捷联惯导系统误差状态可观性分析

捷联惯导系统误差状态可观性分析是为了确定卡尔曼滤波器对系统误差状态的估值效果。本文根据分段常值理论分析了捷联惯导系统误差状态的可观性，得到相应的可观性结论，并且分析了水平通道的误差状态可观性，所得到的分析结论对设计滤波器时的运动路径设置提供了参考依据。     

GPS/SINS组合导航系统状态的可观测度分析方法

线性时变系统状态的可观测度是检验所设计的Kalman滤波器的收敛精度和速度的重要指标。传统的可观测度分析方法存在着各种缺陷，难于满足实际工程应用需求。首先，本文论述了将线性时变系统状态转化为分段式定常系统(PWCS)的可观测性分析方法，并在对PWCS可观测性矩阵进行奇异值分解的基础上，定义系统状态的可观测度。然后，详细证明GPS／SINS组合导航系统满足PWCS分析定理要求，可以用条带化可观测性矩阵(SOM)代替总的可观测性矩阵(TOM)分析系统状态的可观测度。为了分析全弹道GPS／SINS系统状态的可观测度，进一步提出改进的可观测度分析方法。最后，从松耦合GPS／SINS系统仿真结果可以看到，可观测度指标能够很好地预见系统状态的Kalman滤波误差大小。可观测度高则滤波误差小，可观测度低则滤波误差大。这初步表明改进的可观测度分析方法是合理的和可行的。     

改进的推广KALMAN滤波器在导弹被动制导中的应用

本文研究将改进的推广Ｋａｌｍａｎ滤波器应用于导弹被动制导问题。为了提高系统的可观性，我们采用一种双重指标来设计最优导引律。仿真结果表明，如何系统状态的均值较高，波动较小，那么ＭＥＫＦ的估计精度明显优于推广Ｋａｌｍａｎ滤波器。     

H∞滤波及其在惯导中的应用

阐述了H∞滤波器的设计方法,建立了惯导系统初始对准的误差模型,并用状态解耦方法对模型进行了可观性分析.最后应用H∞滤波方法对可观的子系统进行了滤波器设计,给出了设计结果及相应的仿真曲线,仿真结果表明H∞滤波在惯导系统中应用是有效的.     

采用具有输入估值的变维滤波器进行的跟踪

本文提出了一种跟踪机动目标的改进方法。把输入估值方法的逆推公式与变维滤波器方法综合起来就构成了本文所提出的跟踪滤波器。在所提出的方法中，滤波器还提供目标开始机动的瞬间时间估值（当检测到目标机动时）。支用所估算的机动起始时间也可估算机动输入，跟踪系统则转换为机动模型。所提出的方法的计算负担与输入估值方法的相当。这种跟踪滤波器的有效性已经通过模拟得以验证，并将茯与交互式多模（ＩＭＭ）滤波器、输入估值滤     

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。     

估算转弯加速度的卡尔曼滤波器

近年来由于计算机的飞速发展，计算速度越来越快，所以用相控阵天线跟踪目标时采用卡尔曼滤波器已成为现实。对直线飞行的目标，卡尔曼滤波器能得到良好的跟踪精度，但若目标的加速度为高斯噪声，目标转弯时跟踪精度会降低。对处理转弯目标的跟踪精度曾提出两种方案，即估算输入的卡尔曼滤波器和二级卡尔曼滤波器。这些卡尔曼滤波器是在目标的运动模型上使位置和速度矢量与加速度矢量分离，利用预测误差估算加速度的。但由于对预测增减较大的目标的急转弯与目标运动模型不匹配，所以得不到良好的跟踪精度。为此提出了为处理目标的急转弯，不用预测误差而是通过卡尔曼滤波器估算的位置计算出形成飞行轨迹的转弯半径和角速度。还通过计算机仿真与原来的中方式进行比较，证明了其有效性。     

用不同传感器作航迹融合

分析了用不同传感器作航迹跟踪时的运动矢量融合算法，为了简单起见，假设两个不同的传感器装有不完全相同的两维最佳线性卡尔曼滤波器。文章指出，如何这两条航迹融合的互相关矩阵是正定的，就能改进航迹融合算法的性能。通过与机动目标相关的噪声引入的这种互相关对两种传感器的跟踪滤波器来说是共同的且容易忽视的，本文还以闭合形式导出了稳定状态下的互相关矩阵的表达式，同时获得了互相关矩阵的正定性条件，另外还讨论了正定性     

杂波环境下跟踪多目标的自适应联合概率数据关联算法

提出了一种联合概率数据关联滤波器，它利用自适应更新时间来跟踪杂波环境中的目标，并与利用恒定更新时间的联合概率数据关联滤波器做了比较。利用蒙特卡罗模拟，根据不同的目标轨迹对算法的跟踪性能进行了估计。     

