利用区间广义卡尔曼滤波器跟踪来袭弹道式导弹

用雷达跟踪来袭弹道式导弹，由于其运动模型、测量噪声的不确定性，成为需要研究的重要问题。经典广义卡尔曼滤波器（ＥＫＦ）不再适用于这种不确定的问题，因此，引入一种新的区间广义卡尔曼滤波（ＥＩＫＦ）方法来跟踪导弹系统。计算机仿真结果表明本ＥＩＫＦ算法对于这种不确定的、非线性弹道式导弹的测量问题是有效的。     

相对测量在编队卫星自主定轨中的应用

针对编队卫星自主定轨问题进行了研究,设计了一种完全不依赖于地面站和GPS系统的自主导航方案。利用星间测量信息进行卫星编队相对轨道状态的自主确定;并在利用磁强计进行卫星绝对轨道自主确定的基础上,引入星间测量信息提高绝对定轨精度;设计扩展卡尔曼滤波器进行卫星编队轨道状态估计,数学仿真结果验证了这种导航方案和算法的有效性。     

综合采用GPS和地面雷达测量数据评估制导系统精度

仅用地面雷达跟踪数据评估制导系统的精度,其效果受客观条件限制。研究表明,把GPS(全球定位系统)作为外测资源在精度分析工作中加以利用,则效益显著。本文探讨综合利用GPS和地面雷达测量数据评估制导系统精度的问题。即对飞行试验的导弹,除了采用地面雷达进行跟踪测量外,还假设其装有弹载接收机。该高动态接收机通过弹载天线接收从四颗(以上)卫星发射的信号,该信号提供伪距和伪距变化率数据及广播星历资料。将这些外测数据(GPS数据和雷达数据)与遥测信息结合起来,选定合适的状态参数后,即可建立状态方程和观测方程。本文采用先进的估计技术(尤指U-D型卡尔曼滤波器)可分离出制导系统惯性器件等误差。由于把导弹的遥测速度和位置(修正了已知误差)转化成相应的外测数据并与之求差产生观测量,同时形成相应的测量矩阵。而U-D型卡尔曼滤波器又能将观矢量进行标量化处理,因此综合利用GPS数据和地面跟踪数据,实际上增大了观测矢量的阶数,从而提高了状态估计精度。当仅有其中一种测量手段时,该滤波器仍能正常运算。     

基于辅助粒子滤波的机动目标跟踪研究

针对机动目标跟踪巾扩展卡尔曼算法（EKF）收敛速度慢、跟踪精度低的问题,基于粒子滤波（PF）和辅助粒子滤波（APF）的基本思想,结合目标先验信息将速度约束条件加入到跟踪过程巾,对辅助粒子滤波算法进行了仿真分析,与扩展卡尔曼进行仿真对比,分析了跟踪性能和误差。仿真结果表明,对机动目标跟踪问题,辅助粒子滤波不仅解决了扩展卡尔曼线性化困难难题,与EKF相比还具有收敛速度快,跟踪精度高的优点。     

一种经济效益很高的校准无线电外测系统的方法——卫星校准法

一、鉴定和校准的重要性和紧迫性导弹武器系统和航天器的运载火箭在研制过程中,需要经过靶场飞行试验的全面鉴定。弹道式导弹(运载火箭)制导系统的鉴定,航天器的指挥控制,都需要靶场测量设备和跟踪网站提供精确的位置和速度数据。可以说,导弹武器系统和航天器的实际效能在很大程度上取决于靶场外测数据的质量。而高精度的外测数据在很大程度上又取决于外测系统本身的鉴定和校准工作。因为,确保规定的测量精度,是对外测系统提出的最重要的要求之一,而对一切     

