一种用于实时轨道确定的NPF-SRCKF滤波算法

针对航天器实时轨道确定中建模复杂、计算量大、估计精度低的问题,设计了一种考虑地球J 2 摄动影响的基于NPF-SRCKF的实时轨道确定算法,该算法采用非线性预测滤波(NPF)对模型误差进行补偿修正,利用平方根容积卡尔曼滤波(SRCKF)算法对修正模型误差后的系统进行状态估计。针对单测站、双测站跟踪测量设计了不同的实时轨道确定算法。实验结果显示,将非线性预测滤波和平方根容积卡尔曼滤波结合在一起,运用于简化的实时轨道确定模型,能有效降低计算复杂度,改进数值运算的稳定性,提高状态估计的精度。     

A Tracking Filter in Spherical Coordinates Enhanced by De-noising of Converted Doppler Measurements

Tracking problem in spherical coordinates with range rate (Doppler) measurements, which would have errors correlated to the range measurement errors, is investigated in this paper. The converted Doppler measurements, constructed by the product of the Doppler measurements and range measurements, are used to replace the original Doppler measurements. A de-noising method based on an unbiased Kalman filter (KF) is proposed to reduce the converted Doppler measurement errors before updating the target states for the constant velocity (CV) model. The states from the de-noising filter are then combined with the Cartesian states from the converted measurement Kalman filter (CMKF) to produce final state estimates. The nonlinearity of the de-noising filter states are handled by expanding them around the Cartesian states from the CMKF in a Taylor series up to the second order term. In the mean time, the correlation between the two filters caused by the common range measurements is handled by a minimum mean squared error (MMSE) estimation-based method. These result in a new tracking filter, CMDN-EKF2. Monte Carlo simulations demonstrate that the proposed tracking filter can provide efficient and robust performance with a modest computational cost.     

海杂波FRFT谱的近似分形特性与目标检测

主要介绍了海杂波分数阶Fourier变换（FRFT）谱的近似分形特性及其在海杂波目标检测中的应用。根据FRFT的尺度变换性质,研究了自相似过程FRFT谱的近似分形特性,然后将近似分形分析方法引入到实测海杂波FRFT谱分析中,发现在特定变换阶数下得到的海杂波FRFT谱间存在近似分形特性,且目标回波可使近似分形特性描述参数——FRFT域Hurst指数发生变化。因此,可利用FRFT域Hurst指数设计恒虚警率（CFAR）检测方法。经X波段和C波段雷达实测数据验证,所提方法的检测性能明显优于经典的利用时域Hurst指数的目标检测方法。     

一种用于深空高动态微弱信号的频率估计算法

研究了低载噪比与高动态环境下的深空测控系统频率估计算法,在分析已有方法不足的基础上,提出了一种基于无迹卡尔曼滤波(UKF)的闭环载波跟踪方法。此方法结合了锁频环鉴别器和UKF的优点,获得了宽的估计范围,高的估计精度和低的载噪比门限。在分析UKF模型的基础上,此方法还减少了原有UKF算法的运算量。仿真过程模拟了接收机的高动态运动轨迹,结果表明此法具有较好的动态适应能力、收敛性能和跟踪精度,能够有效地完成低载噪比与高动态环境下的频率估计。此法与基于扩展卡尔曼滤波(EKF)的频率估计算法相比,具有更低的频率估计误差,因此有着良好的应用前景。     

月面环境三维激光SLAM技术

同步建图与定位（SLAM）可实现月球车在未知复杂月面环境下的定位与导航,月球表面由陨坑、石头等起伏地形构成,缺乏树木、建筑物等地面存有的显著特征,大量特征不显著的点云数据会对月球车定位精度和实时性造成影响。本文提出了一种针对月面环境的显著特征点云提取方法以及基于曲面定位能力估计的增量式优化算法,通过Fisher信息矩阵计算曲面定位能力指标,获取机器人位姿估计的不确定性测量,利用增量式的SLAM方案进行优化,用于提高定位精度与实时性。通过在Gazebo （物理仿真平台）仿真场景下的测试,验证了算法性能。     

