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.     

Uncertainty-aware Cube algorithm for medium-term collision risk assessment

The number of Earth orbiting objects is constantly growing, and some orbital regions are becoming risky environments for space assets of interest, which are increasingly threatened by accidental collisions with other objects, especially in Low-Earth Orbit (LEO). Collision risk assessment is performed by various methods, both covariance and non-covariance based. The Cube algorithm is a non-covariance-based method used to estimate the collision rates between space objects, whose concept consists in dividing the space in cubes of fixed dimension and, at each time instant, checking if two or more objects share the same cube. Up to now its application has been limited to the long-term scenarios of orbital debris evolutionary models, where considering the uncertainties is not necessary and impractical. Within operative contexts, instead, medium-term collision risk analysis may be an important task, in which the propagation-related uncertainties play a prominent role, but the timescale poses challenges for the application of standard covariance-based conjunction analysis techniques. In this framework, this paper presents an approach for the evaluation of the medium-term collision frequency for objects in LEO, called Uncertainty-aware Cube method. It is a modified version of the Cube, able to take the possible errors in the space objects’ position into account for the detection of the conjunctions. As an object’s orbit is propagated, the along-track position error grows more and more, and each object could potentially be in a different position with respect to the one determined by numerical propagation and, thus, in a different cube. Considering the uncertainties, at each time instant the algorithm associates more than one cube to each object and checks if they share at least one cube. If so, a conjunction is detected and a degree of confidence is evaluated. The performance of the method is assessed in different LEO scenarios and compared to the original Cube method.     

一类基于改进的当前统计模型的目标跟踪算法研究

提出了一种基于改进当前统计模型的交互式多模型算法。在交互式多模型中,利用滤波过程中的新息和新息协方差的变化,对当前统计模型(CS)的机动频率自适应调整,使模型更适应实际。经理论分析Singer,CS模型的先验假设条件,提出了一种改进的匀速运动(CV)模型,以适应目标弱机动的情形,弥补CS模型在目标弱机动时跟踪精度不高的缺点。理论分析和仿真结果验证了提出算法的有效性。     

CMOS探测器星敏感器的跟踪窗口星图处理方法

近年来,商业航天微小卫星已经实现了轻小型化、低成本、快速研制等目标,但是在卫星姿态控制方面受制于星敏感器等测量敏感器的精度水平,无法实现高精度的测量与控制。为满足微小卫星在轨飞行中高精度姿态测量和大角速度运动的要求,本文提出了适用于CMOS探测器星敏感器的跟踪窗口星图处理算法方案,设计了基于姿态信息和导航星库,通过坐标系旋转和透视投影变换,预测探测星点成像位置,设置CMOS探测器跟踪窗口的方法,根据跟踪窗口设置,完成预测恒星所在图像子区域的像素灰度数据采集和背景灰度值的计算。采用这种方法后,恒星成像质心精度得到了提高,加快了星点提取质心的图像处理速度。通过试验室动态光星模和外场观星试验验证。试验结果表明:该算法提升了星敏感器的精度( )和动态性能(3 (°)/s),同时提高了全天识别的概率和跟踪数据有效率。     

对高超声速目标的跟踪及算法研究

对高超声速目标特性进行了研究,针对高超声速目标高速及高机动的特点,提出了使用参考加速度模型的IMM算法.同时采用UKF滤波解决对目标跟踪造成的非线性问题.蒙特卡罗仿真试验证实该算法跟踪效果较好、误差均方值小、跟踪精度高.     

弹道目标实时跟踪中的滤波方法综述

指出目标运动先验信息、系统结构信息和设备测量信息的融合应用是提高滤波器跟踪性能的核心。进而综述了弹道目标融合滤波中的运动模型构造、滤波算法设计以及测量误差处理等环节中的关键技术和研究现状。并针对传统实时处理结构弊端,分析了实时跟踪系统的设计方法,讨论了如何建立高效的弹道跟踪数据处理流程,通过融合策略并举的方式实现系统各类信息的有效利用。一些设计方法可以为实际跟踪滤波器的开发提供参考。最后,结合空间应用的发展需求,分析了弹道目标跟踪技术的研究方向。     

间接Legendre伪谱法的欠驱动航天器姿态运动轨迹跟踪

针对仅带有两组喷气推力器的非轴对称欠驱动刚性航天器,提出一种基于间接Legendre伪谱法的姿态运动轨迹跟踪控制算法。首先采用Legendre伪谱法(LPM)离线规划出系统的最短时间姿态机动参考轨迹。接着将实际运行轨迹与参考轨迹之间的偏差作为变量,根据Pontryagin极小值原理必要条件把系统姿态运动跟踪问题转化为一个两点边值问题(TPBVP)。最后采用 Legendre-Gauss-Lobatto(LGL)点将此两点边值问题离散转化为一个线性方程组来求解,避免了对传统Riccati微分方程的积分运算。数值仿真校验了本文基于间接Legendre伪谱法的姿态运动轨迹跟踪控制算法的有效性。     

转动惯量未知的再入飞行器姿态容错控制

针对升力式再入飞行器再入过程中执行机构发生故障的情况,基于反步法思想,设计了一种无需飞行器转动惯量信息的姿态容错控制律,同时,该控制律能有效地抑制外界干扰。控制律的设计除了给出稳定性证明外,还给出了误差上界与控制参数的关系。以临近空间飞行器X-33为模型进行了数学仿真,结果表明了该控制律的有效性。     

模糊控制在光电跟瞄平台稳定控制中的应用

机载光电跟瞄系统是一个复杂的角位置随动系统,其精确模型不易建立。利用模糊控制不要求精确模型的特点,以跟瞄平台俯仰回路的稳定控制为例,设计了基本模糊控制器和自组织模糊控制器。仿真研究表明,在模型参数摄动又有多种干扰作用时,两种控制器都能进行有效地控制,特别是自组织模糊控制的稳态误差更小,计算速度更快。     

多径效应对DS/SS非相干延迟锁定环的影响

基于工程背景,结合实际应用中遇到的多径问题,首先从理论上进行分析,而后在systemvue2006仿真环境下对多径信道进行建模,着重仿真分析了多径效应对伪码跟踪环路的影响,给出了不同多径参数的情况下,非相干延迟锁定环路的鉴相特性曲线,对实际应用具有一定的指导意义。分析和计算结果表明多径效应对DSSS非相干延迟锁定环的影响主要与多径系数、多径时延和载波周期的倍数关系两个因素有关,并且呈现出一定的规律。