平台单星复合制导方法研究

为了提高武器命中精度,开展了平台单星复合制导方法研究。通过建立星敏感器观测量、平台失调角与落点偏差之间的联系,构建星光修正模型;同时利用数值寻优方法确定最佳星方位。仿真证实,平台单星制导方法能够有效降低制导工具误差,是提高导弹命中精度的有效手段。     

单星星光/惯性复合制导最佳星快速确定方法研究

单星星光/惯性复合制导能有效提高弹道导弹的机动发射性能和命中精度,在实际应用中需要快速确定最佳星.针对单星平台方案,建立其基于初始定位定向误差的相关数学模型,并采用单纯形调优法实现最佳星的快速确定.仿真结果表明.采用所建立模型能有效修正初始定位定向误差的影响;单纯形调优法选星速度快,精度高,能为有效解决最佳星的快速确定问题提供有益参考.     

捷联星光制导仿真方法研究

捷联星光制导方案是把星跟踪器安装在平台基座上，利用星跟踪器和平台框架角的测量信息解算出因初始定位定向误差引起导弹的落点偏差，由末助推控制系统完成弹道修正。有关捷联星光制导方案的地面仿真原理、方法、组成，选星及大气修正计算原则、地球旋转影响在本文中作了论述，并给出仿真原理框图、硬件设备组成和功能、接口要求以及系统工作程序框图。     

基于多普勒变化率的单星无源定位

针对单星测向定位中干涉仪设备复杂、卫星姿态测量要求高等不足,提出了一种基于多普勒变化率的单星无源定位方法。在分析定位原理的基础上介绍了一种网格搜索定位计算方法,并对定位中出现的模糊问题提出了三种解决方案。通过理论分析,研究了定位误差与测量精度的关系。仿真结果表明基于频率变化率的单星定位方法可得到较高精度的定位结果,GDOP分布表明对星下点两侧对称区域内的目标辐射源可实现定位。     

最小相位误差单星无源定位法

基于卫星在不同位置测得的信号相位差,提出了一种用最小二乘使误差最小化的单星无源定位方法。给出了定位和去模糊的原理与计算方法,以及数学模型,建立了定位误差的解析表达式,用仿真验证了误差表达式。结果表明该法有一定的去模糊定位和单基线测量相位差定位能力。     

一种深空天文测角导航中的星历误差抑制方法

以火星探测器为例，提出一种以星光角距/时间差分星光角距作为量测量的星历误差抑制方法，分析了火卫一星历误差对导航精度的影响，建立了火卫一时间差分星光角距的量测模型。通过将火星星光角距和火卫一星光角距相结合，发挥了两种量测的优势，实现了对火卫一星历误差的抑制。仿真结果表明，基于星光角距/时间差分星光角距天文导航方法的位置误差是传统基于星光角距天文导航方法的64%，是基于时间差分星光角距导航方法的58%。此外，还分析了导航恒星个数、火星敏感器精度、火卫一敏感器精度、星历误差大小和滤波周期对导航性能的影响。     

一种航天器星光折射连续导航方法

针对星光折射航天器自主导航应用中观测缺失导航折射星造成误差上升甚至导航发散的情况，提出一种适用于航天器星光折射导航空白段的新方法。阐述了星光折射导航机理，给出了导航星观测窗口，进而设计基于神经网络的导航算法，该方法充分利用已有信息，有效预测并修正航天器状态信息，使星光空白段前后导航误差变化平稳，发挥星光折射间接敏感地平精度高的特点，保证了航天器高精度定位，且不需要添加硬件设备，算法简洁、实用。最后，通过计算机仿真校验了该导航方法的有效性。     

基于径向加速度精估计的PSO单星无源定位

针对传统单星无源定位方法定位精度较低的问题,文中提出一种基于径向加速度精估计的单星无源定位方法来实现单星对地球表面静止宽带信号辐射源定位。在通过测量脉冲到达时间(Time of Arrival, TOA)获得径向加速度精估计的算法基础上,采用粒子群优化(Particle Swarm Optimization, PSO)算法进行目标位置搜索,提高了定位精度,同时降低了计算量。分析并仿真了该方法定位误差与卫星状态参数、观测时长以及辐射源信号带宽、重频、持续时长等参数的关系。理论和仿真分析表明,该方法实现简单,计算量小,适用范围广,定位精度高。     