机载网络时间触发通信调度设计优化与评价方法

机载网络是航空电子系统实现信息传输与功能综合的关键组成,引入时间触发（TT）机制并安排合理通信调度可以有效保证机载网络实时可靠通信,但需要首先面对多种调度设计方法的选择问题。在总结了时间触发通信过程与特征的基础上,以时间触发以太网为分析对象,给出了基于可满足性模理论（SMT）、混合整数规划（MIP）和启发式算法等不同约束引导下的调度模型,并形成了基于强化学习（RL）的调度方法;从调度设计的求解能力与性能保障角度出发,建立了包括求解时间、可求解规模、传输延迟和调度模式的评价指标。以工业规模网络为研究案例对不同调度方法进行了验证分析,在评价指标的引导下对比分析了各种方法的适用场景,其中SMT方法可支持小规模案例,MIP方法具有明显的TT消息传输和调度求解运算优势,以遗传算法为典型的启发式方法和RL方法可实现大规模案例调度,虽然其TT延迟略高于MIP方法,但速率约束消息延迟优化程度分别达到7.97%和12.35%。在此基础上,进一步探讨了未来航电系统机载网络时间触发通信调度设计优化技术的发展趋势。     

Optimal trajectory and downlink power control for multi-type UAV aerial base stations

Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) enabled Aerial Base Stations (UABSs) have been studied widely in future communications. However, there are a series of challenges such as interference management, trajectory design and resource allocation in the scenarios of multi-UAV networks. Besides, different performances among UABSs increase complexity and bring many challenges. In this paper, the joint downlink transmission power control and trajectory design problem in multi-type UABSs communication network is investigated. In order to satisfy the signal to interference plus noise power ratio of users, each UABS needs to adjust its position and transmission power. Based on the interactions among multiple communication links, a non-cooperative Mean-Field-Type Game (MFTG) is proposed to model the joint optimization problem. Then, a Nash equilibrium solution is solved by two steps: first, the users in the given area are clustered to get the initial deployment of the UABSs; second, the Mean-Field Q (MFQ)-learning algorithm is proposed to solve the discrete MFTG problem. Finally, the effectiveness of the approach is verified through the simulations, which simplifies the solution process and effectively reduces the energy consumption of each UABS.     

基于可编程控制网关的一体化网络体系结构

当前IP网络和非IP网络长期共存,协议体系和通信体制互不相同,异构网络的互联互通困难.针对这个问题, 首先从异构网络间连接的关键节点——网关出发,通过将网关底层的数据转发和控制功能分离,并将网关上层的管控功能和应用服务功能抽取出来,提出了一种基于可编程控制网关的一体化网络体系结构.该系统结构将网络分为一体化网络协同管控单元、子网间可编程控制网关节点和异构子网3层,设计了基于典型异构网络的互联协议栈,以集成不同的网络协议.进一步在一体化网络构架的基础上,给出并分析了异构网络的抽象与描述、基于可编程网关的异构子网智能适配技术、一体化网络的资源管理与协同优化理论等关键技术.最后基于民用航空通信给出了一个异构互联示例,表明一体化网络体系结构的可行性.      

基于粒子滤波和似然比的接收机自主完好性监测算法

由于粒子滤波算法在处理非线性系统非高斯噪声问题具有较大的优势,提出将粒子滤波算法与对数似然比方法有机结合应用于接收机自主完好性监测(Receiver autonomous integrity monitoring,RAIM)中。通过粒子滤波算法对状态进行精确估计,利用对数似然比建立一致性检验统计量进行故障检测。在建立全量累加对数似然比和部分累加对数似然比检验统计值的基础上,通过比较系统各状态累加对数似然比和检测阈值之间的关系,进而对卫星故障进行检测。对算法进行了数学建模,描述了RAIM算法流程。通过实测数据对提出的RAIM算法进行验证,结果表明:粒子滤波在非高斯测量噪声情况下可以对GPS接收机状态进行精确的估计,利用对数似然比建立的一致性检验统计量能有效地检测并隔离故障卫星,验证了该算法应用于接收机自主完好性监测的可行性和有效性。     

一种极低载噪比高动态信号跟踪的线性预测器设计

针对深空通信高动态低载噪比微弱信号跟踪精度低、稳态均方性能差的问题,提出了一种高动态低载噪比信号跟踪的分级异构凸组合线性预测器算法,该算法将归一化最小均方算法(NLMS)和最小二乘算法(RLS)进行分级异构凸组合,给出了算法的结构、跟踪精度联合优化设计方案和最优参数选择的方法。在载噪比(CNR)为10~30dB-Hz、载波多普勒频移为-300~300kHz、多普勒频率变化率为-800~1200Hz/s、码速率为20bps条件下对分级异构凸组合线性预测器跟踪性能及跟踪精度指标(归一化均方根误差)进行了仿真。理论分析和仿真结果表明,该线性预测器与分级同构凸组合线性预测器相比,算法运算量减少、信号跟踪精度提高、收敛速度加快。因此,该新型结构线性预测有着良好的应用前景。