一种鲁棒GNSS矢量跟踪环

复杂环境下导航接收机的连续可用性一直是卫星导航领域的研究重点。针对矢量跟踪环动态适应性不够和误差在通道间传播的问题,提出一种鲁棒全球导航卫星系统(GNSS)矢量跟踪环。基于各通道的伪距、伪距率和伪距加速度状态量构建扩展卡尔曼滤波器(EKF),通过灵活设置过程噪声方差阵,实现跟踪通道的耦合与解耦;采用基于极大似然估计器(MLE)的鉴别器生成码延迟和载波频率偏差观测量;利用滤波值修正并预测伪距率来控制本地数控振荡器(NCO),实现环路的闭合。仿真结果表明,本文设计的矢量跟踪环在保证环路相互辅助的基础上,避免了衰减通道误差在通道间的传播,可以对被遮挡信号保持稳定跟踪,鲁棒性优于传统矢量延迟频率锁定环。     

自适应扩展增量 Kalman 滤波方法

基于扩展增量Kalman滤波方法(EIKF)和自适应增量Kalman滤波(AIKF),建立自适应扩展增量Kalman(AEIKF)模型及其分析方法,给出递推算法.在许多实际情况(如深空探测),由于环境因素的影响、测量设备的不稳定性等原因,量测方程往往存在未知的系统误差,并且模型参数也具有不确定性,结果导致较大的Kalman滤波误差,影响滤波的收敛性.提出的AEIKF方法能够成功消除这种未知的系统误差,并能够实时估计变化的噪声统计量,提高Kalman滤波精度.该方法计算简单,便于工程应用.      

非线性系统中多传感器目标跟踪融合算法研究

 研究了在非线性系统中 ,基于转换坐标卡尔曼滤波器的多传感器目标跟踪融合算法。通过分析得出 :在非线性系统的多传感器目标跟踪中 ,基于转换坐标卡尔曼滤波器 ( CMKF)的分布融合估计基本可以重构中心融合估计。仿真实验也证明了此结论。由此可见分布的 CMKFA是非线性系统中较优的分布融合算法     

涡扇发动机变参数鲁棒H_∞滤波器设计

针对存在建模误差及测量噪声干扰条件下的涡扇发动机性能参数估计问题,标准卡尔曼滤波及其改进算法滤波估计误差收敛速度慢,滤波估计精度低,对不确定测量噪声及建模误差较为敏感,为此本文提出了一种变参数鲁棒H_∞滤波器设计方法。该方法采用仿射参数依赖Lyapunov函数设计满足H_∞性能指标要求的鲁棒滤波器,通过引入凸多胞技术,将参数依赖线性矩阵不等式(Linear Matrix Inequality,LMI)中变参数Lyapunov矩阵与系统系数矩阵之间耦合乘积导致的非凸优化问题,转化为常规LMI约束下的凸优化问题进行求解,降低了线性变参数(Linear Parameter Varying,LPV)鲁棒滤波器设计的保守性,得到了全局解。针对涡扇发动机的仿真结果表明:与扩展卡尔曼滤波器对比,采用该方法设计的滤波器具有较快的动态跟踪速度和较高的滤波精度,ΔFn的稳态估计误差不大于0.1%,ΔFn的相对估计误差不大于2.5%,同时对建模误差和测量噪声干扰具有较强的抑制能力。     

TAOS卫星GPS接收机验收

洛克韦尔国际公司研制了一种体积小、重量轻、适用于低轨道航天器的GPS接收机。这项计划由国防预研规划局(DARPA)发起,空军菲利普斯实验室监督。这种接收机的首次验收测试飞行已于1992年12月20日完成。这种接收机将安装在计划于1993年初发射的“自主操作强生存技术(TAOS)”卫星上。 这种接收机有六个通道,可连续跟踪四颗主用的GPS卫星,第五和第六通道可捕获跟踪其它健康的可见卫星。它可以完成伪距、连续载波、距离变化量的测量;用八态扩展卡尔曼滤波器估算带时标的用户的三维位置和速度。洛克韦尔公司的这种接收机重8磅,使用28伏直流电源,功耗12瓦。本文将介绍该接收机的设计和验收测试,并给出利用“多通道星戴GPS仿真评估系统”(SEVS)得到的性能测试结果。该仿真和评估系统产生六颗GPS卫星的L_1和L_2频段的射频信号,模拟低轨道航天器的信号环境。     