基于星光大气折射的卫星自主轨道确定

本文研究了利用星敏感器进行卫星轨道确定的自主导航方案。这种自主导航方案完全利用高精度的CCD星敏感器，以及大气对星光折射的数学模型及误差补偿方法，精确敏感地平，从而实现航天器的精确定位。以某太阳同步轨道卫星为背景，针对本文给出的星光折射光的卫星导航方案，结合推广的卡尔曼滤波算法，使用模拟数据进行了仿真研究，定位精度为38m。仿真结果说明，星光折射角的测量误差和大气折射模型的不确定性是影响导航精度的主要因素。     

基于状态转移阵的SINS/星光组合速度位置误差估计方法

惯性/星光组合制导系统,在一般弹道导弹的制导中,星光工作前产生的速度、位置误差无法直接测量,导致较大的关机点速度和位置误差.为了提高导航系统精度,本文针对弹载捷联惯性/星光组合导航系统,深入分析了组合导航系统的各项误差特性,根据最优估计的一步状态传播特性,构建了一种误差传播转移矩阵,先估计关机点前一段时间的误差积累,然后,结合卡尔曼滤波对关机点速度和位置误差进行了有效地估计和修正.仿真结果表明,这种方法同未修正时的结果相比,速度和位置精度提高近一个量级,具有很强的工程应用价值.     

一种星光折射卫星自主导航系统方案设计

利用星光折射间接敏感地平的卫星自主导航方案具有导航精度高、自主性强的特点,是一种极具应用潜力的自主导航方案。在基于星光折射的自主导航方案中,折射星的准确识别与折射角的精确获取是实现高精度导航的基础。提出了一种基于双星敏感器,利用连续高度星图模拟与匹配技术实现高精度折射星识别和折射角获取的方法,并在此基础上设计了一种新颖的基于星光折射的卫星自主导航系统方案。同时,为了验证该方案的可行性,设计了相关的折射星仿真程序,以轨道高度为686km的对地观测卫星为例进行计算机仿真验证,结果表明在星敏感器精度为3″时,该导航系统平均位置误差约为145m,最大位置误差不超过400m。     

多敏感器信息融合技术在卫星姿态确定中的应用

针对惯性陀螺、星敏感器和红外地平仪组成的卫星姿态确定系统,基于联邦卡尔曼滤波技术和多敏感器信息融合技术,提出了二级分散滤波方案,该方案能够实现系统的故障诊断与系统重构,提高系统的可靠性,最后通过仿真解算出高精度的姿态测量信息。     

采用简化滤波器思想的卫星姿态确定系统故障诊断

针对星上计算机运算资源有限的问题,为了降低卫星姿态确定系统故障诊断的运算量,提出一种基于卡尔曼滤波器的故障检测与分离方法。该方法首先基于卫星姿态运动方程设计了一种加性卡尔曼滤波器,然后将卡尔曼滤波器与简化观测器思想相结合,进一步提出一种采用简化滤波器思想的姿态敏感器故障诊断律。所提出的故障诊断方法既可以实现对陀螺故障的检测与分离,又能够诊断星敏感器的故障。此外,该方法只利用一个滤波器即可实现故障检测与分离,其计算量小,有利于在轨实施。最终采用一个由三正交一斜装陀螺组件和星敏感器构成的姿态确定系统对所提出的方法进行了仿真校验,仿真结果表明了所提方法的有效性。     

一种新的星模式识别算法

研究了面向星敏感器的星模式识别算法。首先扼要介绍了到目前为止出现的所有面向星敏感器的星模式识别算法和星图预处理，然后详细论述了本文提出的基于旋转和比例不变点特征松弛匹配算法的一种新的面向星敏感器的星模式识别算法。在第三部分通过仿真试验检验了新算法的性能。初步的仿真试验结果表明该星模式识别算法性能优良，具有实用价值。最后讨论了待深入研究的问题。     

