Nonlinear filtering methods for spacecraft navigation based on differential algebra

The paper investigates the problem of nonlinear filtering applied to spacecraft navigation. Differential algebraic (DA) techniques are proposed as a valuable tool to implement the higher-order numerical and analytic extended Kalman filters. Working in the DA framework allows us to consistently reduce the required computational effort without losing accuracy. The performance of the proposed filters is assessed on different orbit determination problems with realistic orbit uncertainties. The case of nonlinear measurements is also considered. Numerical simulations show the good performance of the filter in case of both complex dynamics and highly nonlinear measurement problems.     

通用型机载火控系统精度测试系统设计

分析了通用型机载火控系统精度测试系统的功能要求,介绍了基于PC104总线的通用型机载火控系统精度测试系统硬件的通用平台和基于测试模型的软件通用平台的设计方法,最后分析了系统设计的主要技术难点和解决方法.     

基于共形几何代数的空间并联机构位置正解

将共形几何代数(CGA)引入空间并联机构位置正解中,提出了一种空间3-RPS并联机构位置正解新算法。以任意一条支链轴线与静平台平面的夹角为待求变量,基于点的CGA表达方法建立了该支链与动平台连接的铰接点关于待求变量的数学表达式;通过2次构造2个空间球和1个平面的外积,分别获得动平台其余2个铰接点的点对;利用距离公式,只需简单的平方运算可直接推导出该问题关于待求变量的一元16次输入输出方程,进而获得了该机构的全部16组解析解,无增无漏。该方法没有繁琐的坐标变换和矩阵计算,以及复杂的多元高次非线性方程组消元求解。通过数字实例计算表明,求解过程较清晰地揭示出机构运动的几何特点,几何直观性好。     

关于sinθ定理的一个注记

本文对酉不变范数以分离度、残量界或扰动界给出了任意矩阵的特征空间的扰动界。其结果可作为著名的Davris-Kahan sinθ定理的推广,由此能导出Davis-Kahan第二sinθ定理。     

世界时与地球时转换经验公式的改进与比较

针对世界时与地球时的差值ΔT问题,提出了新的拟合多项式。基于美国海军天文台发布的1657年~2020年间的ΔT数据,以及IERS(International Earth Rotation and reference systems Service,国际地球自转和参考系服务组织)公报中公布的LS(Leap Seconds,跳秒)数据,在美国NASA(National Aeronautics and Space Administration,国家航空航天局)经验公式的基础上进行了改进,分别用3次、4次、5次、6次多项式进行拟合。然后,基于最小二乘法得到一组多项式经验公式,可适用于公元纪年、儒略日、简约儒略日以及从J2000.0起算的儒略世纪数等4种时间格式。通过精度计算表明,该组经验公式计算结果与USNO(United States Navy Observatory,美国海军天文台)基准序列的残差不超过±1.29s,与IERS基准序列的残差不超过±0.16s,整体优于NASA经验公式的计算精度。同时还给出了得到更高精度经验公式的拟合方法。     

多变量飞控系统的稳定裕度分析

根据系统回差阵最小奇异值及通用相角－幅值裕度估算图,给出了在系统的输入和输出端所有通道的相角和幅值同时变化时系统的稳定裕度,它不仅可作为评价不同控制律鲁棒性优劣的指标之一,也是对古典单通道量测ＭＩＭＯ系统稳定裕度的补充。同时为了克服所得结果的保守性,采用了两种改进方法,并对某型飞机的侧向运动系统进行了稳定裕度的分析、比较。     

基于空间算子代数的空间多体系统动力学递推计算

应用空间算子代数方法对空间多体系统进行动力学建模、分析与仿真。空间算子代 数 作为基于李群及旋量方法的算子理论,采用估计理论中卡尔曼滤波及平滑方法,实现了具有 明确物理含义的O(n)计算效率的动力学实时递推求解算法。首先使用空间算子代数理论 对多体系统动力学进行递推形式的描述、建模及分析,并通过与估计理论对比提出了质量矩 阵求逆的高效递推算法,而后基于面向对象技术编制了软件,并通过漂浮基双臂机器人典型 算例的求解,与商业动力学软件Simpack进行对比,验证了软件及算法的正确。结果表明, 空间算子代数方法概念清晰、推导方便,计算效率及精度能够满足工程需求,可用于空间多 体系统动力学实时仿真及控制系统设计。〖JP〗     

一种适用于飞机装配的新型随动定位器

在飞机机身等大部件位姿调整、对接及精加工等装配过程中,如何保持调整后的飞机部件位姿不变并对其进行可靠固持一直是个技术难题。为此,提出一种基于气浮和万向球座的机身部件随动固持方法。采用该方法进行随动固持的具体步骤：首先将与机身部件刚性连接的芯轴插入处于浮动状态的万向球座中,芯轴在进入浮动球体的过程中,球体可在上、下半球座之间进行任意转动;然后根据受力状态使球体和上、下半球座一起平动;芯轴完全进入浮动跟随装置之后,液压锁紧上、下半球座和球体,同时锁紧芯轴,在保证不改变飞机大部件位姿前提下实现对其可靠固持;将油压卸载就可以释放与机身部件连接的芯轴,使机身部件恢复到自由调姿状态。试验和应用分析表明,这种新的随动固持方法可以满足机身对接装配、精加工要求。     

天体测量与空间科学中的时间尺度及其转换

针对时间尺度及其转换方法进行了综述、归纳和分类。从建立的基础出发,将时间尺度划分为原子时尺度和世界时尺度2个大类,其中,原子时尺度的彼此转换基于广义相对论框架,世界时尺度的彼此转换基于地球自转和岁差章动模型,而协调世界时是连接这2类时间尺度的桥梁。根据各类时间尺度间的转换公式,计算了原子时彼此间的差值序列,以及世界时在IERS(International Earth Rotation and reference systems Service,国际地球自转与参考系服务)1996、2003、2010这3个规范间的差值序列,并分析了这些差值序列的特征。结果表明:地心坐标时与质心坐标时、质心坐标时与质心力学时、地球时与地心坐标时之间的差值序列均随时间呈线性变化关系,且后者差值的增幅远小于前2个差值的增幅;协调世界时与国际原子时之间的差值是不连续的,且增幅逐渐减小;地球时与质心力学时之间的差值序列是以年为周期进行变化的,差值大小在±1.7 ms以内;格林尼治(平)恒星时、赤经章动及其补充项在IERS 2003、2010规范间的差异较小,而在IERS 1996与另外2个规范间的差异较大。这些结论可为相关研究及工程计算中的时间尺度选取提供参考依据。