Adaptive Square-Root Cubature–Quadrature Kalman Particle Filter for satellite attitude determination using vector observations

A novel algorithm is presented in this study for estimation of spacecraft?s attitudes and angular rates from vector observations. In this regard, a new cubature–quadrature particle filter (CQPF) is initially developed that uses the Square-Root Cubature–Quadrature Kalman Filter (SR-CQKF) to generate the importance proposal distribution. The developed CQPF scheme avoids the basic limitation of particle filter (PF) with regards to counting the new measurements. Subsequently, CQPF is enhanced to adjust the sample size at every time step utilizing the idea of confidence intervals, thus improving the efficiency and accuracy of the newly proposed adaptive CQPF (ACQPF). In addition, application of the q-method for filter initialization has intensified the computation burden as well. The current study also applies ACQPF to the problem of attitude estimation of a low Earth orbit (LEO) satellite. For this purpose, the undertaken satellite is equipped with a three-axis magnetometer (TAM) as well as a sun sensor pack that provide noisy geomagnetic field data and Sun direction measurements, respectively. The results and performance of the proposed filter are investigated and compared with those of the extended Kalman filter (EKF) and the standard particle filter (PF) utilizing a Monte Carlo simulation. The comparison demonstrates the viability and the accuracy of the proposed nonlinear estimator.     

32通道TDICCD遥感相机模拟前端电路设计

在TDICCD遥感相机成像系统中,模拟前端电路性能对提高系统信噪比具有重要作用。为了提高成像系统的信噪比,需要对模拟前端电路进行优化设计。在分析模拟前端电路各部分功能的基础上,采用CCD视频处理器件实现32通道模拟前端电路的方案设计,合理设置前置滤波放大电路带宽并完成仿真,确定相关双采样箝位和采样脉冲相位,设计低电压差分信号发送电路,对高速串行发送接口电路误码率进行测试,最终采集图像并完成图像信噪比计算。工程实践结果表明,在像素时钟为5MHz时,系统的信噪比可以达到52d B,满足实际工程应用需求。     

主带小行星采样返回任务中的离子电推进应用方案

由于离子电推进的高比冲特性,采用它执行小行星探测器巡航阶段轨道机动任务时,将使探测器在同样的有效载荷下的发射重量大大减轻。针对我国规划中的主带小行星采样返回任务,调研了国外离子电推进在深空探测任务中的应用情况,在借鉴国外成功经验和任务需求分析的基础上,设计了主带小行星探测器离子电推进系统方案和应用策略,计算了在目前离子推力器寿命水平下,既定探测任务对离子电推进推力、比冲、推进剂量以及功耗需求。研究表明,目前研制的离子推力器可以满足规划中的主带小行星探测任务需求。研究成果对探测器的方案设计有参考价值。     

基于分层置信规则库的惯导系统性能评估方法

为解决惯导系统（INS）性能评估所面临的高价值样本缺失、评估指标多、系统复杂等问题,提出一种基于分层置信规则库（Hierarchical BRB）的惯导系统性能评估方法。将专家知识与监测数据进行有效融合,提高了惯导系统的性能评估精度。首先,针对惯导系统结构构建分层BRB模型,同时将系统内部器件产生组合误差考虑在模型中。其次,为降低专家知识不确定性对初始模型评估精度的影响,采用基于投影算子的协方差矩阵自适应优化策略（P-CMA-ES）构建优化模型,通过监测数据对模型参数进行微调。最后,以某型捷联惯导系统的性能评估为例,验证了所提方法的有效性。     

无人火星取样返回任务关键环节分析

无人火星取样返回探测在科学成果获取和工程能力提升方面均具有重要意义,与国外已经多次实现的火星着陆巡视任务相比,其任务周期更长,技术风险更高。取样返回飞行方式决定了任务的系统顶层设计。通过对国外研究成果的对比论证,认为应当在火星轨道附近完成交会捕获与样品转移任务,因此需要采用2个不同功能探测器:一个完成火星捕获、样品转移收纳与火地返回;另一个完成火星大气进入、表面上升与样品投送。在此基础上对大气进入、起飞上升、火星轨道交会捕获、样品转移、地球再入等关键环节进行任务分析,论证主要技术难点和初步的可实现途径。     

模糊等价关系下滚动轴承振动性能变异分析

在小样本且概率分布未知条件下,提出模糊等价关系和自助最大熵模型,并通过变异概率分析滚动轴承振动性能变异过程。对滚动轴承振动加速度原始数据分组得到样本,选定本征样本,计算各样本间的模糊等价系数;运用自助最大熵模型建立各样本的概率密度函数,通过交集法得到各样本相对于本征样本的变异概率,建立模糊等价系数和变异概率的关系曲线以实现对变异过程的监控;通过仿真和实验案例验证了所提模型的可行性和正确性。实验结果表明:随着磨损直径的逐渐增大,变异概率曲线呈“躺椅状”非线性上升趋势,对应滚动轴承磨损的3个阶段,即初级磨合阶段、正常性能退化阶段和性能恶化阶段。      

一种适用于月球跳跃返回的改进解析预测校正制导律

解析落点预测-校正制导律具有计算量小的特点,适用于月球返回舱机载计算机的在线计算,针对其对远航程适应性差的问题,提出了一种改进的解析预测制导律。通过调整上升段的控制增益,减小返回舱飞离大气层时刻实际状态与标准状态的偏差,对飞出大气层的速度进行修正以补偿弹道段空气阻力引起的航程减小。二次再入段采用数值预测-校正制导,利用逐步校正的方法,解决了收敛问题,避免了复杂的基准弹道设计过程。数值仿真表明,所设计的制导律能够适用于远航程情况,在具有初始位置偏差、质量偏差、气动偏差、大气偏差的情况下,终端位置精度在5km以内,表明该制导律具有良好的鲁棒性,该制导律具有在线实施的潜力。
     

Proposal for a multiple-asteroid-flyby mission with sample return

Asteroid exploration provides a new approach to study the formation of the solar system and the planetary evolution. Choosing a suitable target and designing of feasible profile for asteroid mission are challenging due to constraints such as scientific value and technical feasibility. This paper investigates a feasible mission scenario among the potential candidates of multiple flybys and sample return missions. First, a group of potential candidates are selected by considering the physical properties and accessibility of asteroids, for the sample return missions. Second, the feasible mission scenarios for multiple flybys and sample return missions to various spectral-type asteroids are investigated. We present the optimized design of preliminary interplanetary transfer trajectory for two kinds of missions. One is the single sample return mission to asteroids with various spectral types. The other is the multiple flybys and sample return mission to several asteroids. In order to find the optimal profiles, the planetary swing-by technique and Differential Evolution algorithm are used.     

自助法在小样本数据均值估计中的应用

自助法（Bootstrap）是较好的处理小样本数据的方法,其无先验性及计算过程中只需要实际观测数据的优越性,使其广泛地应用于小样本数据处理。针对方法自身存在的缺陷,文章比较了目前自助法常用的两种抽样方式的优劣性,并采用改进的样本经验分布函数来解决这个问题,通过对均值的估计证实了方法的有效性。     

双因子仿真结果水平分析方法

针对双因子的情况,提出了一种仿真结果水平分析方法,旨在对各因子的不同水平以及各因子水平组合的交互作用进行分析.当仿真结果不正确时,并非所有因子的所有水平以及它们之间所有的交互作用全都仿真错误.该方法可以确定哪些因子的哪几个水平未被正确仿真,或哪几对因子水平组合的交互作用未被正确模拟.在工程应用中,只需按照文中给出的流程图进行判断,即可为仿真软件系统的编制和修改提供依据.