单个卫星观测器对卫星仅测角被动跟踪的可观测性研究

单个卫星观测器对卫星的仅测角被动跟踪技术在空间目标监视中具有重要价值,研究了其中的重要理论问题——系统可观测性问题。以直角坐标系为基础,建立了二维修正极坐标系下的状态方程和观测方程。推导了对任意加速度受位置、速度约束的运动的系统可观测充要条件,并据此充要条件,严格证明了单个卫星观测器对卫星仅测角被动跟踪系统满足该可观测条件,最后通过STK6.0产生的数据验证了结论的正确性,该结论可推广到对卫星目标的三维被动跟踪中。     

空对空单站被动跟踪体制与精度仿真分析

比较了空对空单站被动跟踪的只测角(BO)、角度相位差变化率和角度频率变化率三种典型定位跟踪体制的性能。基于状态及不同的测量模型,给出了扩展Kalman滤波(EKF)算法,讨论了测量精度对跟踪效果的影响。仿真结果表明:角度频率变化率体制的可观测性优于BO和角度相位差变化率体制;对辐射源匀速运动,观测器匀速运动即可跟踪;与BO测角体制相比,角度相位差变化率和角度频率变化率体制增加了观测量,跟踪收敛速度快。     

空间信息对抗中的单星对卫星无源定位跟踪方法

针对空间信息对抗中的侦察卫星变轨和对地面“静默”等特点，本文提出了一种基于UT(Unscented Transform)变换的UKF(Unscented Kalman Filtering)滤波跟踪方法，实现了单个侦察卫星仅仅测量角度对辐射卫星的轨道的无源跟踪和定位，经过计算饥仿真表明，仅仪利用单个卫星对卫星只测角定位是可能的，且在测角精度较高时，该方法的轨道跟踪精度可达1公里以内。     

机动卫星星座对多区域目标成像任务规划

针对太阳同步圆轨道卫星星座对地观测任务,研究了在卫星机动情况下对多区域目标的成像任务规划算法.首先提出了单颗卫星对单个点目标的观测方法,解析分析了点目标可见性,并给出了卫星变轨策略;进而通过把区域目标划分为多个条带,将问题转化为卫星对点目标观测问题,结合单星单目标观测方法分析区域目标各条带的可见性;最后建立优化问题模型...     

天基红外低轨星座的传感器管理方法

针对天基红外低轨卫星与目标高速相对运动以及导弹防御系统的特点,分析了天基红外低轨星座传感器管理的模型。根据只测角观测模型,使用GDOP作为控制跟踪精度的因子,综合考虑多目标观测成功率、卫星交接次数、传感器调度延迟以及实时运算等条件,使用单步前向预测的动态闭环控制结构进行传感器管理。仿真结果表明,提出的算法能够对天基红外低轨星座的传感器进行有效管理。     

基于状态观测器的高超音速飞行器动态面反步控制

针对高超音速飞行器严格反馈不确定非线性MIMO系统,考虑系统状态不可完全测量的问题,提出一种基于状态观测器的反步控制方法.该方法在系统具有不确定项的情况下,充分利用角速率信号和系统建模信息设计滑模观测器,实现对高超音速飞行器气流角的估计,并通过理论推导出了观测器的收敛条件和观测器增益矩阵的计算方法;基于反步法设计气流角跟踪控制律,分别采用指令滤波和动态面方法得到气流角指令和虚拟控制量的一阶导数,以Lyapunov方法证明闭环系统跟踪误差最终有界收敛.仿真结果表明,在系统存在不确定项且气流角不可测的条件下,所设计方法依然可以实现气流角的稳定跟踪.     