低成本GPS/INS综合姿态测位系统

廉价固态惯性传感器技术取得很大进展,使得惯性测量设备(IMU)的价格下降到10,000美元左右。测地和导航研究所(IfEN)购买了这种IMU,即SystronDonners公司的MotionPak~(TM),用来开发GPS/INS综合姿态确定系统。至于综合系统中的GPS接收机,IfEN选用了天宝公司的先进导航传感器(TANS)Vector接收系统,这是一个多天线测姿测位系统。 IfEN开发了实时导航软件,利用MotionPak陀螺仪和加速计的输出计算位置、速度和姿态。这些计算值与从TANS Vector得到的位置、速度和姿态信息在卡尔曼滤波器中综合处理。试验结果表明该系统可以达到0.1°的姿态确定精度(RMS)。本文介绍了这种低成本GPS/INS综合系统,包括GPS和INS硬件,数据获取和软件。     

基于极大似然估计器的GNSS矢量跟踪算法

矢量跟踪是一种将全球导航卫星系统(GNSS)接收机的信号跟踪与导航解算融为一体的跟踪算法。传统的基于矢量延迟/频率锁定环(VDFLL)的跟踪算法普遍采用延迟锁定环(DLL)和锁频环(FLL)鉴别器计算伪距和伪距率偏差观测量,由于锁频环鉴别器存在近似误差和一步延迟效应,在高动态环境下容易造成环路失锁。从直接估计卫星信号特征参数的角度出发,基于中频信号模型构建码相位和载波多普勒的极大似然代价函数,采用非迭代估计算法得到各通道码相位和多普勒频移的估计偏差,转换为卡尔曼滤波器的观测矢量,提出一种基于极大似然估计器(MLE)的矢量跟踪算法。理论分析和仿真结果表明:新算法结合了极大似然估计和矢量跟踪的优点,克服了FLL的延迟效应,与基于VDFLL的矢量环路相比,高动态环境下的跟踪稳定性更好,可以对被遮挡的卫星保持持续的跟踪。     

稳定跟踪平台的FKAPID控制算法

针对传统PID控制算法在稳定跟踪平台控制中的诸多问题,提出一种带有卡尔曼滤波器的基于前馈补偿和抗积分饱和PID(FKAPID)控制的控制方法。计算机仿真实验表明,控制方法使系统的单位阶跃响应的超调量减小到6%,调节时间缩短至1.4 s,跟踪误差的均方差值减小了1个数量级以上,动态响应性能、对周期性信号的跟踪性能和对干扰的抑制能力明显提高。     

非线性系统中多传感器目标跟踪融合算法研究

主要阐述了在非线性系统中多传感器目标跟踪的融合算法，提出了基于变换测量卡尔曼滤波器（CMKF）的分布式融合算法，从该理论出发，导出了分布式变换测量卡尔曼滤波算法（DCMKFA）几乎能够重视集中式融合估计，仿真结果证明了这一结论，因此，DCMKFA对于非线性系统中的目标跟踪是一个有效的分布式融合算法。     

弹道导弹总体参数的混合遗传算法全局优化

液体火箭发动机推进弹道式导弹总体设计参数的全局最优化问题是亟待解决的计算问题。遗传算法具有全局搜索能力强、鲁棒性强、适于并行处理的特点,而Powell算法具有很好的求解局部最优解的能力。将两种方法进行有效改进后使之相结合,设计出并行全局最优化混合遗传算法。并以此为基础,建立了液体火箭发动机推进弹道式导弹总体优化设计模型。以液体火箭发动机推进弹道式导弹的起飞质量最小为目标,对液体推进剂弹道式导弹设计参数进行了优化设计。数值优化结果表明:该混合算法提高了搜索全局最优解的速度,优化精度高,且避免了初值敏感、病态梯度和局部收敛等问题,能够搜索到全局最优设计参数。     

