基于非线性观测器的非合作目标姿态跟踪控制

非合作目标的姿态角速度、角加速度未知,给在轨服务航天器跟踪非合作目标姿态的控制器设计带来挑战.为解决这一问题,设计了一种非线性观测器,该观测器能够估计出非合作目标状态,然后构造了基于非线性观测器的姿态跟踪控制器,并证明了闭环系统的一致渐近稳定性.仿真结果表明,设计的方法不仅能够实现非合作目标的状态估计,而且实现了对非合作目标姿态的跟踪.     

一种基于连续星图观测的自旋姿态估计方法

传统的利用地球敏感器和太阳敏感器作为测量仪器的自旋卫星姿态确定方法存在系统误差和安装误差等,从而导致自旋姿态确定误差较大的问题,文章提出了一种利用星敏感器获取的连续星图估计卫星自旋姿态参数的新方法。该方法以卫星的自旋轴和旋转角速度作为状态变量,通过星敏感器连续跟踪拍摄的恒星的成像位置作为观测量,利用无迹卡尔曼滤波估计出卫星的自旋姿态参数。仿真结果表明,在星敏感器的精度为3″时,该方法的自旋轴估计精度为0.3448″,自旋角速度估计精度为10^-4(°)/s数量级。     

中段目标高分辨距离像姿态敏感性影响度量方法

高分辨距离像（HRRP）存在散射中心模型改变、越距离单元走动、闪烁现象三个方面的姿态敏感性,同时影响距离像预处理、特征选择、模板生成等方面。为了区分不同姿态敏感性对距离像识别的影响,从而研究针对性的解决办法,首先在识别理论框架下,建立了“HRRP姿态敏感性影响水平统计模型”作为姿态敏感性对目标识别性能影响的定量分析工具。其次,针对弹道中段目标识别问题,定量分析了中段目标HRRP的姿态敏感性。暗室实测数据表明,闪烁现象与越距离单元走动对HRRP识别的影响程度相近。最后,通过比较聚类模板生成算法和邻近姿态角模板生成算法,验证了基于姿态敏感性影响水平分析方法的有效性。此分析方法对于弹道中段目标识别具有一定的参考价值。     

频率偏置对Ka频段圆极化频率复用数传链路的影响

采用国际电信联盟(ITU)的星地链路计算模型,仿真分析Ka频段双圆极化频率复用(简称"圆极化复用")链路可用情况随2个正交射频通道载波中心频率偏置量变化的关系,得出特定链路可用率下频率偏置量与临界接收仰角的定量关系。在此基础上,为了综合衡量频谱利用情况,提出有效频带利用率指标,并依据此指标对地面站的利用方案进行尝试性设计,以达到优化利用频谱资源的效果。研究结果表明:中心频率偏置量与有效频带利用率是对立统一体。增大中心频率偏置量,在特定链路可用率下可增长数传弧段,进而改善链路可用情况,但无法获取最大有效频带利用率。当载波中心频率偏置量为零时,通过选择合适的链路可用率可实现最大有效频带利用率。文章采用的分析方法和提出的有效频带利用率指标,可推广到其他频段的星地数传链路分析中,为Ka频段星地数传系统设计提供参考。     

刚体航天器大角度姿态机动控制算法

针对刚体航天器在参数不确定及环境扰动情况下的大角度姿态机动问题,提出一种自适应离散变结构姿态控制算法.建立包含航天器姿态运动学及动力学的仿射模型,并精确反馈线性化解耦;对得到的各线性动态方程离散化处理,由离散指数趋近律推导了参数化的离散变结构姿态控制律.最后基于Lyapunov稳定性理论设计了控制参数的自适应更新律,有效克服了模型中的各时变项及干扰项影响.仿真结果表明,该算法可有效减小干扰引起的姿态指令角跟踪偏差,确保了大角度姿态机动控制的精确性与鲁棒性,并且消除了常规变结构控制的抖振现象.     

含热诱发扰动的挠性卫星L_1自适应控制

为了揭示挠性帆板的热诱发运动机理及其对卫星本体姿态机动的影响,采用拉格朗日能量法建立了主刚体带挠性梁模型受到突加热流时系统的动力学模型,分析了帆板热诱发运动的特性。假设系统的模型参数未知,设计了L1自适应控制器,仅卫星的姿态角和姿态角速度作为反馈量,将帆板热致振动和变形作为未建模动力学特性,实现卫星考虑帆板热扰动力矩的快速姿态机动控制。数值仿真结果表明,环境温度突然变化引起的帆板运动包括准静态变形和振动两部分,同时引起的姿态误差也包括常值偏差和姿态振动,所设计的控制器在系统考虑热引起的扰动时仍可以有效地实现卫星的快速姿态机动,且系统各阶挠性模态稳定,参数估计收敛。     

欠驱动挠性航天器的全姿态控制

考虑欠驱动挠性航天器姿态控制问题,其中执行机构配置为两轴喷气和飞轮执行机构。提出了“喷气消旋＋飞轮机动”的分段控制方法,其基本思想是：首先利用喷气推进执行机构使航天器整星角动量趋于零,为飞轮控制做准备;然后利用飞轮执行机构使航天器从任意姿态转向指定姿态并维持。针对“喷气消旋”,说明了提出的控制规律能够保证航天器角动量全局渐近收敛于任意小量;针对“飞轮机动”,证明了航天器全姿态具有大范围渐近稳定性;针对“喷气消旋＋飞轮机动”的完整过程,采用扰动系统理论分析了闭环控制系统的大范围终端有界性。     

低成本动中通姿态估计算法

针对低成本微机电惯性测量单元无法满足宽带移动卫星通信系统姿态估计精度的问题,提出了以单基线GPS为辅助敏感器的改进型非线性观测器姿态估计算法。与经典观测器相比,改进算法利用观测器估计姿态代替加速度计估计姿态计算北向矢量的观测矢量,有效解决了加速度计精度与单基线GPS精度不匹配的问题。在单基线GPS不能正常工作的状态下,设计了状态判断开关,成功减少了载体机动加速度对估计结果的影响。试验结果表明：在单基线GPS一直正常工作的条件下,设计的改进非线性观测器的姿态估计精度达到±0.5°;在单基线GPS不能一直正常工作的情况下,在GPS可见弧段其姿态估计精度也达到±0.5°,均优于传统非线性观测器,满足低成本动中通要求。     

GPS在多航天器相对导航和姿态确定中的应用

研究了ＧＰＳ在一类没有结构和力约束,但存在运动约束的多航天器系统中的应用。首先分析了ＧＰＳ在该系统中应用的模式和方案。重点研究了相对ＧＰＳ（ＲＧＰＳ）导航和ＧＰＳ姿态确定的方法和算法。然后提出了ＧＰＳ在该系统中应用的总体结构和功能结构。最后对ＧＰＳ在该系统中应用的选星、滤波器设计、误差消除等问题进行了讨论。研究结果有助于ＧＰＳ在多航天器系统中应用的标准化。     

DGPS用于自动着陆验证系统的确认

波音777飞机通常采用同时装置飞机位置－姿态照相系统（APACS）和差分GTPS飞机定位（DAP）系统在飞行试验中采集数据,其中包括着陆、起飞行状态。对此数据进行对比和分析,其结果在本文给出。本文还给出了对比曲线中的与APACS有关的分布结果,结果表明DAP系统代替APACS是适合的,同时,距试验点10km处的参考点所得出的结果也令人非常满意。