仅测角导航多约束交会的闭环最优制导

针对多目标、多约束仅测角导航自主交会闭环最优制导问题,提出一种基于凸优化方法的最优制导算法。首先,考虑可观测性和鲁棒性要求,建立仅测角导航与制导多目标优化的性能指标,在此基础上,确立多目标、多约束最优交会问题的目标函数,以及基于凸优化的最优制导问题求解方法;然后,根据仅测角相对导航和制导之间存在的"耦合"关系提出了仅测角导航闭环制导的框架和解决方案;最后,仿真分析可观测性对导航和制导性能的影响,验证了所提出的仅测角导航多约束交会闭环凸优化制导方法的有效性。     

空间监视卫星对特定LEO目标观测的姿态优化

针对受相机视场和转台范围的限制,空间监视卫星可能无法对特定重要LEO目标进行有效观测的问题,提出在接近前根据卫星和目标的相对位置对卫星姿态进行预先调整的方法。通过分析卫星与目标接近期间的方位角和高低角变化情况,得到可用的卫星姿态调整角。用Powell方法以可观测时长为指标对姿态调整角进行了优化,并给出了优化初值的确定方法。仿真结果表明姿态优化能有效提高卫星对目标的可观测时长,方便确定卫星姿态调整角,提高观测能力。     

非合作目标交会接近的自主检测和跟踪方法研究

提出一种针对空间非合作目标交会接近的自主检测和跟踪方法。在摄像机捕获原始图像后,利用推导的主动星高精度姿态来确定摄像机的精确指向,并结合恒星星库进行初步恒星对象剔除操作,随后基于不同对象在图像中的运动轨迹差异进行目标的精确识别。在目标仅视线角可观测的条件下,基于相对轨道根数建立相对运动方程,并利用扩展卡尔曼滤波器(EKF)构建仅测角相对导航滤波器以推导出主动星和目标之间的相对运动状态。最后通过搭建的半物理仿真平台,对该方法在3种轨道场景中的性能进行了仿真测试,结果显示,当卫星姿态确定的指向精度在优于3″的条件下,该方法的目标检测正确率在96%以上,提出的仅测角相对导航滤波器的相对定轨精度在所测距离范围的1%以内。     

基于机动平台序列图像的空间飞行器定轨技术研究

针对机动观测平台单目光学成像系统的特点,在不能测定目标飞行器位置和速度的前提下,通过对成像系统与空间飞行器空间关系的分析,提出了视平均运动角速度与真平均运动角速度的概念,并构建了关于二者的约束方程,实现了基于测角数据的观测斜距的估计,从而解算出定轨所需的初始状态参数。基于观测斜距估计的轨道确定方法把对空间飞行器的定轨问题,归结为根据图像序列计算目标测角和根据测角数据确定观测斜距,解决了利用空间单目光学成像数据的定轨问题,并以高轨卫星为实例对定轨精度进行了仿真验证。     

基于时差频差角度的低轨双星动目标融合跟踪方法

针对低轨双星时差频差定位系统在对运动目标定位中忽略其运动速度会引起较大的定位偏差以及定位跟踪的初值选取等问题,提出了一种对运动目标的双星时差频差信息融合主星的二维到达角（AOA）信息的融合无源跟踪新方法。首先建立测量模型和等高程目标运动状态模型,在此基础上采用扩展卡尔曼滤波（EKF）方法对运动目标进行跟踪定位。仿真分析表明,该方法可达到克拉美‐罗下限（CRLB ）,且收敛后对目标的速度和航向估计有较大的提高。     

时变拓扑卫星集群分布式自主相对导航方法

针对时变拓扑卫星集群的相对导航需求,提出了基于图论的时变拓扑分布式一致性无迹卡尔曼滤波算法。首先给出了固定拓扑卫星集群的相对运动方程、测角测距测量模型和无迹卡尔曼滤波算法,然后考虑测角失效时相对导航系统不可观或弱可观的问题,结合矢量环一致性约束,构造了一致性无迹卡尔曼滤波算法,以提高系统的可观度;在此基础上,针对时变拓扑卫星集群,以滤波精度为优化指标,在图论的基础上利用Dijkstra算法对卫星集群的时变拓扑结构进行重构,并将重构后的拓扑结构应用于卫星集群相对导航。仿真结果表明所提算法能有效改善不完备测量带来的模糊轨道问题,并且能够实现实时的拓扑重构,以满足时变拓扑星群的相对导航精度要求。     

基于方位信息的组网雷达跟踪滤波研究

干扰对组网雷达目标跟踪系统模型的影响,决定了系统需要用非线性滤波技术进行纯方位跟踪.粒子滤波避免了传统非线性滤波方法的缺陷,但是存在粒子退化,于是用EKF和UKF在每一时刻更新粒子,用更新的粒子及其协方差构造重要性函数,然后重采样.仿真实验表明了这两种改进粒子滤波方法的有效性.     