基于卡尔曼滤波器和遗传算法的航空发动机性能诊断

以某型涡扇发动机为研究对象,构建了基于卡尔曼滤波器和遗传算法的航空发动机性能诊断方法。卡尔曼滤波器根据发动机可测参数偏离额定特性时的变化量,对发动机性能参数进行了估计。当传感器存在测量偏差时,会使滤波器估计结果偏离真实情况。遗传算法以机载模型输出与发动机测量参数之间的误差最小为目标,通过优化计算,找出存在测量偏差的传感器,确定其偏差,并最终消除测量偏差对性能诊断的影响。     

航天器利用跟踪与数据中继卫星系统导航的评述

NASA将利用跟踪与数据中继卫星系统(TDRSS)对地球卫星进行跟踪和通信。本文评述了利用TDRSS为航天器导航的能力。用加权最小二乘批处理技术拟合跟踪测量值,得到东TDRS卫星和几个用户航天器的轨道解。所研究的用户航天器有太阳峰年卫星(SMM),陆地卫星-5,地球辐射预算卫星(ERBS)和太阳散逸层探测器(SME)。以相继轨道解的一致性作为度量,评定了东TDRS卫星的轨道精度。将TDRSS跟踪获得的用户航天器轨道与同一时间由地面跟踪获得的结果进行比较,确定了用户航天器的轨道精度。研究了跟踪测量值特性和摄动力模型计算对轨道解的影响。介绍了东TDRS卫星和用户航天器的轨道确定结果,对这些结果进行的分析和评价以及由此得出的一些重要结论。     

用全球定位系统对导弹进行实时跟踪

本文将介绍一套利用全球定位系统(GPS)对远程导弹进行实时跟踪的系统。全球定位系统全面投入工作后(八十年代后期),用它来跟踪导弹、飞机和地面车船正是其英雄用武之地。为了充分利用该系统,必须要有一种高经济效率的跟踪方案。在跟踪导弹这样一些非回收性试验体时,尤其要注意这一点。本文所介绍的这些技术就是跟踪非回收性试验导弹的一种经济实惠的方法。其基本方案是被试导弹接收多个GPS信号,将这些混合信号的频率变换到一个新的S波段频率上、然后再将混合的S波段信号发送到地面接收站。地面站接收经转发的GPS信号,并加以处理,得到该导弹的正常伪距和伪距离率测量值。用卡尔曼滤波器计算出位置和速度解。除了能独立工作之外,本文所介绍的系统还能与现有跟踪系统相结合,提高跟踪精度。     

“不确定度”将取代“误差”

不确定度表示是计量工作标准化中、也是科学实验中的重要问题,用不确定度取代误差来评价测量质量,在国际上已经比较普遍地被采用。1980年国际计量局(BIPM)作出了《实验不确定度的规定:建议书INC-1(1980)》,并于1981年被国际计量委员会(CIPM)采纳和建议广为宣传,1986年国际计量委员会又作出决议,要求将INC-l(1980)用于有关工作,1989年国际标准化组织(ISO)的国际不确定度工作组联合会议作出了测量不确定度表示的指导文件,工作组成员、我国代表刘智敏出席了这次会议。     

直升机地形跟踪控制的广义预测控制方法

探讨了广义预测控制(GPC)方法应用于直升机贴地飞行时地形跟踪控制的可行性．该方法通过最小化预测跟踪误差与预测控制增量的加权二次型性能指标来产生动态系统的最优控制输入。仿真结果表明，广义预测控制方法能够有效地减小跟踪误差，从而实现精确的地形跟踪。