基于特征模型的高超声速飞行器姿态控制器与自适应滤波算法的设计

提出一种基于特征模型的强跟踪无迹卡尔曼滤波（CSUKF）算法对状态和参数进行联合估计,利用特征模型参数构造时变的二阶状态转移阵,使滤波和辨识模型简化;结合强跟踪滤波（STF）的强跟踪能力和无迹卡尔曼滤波的（UKF）的非线性高逼近性对含测量噪声的高超声速飞行器系统进行参数辨识和滤波,并将其与非线性黄金分割自适应控制律相结合,对高超声速飞行器进行姿态控制.最后,将提出的CSUKF与基于特征模型的无迹卡尔曼滤波（CUKF）和基于特征模型的普通扩展卡尔曼滤波算法（CEKF）进行比较,仿真结果说明CSUKF与非线性黄金分割自适应控制律相结合可以有效改善控制的平稳性,且具有更好的滤波精度和系统输出,从而能更好地处理含测量噪声情况下的高超声速飞行器的辨识与控制问题.     

数据同化在空间天气学中的应用

由太阳活动引起的耀斑和日冕物质抛射等短时间尺度变化的空间天气事件会影响并危害地球磁层、电离层、中高层大气、卫星运行安全以及人类健康,因此对这些空间天气事件的预测显得尤为重要。数据同化在稀疏观测和异步采集的情况下能够增加模型的预测能力,对模型变量进行自洽分析。在数值预报中引入数据同化方法,能够提高预测可信度。本文从数据同化方法的角度出发,主要分析了数据同化目前在大气、电离层、磁层、太阳及其他行星科学研究中的应用,并初步讨论了数据同化未来在空间天气方面的应用。      

一种多步的基于切换星间测量的多星自主导航算法

针对基于星间测量的多星自主导航问题,从载荷优化和节约成本考虑,提出了一种单套敏感器切换测量的导航方案。建立了该导航方案下的系统状态空间模型,并基于扩展卡尔曼滤波方程给出了导航估计算法。基于多步卡尔曼滤波方法,将集中的滤波算法解耦为多个平行的子滤波器,使计算量降低到原算法的50%以下,并且在切换测量的导航方案下,部分解耦出的子滤波器可以只预测不更新,能够进一步地降低计算负担。给出了多步滤波算法的推导过程,证明了其与标准卡尔曼滤波的数学等价性,故算法的估计性能及计算结果与标准卡尔曼滤波一致,但计算速度有明显提升。最后,通过具体算例给出了算法的仿真验证。     

多星座组合导航自适应联合卡尔曼滤波算法研究

针对多星座卫星组合导航,提出了一种自适应联合卡尔曼滤波算法,采用描述机动载体运动的“当前”统计模型,直接从各卫星导航系统接收机输出的定位信息入手,将各种误差因素的影响等效为一个总误差,建立一种动态定位的自适应卡尔曼滤波模型。为了进一步提高滤波器的动态性能,通过引入调整系数、加权因子和自适应调节量对自适应滤波算法进行了改进,并分别对GPS、GLONASS和GALILEO系统设计了自适应子滤波器,然后采用联合滤波算法对各个子滤波器进行数据融合处理,最后对GPS/GLONASS/GALILEO组合导航系统进行了仿真验证,结果表明,该算法增强了滤波器的跟踪能力,改善了滤波效果,提高了定位精度。
     

基于单天线GPS的伪姿态测量算法研究

介绍了根据单天线GPS速度测量值测定载体伪姿态的基本算法原理,建立了卡尔曼滤波方程,改进了伪航向角的计算和卡尔曼滤波模型,并进行了算法仿真。结果表明,在载体进行中高速飞行时,单天线测姿算法具有较高的精度,基本满足常规姿态测量要求。     

基于源项辨识的飞机座舱污染浓度动态预测

随着大型民机飞行时间的延长,座舱空气污染事故发生概率也随之增大,快速准确的污染浓度预测对保证乘客生命安全具有重要意义.座舱各污染浓度的动态预测和污染源项强度辨识是实现座舱空气质量实时预测的关键技术.污染源项散发强度辨识,如采用最小二乘算法,参数估计是静态的,一般延迟较大;如采用单模卡尔曼滤波算法,虽能实现动态辨识,但不能同时兼顾稳态和过渡过程(突发污染)的参数估计性能,导致误差较大.为解决上述难题,本文提出基于源项辨识的飞机座舱污染浓度动态预测方法,同时完成污染源散发强度动态辨识和污染浓度状态实时预测.该算法由2个滤波器组成,分别用于匹配系统的稳态和突发过渡过程特征,提高浓度方程参数估计和状态预测性能,保证飞机座舱空气质量态势预测的快速性和准确性.仿真结果证实了该算法的有效性.     

一种新的星载GPS定轨滤波算法

针对传统EKF(Extended Kalman Filtering)算法应用于星载GPS(Global Positioning System)低轨卫星定轨时系统噪声方差初值不易确定的问题,提出了一种新的定轨滤波算法.该算法在非线性方程线性化过程中,在前一时刻滤波估值点进行线性化,从而得到扰动方程,并将该扰动方程引入到传统EKF进行滤波处理.该算法与传统EKF分别应用在星载GPS低轨卫星的定轨中,通过比较,结果表明改进的算法在一定程度上抑制了由于系统噪声方差阵选取偏差较大而引起的滤波发散现象,且对于系统噪声方差的初值选取有较强的鲁棒性.      

旋转弹导引头红外角跟踪回路研究

分析了导引头红外末制导角跟踪回路的稳态性能对旋转弹跟踪性能的影响,以及起伏噪声对制导精度的影响,提出了采用二阶无静差角跟踪回路的改进办法.针对改进后的角跟踪回路,计算出了失调角和目标视线角之间的关系,并采用卡尔曼滤波将目标视线角速度准确地估计出来.试验结果表明:二阶无静差系统可以提高旋转弹的跟踪性能,且能够输出满意的制导信号,具有很好的实用价值.     

基于X射线脉冲星的深空探测器自主导航方案

X射线脉冲星自主导航系统可以为深空探测器提供位置、速度、时间和姿态等丰富且自主的导航信息,以X射线脉冲星测得的信息作为量测量,结合轨道动力学方程,对航天器的轨道进行自主估计确定。论文阐述了该方案的导航原理,在借鉴现有航天器导航系统的基础上,提出了基于X射线脉冲星导航的方案,介绍了方案的硬件组成、系统结构,并针对方案中导航敏感器多冗余的特征,给出了基于多传感器组合导航技术的结构,最后用仿真资料对方案做了性能概算和精度估计。     

一种二维耦合模型机动目标跟踪算法

针对雷达跟踪固定翼飞机的单目标跟踪问题,提出了一种新的二维耦合运动模型。该方法把切向加速度和法向加速度作为状态变量,给出了切向加速度和法向加速度为常值时解析计算状态转移的方法。该模型可以较好地一步预测目标加速度的变化,而且法向和切向加速度的过程噪声可以分别设置。利用该耦合模型的滤波方法,显著地改善了滤波效果,尤其是对加速度的估计。