利用奉献观测器诊断红外地球敏感器故障的新方法

卫星闭环控制系统中不同敏感器的故障定位是自主故障诊断的难点。基于双观测器的方法能够分离光学敏感器和惯性敏感器的故障,却仍不能确定红外地球敏感器是否发生故障。奉献观测器适用于敏感器系统的故障定位,但由于该方法要求的能观性条件在实际工程中有时难以满足,使其应用受到限制。本文提出了一种利用奉献观测器诊断敏感器故障的新方法,先对不完全能观系统进行能观性分解,再对能观子系统设计奉献观测器,克服能观性条件的限制,实现敏感器故障诊断。最后,将该方法用于卫星红外地球敏感器的故障定位,仿真结果表明,该方法可有效诊断地球敏感器的故障。     

基于粒子滤波的被动多基站跟踪算法

针对被动多基站跟踪的实际应用，提出了基于粒子滤波的被动多基站跟踪方法。该方法首先利用两个基站的观测数据融合目标位置，并用第三个基站的观测数据对目标位置进行检验，消除了错误融合位置；然后，推导了被动多基站粒子滤波模型，并根据被动多基站跟踪的特点，提出了顺序重抽样方法，有效地解决了被动多基站跟踪中的高度非线性、非高斯的影响；最后，给出了算法的性能仿真比较。仿真结果表明提出的方法性能明显优于其他跟踪方法（如PMHT、IMM-PDA）。     

星间相对测量自主导航的改进容积卡尔曼滤波

针对仅利用星间相对位置测量的双星自主导航系统，提出一种基于可观度的改进容积卡尔曼滤波算法。该算法从系统可观度的物理意义出发，通过对预测协方差阵进行在线调整改善标准容积卡尔曼滤波算法对系统可观度敏感和不满足滤波拟一致性等问题。对具体算例进行数值仿真，校验了该改进容积卡尔曼滤波算法在基于星间相对位置测量的双星自主导航系统中的有效性，与标准容积卡尔曼滤波相比趋稳更快，精度更高。     

一种机动目标无源定位的新方法

目前对仅用测角信息的单站无源定位问题的研究，主要是基于固定辐射源目标以及匀速直线运动的辐射源目标，而在实际应用中目标常常是机动的。由此，提出了一种可调白噪声UKF方法。该方法在机动目标跟踪中使用可调白噪声模型方法，它不需要假定目标的机动加速度模型，而是通过检测跟踪滤波器归一化新息平方来调整过程噪声，从而实时地修正估计结果。同时算法对量测模型非线性问题采用UKF予以解决，不仅能克服EKF中引入的较大线性化误差对机动目标跟踪算法性能的影响，而且算法实现简单。最后将该算法与三种机动目标被跟踪算法相比较，仿真结果验证了提出算法的优越性。     

基于双星编队的空间非合作目标联合定轨方法

针对单颗卫星对空间非合作目标的纯测角跟踪定轨系统存在观测几何条件差和定轨误
差较大的缺点,提出利用双星编队对空间非合作目标进行协同观测。该方法引入平方根无迹
卡尔曼滤波(UKF)算法,并融合地面站观测双星编队信息、双星编队星间测量数据以及双星
编队对空间目标光学观测信息进行整网定轨,实现在纯测角条件下双星编队对空间非合作目
标的实时跟踪。仿真结果表明该方法可以改进观测几何条件和提高空间非合作目标的跟踪定
轨精度。     

自旋卫星姿态确定和系统偏差估计

以最小二乘为指标,应用Powell直接寻优算法,对近地轨道自旋卫星姿态确定数据进行加工处理,得出了某些系统偏差的估计值,然后再用Kalman滤波器进行滤波估计。实践证明,将此法用于可观性较弱的系统,可显著改善仅用Kalman滤波器所得的结果。