一种双星定姿方法的误差分析

对一种双星定姿方法的误差进行了理论分析。该定姿方法用一个星敏 感器先后观测两颗导航星,并且对每颗导航星进行多次观测,以提高定姿精度。 本文对平台失调角估计误差的统计特性进行了分析,推导出了平台失调角估计 误差方差的表达式,给出了平台失调角估计误差与两颗导航星星矢量夹角β以 及观星次数N之间的关系,该结论对于工程实践中对β和N的选择具有指导意 义。     

单框架控制力矩陀螺群的奇异几何分析

使用几何方法对单框架控制力矩陀螺群（包括转子恒速的CSCMG和转子变速的VSCMG）的奇异性进行了分析。通过绘制CSCMG的奇异角动量超曲面,并标识隐奇异和显奇异在该曲面上对应的点,直观地表述了CSCMG的可操纵空间,得出星体三轴角动量可交换的具体范围。比较奇异角动量超曲面图,可以看出金字塔构型在角动量饱和包络面内部存在显奇异,而五棱锥构型的显奇异十分接近饱和包络面。文中分析了金字塔和五棱锥两种构型的CSCMG可能的退化隐奇异点,并给出了退化隐奇异点在奇异角动量超曲面上的具体位置及其高斯曲率特性。对集成的能量和姿态一体化控制系统（IPACS）可能出现的无法操纵的情况进行了补充分析,给出了使用VSCMG的IPACS不会出现操纵奇异的构型设计的充分条件。给出在某一瞬时能量下,VSCMG转子角速率范围有限制时的角动量包络图,从中得到CSCMG与VSCMG角动量体的变化和联系。     

小型固体运载器起飞段姿态控制方法研究

针对控制系统,采用侧喷流发动机和栅格舵的新型小型多级固体运载火箭开展了起飞段姿态控制方法研究。给出了在低马赫数条件下侧喷流发动机的力放大因子和栅格舵的控制力矩,建立了运载器姿态控制模型。根据侧喷流和栅格舵的特点,设计了PID控制器与智能开关控制器相结合的新型控制器,运用神经网络算法实现了开关控制器参数的在线选择。仿真结果表明,所设计的控制器满足控制精度、稳定度和鲁棒性的要求,算法简便,具有工程可实现性,以侧喷流发动机和栅格舵为执行机构的控制系统能满足运载火箭起飞段姿态控制要求,为陆基或空射小型固体运载火箭姿态控制方法提供了一种新思路。     

姿控发动机试验热流参数测量系统设计

针对姿控发动机试验热流参数测试需求,在分析热流测量机理的基础上,提出了一种基于DT800的高性价比热流参数测试方案。着重论述了系统组成及工作原理、热流传感器安装工艺、数据记录仪选型、软件设计方法、数据处理方法、系统校准方法及系统调试工作。经多次试车验证:系统操作简便,性能稳定,测量数据完整可靠。     

对空间目标成像的伴随小卫星系统设计

对空间目标（神舟七号飞船）动态成像的伴随卫星系统的有关技术条 件和参数进行了分析和设计。设计双焦距光学系统适应大纵深范围成像,利用偏置动量稳定 减小释放后初始姿态扰动度,配合章动特点扩大观测视场,采用姿态导引律实现对观测 目标 的姿态指向跟踪,并给出满足清晰观测的相机参数设计。该卫星系统设计成功应用于神舟七 号载人飞行任务,并成功完成了首次对飞船在轨运行的全景照相观测,在轨试验结果表明伴 星系统各项技术条件和参数的设计是合理的,可以很好的完成对目标的清晰成像。
     

基于模糊卡尔曼滤波的内阻尼姿态算法研究

在系统机动性不强的情况下，传统的平台内阻尼算法将系统本身的速度信息通过阻尼网络加到系统中，达到提高姿态角精度的目的。将这种平台内阻尼的思想引入到捷联惯性航姿系统中，在系统加速度较小的情况下，利用加速度计的输出估计系统姿态角，通过卡尔曼滤波的形式补偿系统姿态误差。由于加速度的大小直接影响滤波器精度，本文设计了模糊自适应卡尔曼滤波算法，根据三轴加速度计的输出调整内阻尼量测误差方差阵，从而避免了滤波器的发散。仿真和实验验证，内阻尼算法可明显抑制舒勒周期振荡和傅科周期振荡，避免了系统姿态漂移，有效提高了捷联惯性航姿系统的精度。     

