飞轮控制对地稳定模式,分别对滤波器进行了仿真,实验结果验证了该算法对本质非线性、非高斯的卫星姿态估计问题具有快速的收敛性能和良好的稳定精度.该方法还为粒子滤波器的设计和无角速度敏感器测量的飞行器姿态确定提供了借鉴.     

利用GPS进行航天器姿态确定的EKF方法

姿态确定是ＧＰＳ在航天器上应用的一个重要方面。采用广义卡尔曼滤波（ＥＫＦ）方法利用ＧＰＳ进行航天器姿态确定，建立了ＧＰＳ载波相位观测和航天器姿态运动的线性误差方程，并进行了仿真计算。     

一种成像敏感器对月定姿算法

成像敏感器根据月像来确定卫星对月姿态角。分析了月球光学系统成像模型以及卫星两轴姿态角与月像边缘曲线方程的关系，利用分析结果并结合月像边缘点的曲线拟合提出了一种新的卫星对月定向姿态确定方法。此算法克服了非零姿态月像边缘的非圆现象并且在部分月像下也可完成姿态确定，仿真工作显示了新算法的有效性。     

CMOS探测器星敏感器的跟踪窗口星图处理方法

近年来,商业航天微小卫星已经实现了轻小型化、低成本、快速研制等目标,但是在卫星姿态控制方面受制于星敏感器等测量敏感器的精度水平,无法实现高精度的测量与控制。为满足微小卫星在轨飞行中高精度姿态测量和大角速度运动的要求,本文提出了适用于CMOS探测器星敏感器的跟踪窗口星图处理算法方案,设计了基于姿态信息和导航星库,通过坐标系旋转和透视投影变换,预测探测星点成像位置,设置CMOS探测器跟踪窗口的方法,根据跟踪窗口设置,完成预测恒星所在图像子区域的像素灰度数据采集和背景灰度值的计算。采用这种方法后,恒星成像质心精度得到了提高,加快了星点提取质心的图像处理速度。通过试验室动态光星模和外场观星试验验证。试验结果表明:该算法提升了星敏感器的精度( )和动态性能(3 (°)/s),同时提高了全天识别的概率和跟踪数据有效率。     

一种新的弹道导弹雷达跟踪算法

提出了一种新的名为Singer-IEKF的弹道导弹雷达跟踪算法。传统的弹道导弹跟踪方法，利用扩展卡尔曼滤波器进行非线性滤波，取Taylor展开的前两项，可能引入较大的线性化误差，导致跟踪精度不高。在分析弹道目标动力学特性的基础上对目标的运动模型采用基于J2校正的Singer模型来描述，并利用迭代的扩展卡尔曼对非线性的目标量测模型进行线性化。对新算法和扩展卡尔曼滤波算法进行Monte-Carlo仿真比较。仿真结果表明新算法的模型更准确，跟踪性能更好。     

一种新的弹道导弹雷达跟踪算法

提出了一种新的名为Singer-IEKF的弹道导弹雷达跟踪算法.传统的弹道导弹跟踪方法,利用扩展卡尔曼滤波器进行非线性滤波,取Taylor展开的前两项,可能引入较大的线性化误差,导致跟踪精度不高.在分析弹道目标动力学特性的基础上对目标的运动模型采用基于J2校正的Singer模型来描述,并利用迭代的扩展卡尔曼对非线性的目标量测模型进行线性化.对新算法和扩展卡尔曼滤波算法进行Monte-Carlo仿真比较.仿真结果表明新算法的模型更准确,跟踪性能更好.     

一种新的全天自主星图识别算法

在星图识别领域三角形算法得到了广泛的应用，但是在星对角距很小的情况下，其识别率严重降低。字符匹配算法可以解决这个问题，但是它无法识别由于相机在拍摄瞬问的平移和旋转而产生位移的星图。为了克服这一缺陷，提出了一种有效的星图识别算法，该算法在生成导航星数据库时以一些一定范围内的亮星为中心，把整个天球分为很多个四方形区域，然后根据被拍摄星图的特点从这些四方形区域内选取子区域参与星图识别。仿真结果表明该算法不但继承了字符匹配算法的优点，而且对星图位移有很强的鲁棒性。     

一种星敏感器中快速星跟踪方法

提出了一种快速星跟踪算法。在跟踪算法的三个耗时环节，分别采用，分区星表，阈值映射，先排序后匹配识别这三种方法，以提高跟踪过程的快速性。其中分区星表法将整个天区分成了若干个子天区；阈值映射法，设置被跟踪星体的数量阈值，减少映射次数；先排序后匹配识别法，减少了那些距离较大的无谓的星体间的匹配识别。对星跟踪算法进行软硬件仿真测试，在软件仿真测试中，测试了跟踪算法的正确性和成功率。在硬件仿真测试中，测试了跟踪算法在一个跟踪过程中每步的跟踪速度及影响跟踪速度的主要因素。     

一种多级助推段弹道导弹跟踪算法

针对多级助推段弹道导弹存在多个加速度突变点、机动性强导致跟踪难度大的问题,提出一种基于量测转换的强跟踪输入估计（STMIE）弹道导弹跟踪算法。在对多级助推段弹道导弹动力学特性分析的基础上,推导出雷达站东北上（ENU）坐标系下弹道导弹的运动方程,并通过将修正的无偏量测转换（MUCM）与STMIE算法融合,使得在导弹跟踪中应用STMIE算法成为可能。以典型的多级助推段弹道导弹为跟踪目标进行仿真校验,结果表明,本文算法对多级助推段弹道导弹目标跟踪性能优越,且算法复杂度较低,效费比高。     

导弹姿态控制伺服系统的变结构控制

为消除导弹姿态控制伺服系统变结构控制中的抖振，在状态轨迹与滑动平面夹角变结构控制律的基础上，将原来的二阶系统扩展为n阶。所设计的控制律兼具连续控制律与非连续控制律的优点，动态品质优良。仿真结果验证了理论分析的有效性。