卫星姿态确定与三轴磁强计校正

讨论了三轴磁强计观测存在系统误差情况下的地磁姿态确定问题并提出几个可行算法。首先,通过将三轴磁强计系统误差参数扩展到四元数和陀螺常漂组成的原状态量中,提出一个姿态确定扩维UKF滤波器,接着利用姿态确定与参数辨识双重滤波器思想提出2个与姿态信息有关/无关的姿态确定双重UKF滤波器。最后,利用计算机仿真分析了扩维状态系统的可观性并检验了新滤波器的有效性与可行性。     

一种纯距离跟踪滤波器的改进算法

针对纯距离目标跟踪可观测程度较低的问题,提出一种基于角度参数的纯距离目标跟踪改进算法。文中方法将系统的观测区间范围划分为若干个子扇区,每个子扇区采用一个独立的加权扩展卡尔曼滤波器进行纯距离跟踪,利用贝叶斯理论来修正各滤波器的权重,系统的输出为各并行运行的滤波器估计值的加权和,最终获得目标的运动轨迹。系统的仿真结果表明,方法收敛速度快,跟踪精度高于扩展卡尔曼滤波器的跟踪精度。     

一种自适应协方差矩阵旋转变换卡尔曼滤波算法及其应用

在被动方式下对目标进行跟踪 ,由于系统的可观性较弱 ,很容易引起状态误差协方差矩阵的过早跳变而导致系统发散。为此 ,本文研究了一种新的卡尔曼滤波算法 -自适应协方差矩阵旋转变换卡尔曼滤波算法 ,并将其应用于水面目标被动跟踪。由于该算法的协方差更新采用状态滤波值计算雅可比矩阵 ,因而具有更好的一致性。仿真结果表明 ,该算法可以克服观测模型线性化误差带来的不良影响 ,改善由于观测噪声的统计特性不能精确已知而导致的滤波不稳定问题 ,具有良好的鲁棒性、快速性和精确性。     

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。     

单星对卫星仅测角被动跟踪的三维可观测性研究

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。研究了单个卫星观测器对卫星仅测角被动跟踪中的重要理论问题——系统可观测性问题。在三维情况下基于角度测量信息建立了目标加速度由其位置、速度确定的运动模型,推导了该模型的系统可观测充要条件,最后严格证明了三维情况下单星对卫星的仅测角被动跟踪系统满足上述可观测充要条件。
     

对空间碎片的相对位姿估计

针对几何、质量特性参数均未知的空间碎片,提出一种基于扩展卡尔曼滤波（EKF）的相对位姿估计算法。该算法以单目相机获得的目标图像特征视线信息作为测量输入,以目标姿态、姿态角速度、惯量比、相对位置、相对速度和特征位置作为滤波状态。对算法进行可观性分析,给出两个可以保证算法可观性的条件。分别针对不同条件进行数值仿真,仿真结果表明新算法能够对几何和质量参数未知的空间碎片进行有效的相对位姿 估计。     

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。     

近地轨道航天器编队仅测距相对导航方法

针对地球中高轨道卫星导航信号不可用或不可信赖情况下的航天器编队自主相对导航问题,提出一种基于星载数据链仅测距的航天器相对导航新方法。首先,在地球非球形J2引力摄动条件下建立适用于椭圆轨道的线性化相对运动动力学模型,并建立基于星载数据链的飞行时间测距模型。然后,通过理论推导与数值仿真结合的方式对建立的仅测距相对导航系统进行可观测性分析,得出至少存在三种镜像模糊轨道的结论。接着,建立可用于提升系统可观测性的几何拓扑一致性约束模型,设计基于一致性无味卡尔曼滤波的分布式估计策略,并研究对应的相对导航误差传播规律。最后,通过标准蒙特卡洛打靶对所提算法进行仿真校验。仿真结果表明,相比于Tschauner Hempel(TH)动力学模型,利用建立的J2摄动相对运动动力学模型设计的仅测距相对导航系统能达到更高的相对导航精度,一致性无味卡尔曼滤波算法也能够有效提高编队导航的可观测性。     

基于SRUKF的偏心仅测角相对导航方法

针对以单个光学/红外相机作为相对导航敏感器的航天器,提出采用相机偏心安装和平方根无损卡尔曼滤波（SRUKF）两种方法,解决自主交会时中远距离和近距离全过程的仅测角导航(AON)问题。在观测相机安装时,人为设置一个分米量级的安装偏心,按照观测距离分段建立相机观测模型并推导了观测敏感矩阵,从理论上证明了径向和法向相机安装偏心可以改善近距离v-bar相对位置保持点的观测度,并且对远距离导航精度没影响。构建了基于SRUKF的仅测角导航方法,该方法不需要强制要求初始估计误差满足小量假设和零均值高斯分布假设。经算例验证,在远距离时,采用本文提出的仅测角导航方法,其导航精度比传统扩展卡尔曼滤波（EKF）方法提高了一倍,计算负载降低了约10%;在近距离时,解决了仅测角导航v-bar相对位置保持点不可观测问题;并且当初始估计误差呈非高斯特性时,依然可以实现对相对距离的无偏估计。