Inner Attitude Integration Algorithm Based on Fault Detection for Strapdown Inertial Attitude and Heading Reference System

This article proposes a new inner attitude integration algorithm to improve attitude accuracy of the strapdown inertial attitude and heading reference system(SIAHRS), which, by means of a Kalman filter, integrates the calculated attitude from the accelerometers in inertial measuring unit(IMU), called damping attitudes, with those from the conventional IMU. As vehicle's acceleration could produce damping attitude errors, the horizontal outputs from accelerometers are firstly used to judge the vehicle's motion so as to determine whether the damping attitudes could be reasonably applied. This article also analyzes the limitation of this approach. Furthermore, it suggests a residual chi-square test to judge the validity of damping attitude measurement in real time, and accordingly puts forward proper information fusion strategy. Finally, the effectiveness of the proposed algorithm is proved through the experiments on a real system in dynamic and static states.     

基于电磁波三维结构向量的飞行器姿态估计

以电磁波三维空间结构向量为参照的飞行器姿态/航向测量研究，可弥补空间参照物缺乏，丰富空间飞行器姿态/航向测量工具。本文根据各缺损电磁矢量传感器姿态位置与接收信号之间的变化规律，建立飞行器载电磁矢量传感器阵列导向矢量。根据协同导航的多个信号空间谱和最大化，实现平台姿态/航向测量。飞行器多位置的多个传感器共同测量姿态可避免遮挡，获得更高姿态精度的同时拓展了系统的适用领域。接收电磁信息完备状态下，不需导航信号，测绘平稳的杂波就能作为姿态基准。仿真试验验证了姿态估计的有效性。     

Simultaneous spacecraft attitude and orbit estimation using magnetic field vector measurements

Based on magnetometer measurements only, three-axis attitude, rate, and orbit estimation are successfully achieved. A single Augmented Dynamics Extended Kalman Filter (ADEKF) is configured by combining the spacecraft nonlinear attitude dynamics and quaternion kinematics with orbital mechanics. The filter design is adopted for three-axis stabilized spacecraft in low Earth orbits where the aerodynamic drag is the dominant source of disturbances in addition to the spacecraft magnetic residuals. To reduce the computational burden, another Interlaced Extended Kalman Filter (IEKF) is developed to uncouple the attitude/rate from the orbit dynamics. Both filters are implemented using the magnetometer measurements and their corresponding time derivatives. As a part of EgyptSat-1 flight scenario, detumbling and standby modes are used for performance testing of the ADEKF. The concept of local observability is applied to the basic filter and the stability is investigated by incorporating extensive Monte Carlo simulations with uniformly distributed initial conditions. The filter shows the capability of estimating the attitude better than 5 deg and rate of order 0.03 deg/s in each axis. In orbit estimation, the filter is capable of estimating the position with accuracy less than 8 km and velocity upto 5 m/s in each axis.     

考虑质心漂移的载人月面着陆器自适应姿态跟踪控制

月面着陆器在下降着陆过程中质量变化大,质心漂移及其引起的姿态扰动问题突出。载人月面着陆任务对安全性可靠性要求高,如何提高姿态控制的精度和稳定度是着陆任务顺利实施的关键。文章提出采用反作用控制系统和推力矢量控制的联合姿态控制方案,设计了自适应姿态控制器及质心漂移自适应估计器,通过李雅普洛夫方法证明闭环姿态控制系统稳定,引入反作用控制和推力矢量控制的误差特性以检验控制器的鲁棒性。数值仿真结果表明该控制方案可行,所设计自适应姿态控制器能使姿态控制系统稳定,推力矢量控制侧摆能使推力指向跟踪质心,可为工程应用提供参考。