捷联惯导/星敏感器组合导航技术研究

针对在捷联惯导系统中陀螺的误差存在随着时间积累而逐渐增大的缺点,提出了捷联惯导系统+星敏感器的组合导航方案,并进行了仿真及结果分析。以Kalman滤波为基础,通过将捷联惯导系统和CCD光学传感器所测得的飞行器相关姿态信息进行数据融合,估计出组合导航系统的误差状态量,进而修正捷联惯导系统的位置、速度和姿态角。详细推导了捷联惯导+星敏感器组合导航的算法,并通过对仿真结果的分析证实了该方案的可行性和算法的有效性。     

基于天文角度观测的机载惯性/天文组合滤波算法研究

针对采用天文/惯性位置组合时对导航选星有特殊要求,提出了基于天文角度观测信息的机载惯性/天文组合滤波方案及算法.对基于天文角度观测的INS/CNS组合导航系统的原理进行了充分阐述,分析并建立了基于单星或多星观测条件下的组合导航系统线性化量测方程,并针对角度观测时高度通道不可观的特点,增加了气压高度输出为系统的观测量,并在此基础上设计了组合滤波器算法.最后进行了组合导航系统仿真,并通过协方差分析的方法对比分析了单星和双星观测条件下的滤波性能.仿真结果表明,即使是在单星观测条件下,组合导航系统也能获得较好的定位精度;若观测星数增多,则可以大大提高系统性能,表明该组合导航系统设计方案是成功可行的.     

星图匹配制导中的关键技术

为了提高新一代弹道导弹的快速、机动反击能力和射击精度，采用星光，惯性组合制导足最佳的选择。本论文给出了基于双星敏感器的、星图匹配制导系统的关键技术。提出了根据弹道设计导航星表．极大地简化了弹载星表；提出了一种适用于星光制导的凸多边形箅法，合理地减少了匹配的星对角距数目。这两项技术保证了星图匹配制导技术的实用性。提出了一种分离初始定位、定向误差及平台漂移误差方法。采用凸多边形的星图识别算法可同时获得多颗星的瞬时位置，结合恒星在像平面的位置可解算导弹在赤道惯性系和发射点惯性系的三轴姿态，最后，给出了导弹初始定位、定向误差的数学表达式。仿真结果表明了该方法的有效性。     

考虑卫星轨道运动和像移影响的星敏感器星图模拟方法

星图模拟技术是星图识别算法和星敏感器性能测试的基础.提出一种新的高精度星图模拟方法.该方法分为三个步骤:首先,利用两行轨道数据(TLE,Two-Line Orbital Element)与简化常规/深空扰动的近似解模型(SGP4/SDP4)计算出卫星在轨运行参数,进而获得卫星姿态矩阵;然后,根据星敏感器的方位和俯仰角度,确定星敏感器视场中的导航星及星敏感器安装矩阵,利用小孔成像模型,获得导航星在星敏感器成像面的投影位置;最后,为更准确模拟实际星像点的灰度扩散,在考虑卫星运动引起的恒星像移的基础上,按照二维高斯分布规律置灰度值来模拟星像点像素.在此基础上,还详细分析了不同曝光时间下,恒星像移对恒星位置测量的影响.     

使用GPU并行加速的星表检索算法

提出一种基于GPU的恒星检索并行算法,解决大视场下星表检索在仿真应用中效率不高的问题。首先使用经纬度分区法将星表划分为星区存储,然后在可快速查询的分区星表上,提出构造球面三角形法精确求出探测视场覆盖的星区,以有效减小搜索范围。最后,采用计算统一设备架构(CUDA)计算平台,将并行的视场内恒星检索过程放入GPU下进行并行加速。实验结果表明,与面向CPU的实现相比,所提算法获得数十倍的加速比,并且在大视场、宽星等域下将检索时间控制在毫秒级别,满足了实时仿真要求。