导航卫星有效载荷的仿真技术研究

文章针对GPS和Galileo导航卫星有效载荷,研究有效载荷仿真系统可变参数的在线更改实现技术,达到构建灵活参数设置,验证导航体制的目的;文章还对仿真过程中的信息流进行了分析,给出了可行的信息流程图。     

高精度惯性平台连续自标定自对准技术

提出了一种新的惯导误差系数标定方法——连续自标定自对准方法。利用外部参考力矩驱动平台按照一定角速度旋转，在平台加矩角速度、地球自转角速度和重力加速度的影响下，惯导平台的加速度表输出包含陀螺误差系数、加速度表误差系数、平台对准误差以及陀螺和加速度表的安装误差等全部误差信息，并由此得到平台失准角动态方程与加速度表的输出方程。在设计的平台连续旋转轨迹下，使用迭代Kalman滤波获得了全部平台误差系数的精确估计。与传统的多位置翻滚标定方法相比，该方法标定时间短，标定精度高，系统误差参数估值具有良好的收敛性。     

Reducing mission operations costs through spacecraft autonomy: the near earth asteroid rendezvous (near) experience

With a maximum time of 12 days out of ground contact and a round-trip light time as high as 56 minutes, The Near Earth Asteroid Rendezvous (NEAR) spacecraft requires a moderate degree of onboard autonomy to react to faults and safe the spacecraft. Beyond the basic safing requirements, additional functions are carried out onboard. For example, on-board calculation of the Sun, Earth, asteroid, and spacecraft positions allow the spacecraft to autonomously orient itself for science and downlink operations. On-board autonomous momentum management during cruise relieves Mission Operations from planning, scheduling, and carrying out many manual momentum dumps. During development, additional operations, such as center-of-mass management during propulsive maneuvers and optical navigation were also considered for onboard autonomy on the NEAR spacecraft, but were not selected. The allocation of functions to onboard software or to ground operations involved tradeoffs such as development time for onboard software versus ground software, resource management, life cycle costs, and spacecraft safety.After two years of cruise operations, considerable experience with the NEAR autonomy system has accrued. The utility of some autonomous capabilities is greater than expected, others less so. Software uploads increased spacecraft autonomy in some cases, and the impact on Mission Operations can be assessed. Allocation of functions between spacecraft autonomy and ground operation during development of future missions can be improved by applying the lessons learned from the NEAR experience.     

基于精确星光大气折射观测模型的轨道摄动研究

基于星光折射间接敏感地平自主导航方法,改进了现有的大气密度模型和固定高度(25km)的观测模型,建立了自适应连续高度(20km～50km)的星光折射观测模型,并在此观测模型的基础上深入分析研究了影响导航精度的各种轨道摄动力,包括地球形状各阶摄动力、不同高度的大气阻力摄动力、太阳光辐射压力等.提出一种精简的大气模式--静止变标高球面大气,解决了由于高层大气密度的求解复杂,使大气阻力摄动模型不精确的问题,由此取得了较好的导航定位精度.利用UKF和EKF两种不同非线性算法,对考虑各种摄动力后的导航定位精度进行全面的计算机仿真实验,并就仿真结果进行了误差分析,同时研究了各种有关参数对导航精度的影响.     

惯导系统可观测性及最佳可观测子空间的定量研究

应用结构分解理论及奇异值分解法对惯导系统（INS）误差模型的可观测性进行了全面分析。研究了一种基于可观测性定义及奇异值分解法结合的定量确定惯导系统可观测性及可观测度的方法，明确了惯导系统的三个最佳不可观测状态组合；应用线性控制系统的Kalman典范结构分解定理，确定了惯导系统的最佳观测子系统。此项研究成果，为进一步研究INS的快速精确对准及标定技术奠定了理论基础。     

组合导航系统故障检测的小波变换方法研究

为保证组合导航系统能始终正常工作，故障的检测与隔离至关重要。研究表明，小波变换方法在检测系统硬故障方面具有很大优势。本文即以INS／GNSS组合导航系统为例对此进行了仿真研究，并提出了两种具体的检测方案。通过仿真和分析，比较了这两种检测方案的优劣。     

超前偏置比例导引律及其实现方法

红外寻制导的导弹只能探测跟踪目标(飞机)的热辐射中心,即发动机尾喷流中心。它离飞机质心有一段距离h,为了有效地杀伤目标,提高杀伤概率,必须使命中点前移一段距离h,为此我们对此进行了研究。本文导出了空间飞行时实现超前偏置的相对运动方程和导引律,并提出简化导引律方案,探讨了控制系统实现的方法。     

深空自主导航系统的可观性分析

研究了深空自主导航系统的可观性分析。建立了自主导航系统的观测模型，并提出了一种基于位置确定分析和可观性秩条件的导航系统可观性分析方法；该方法克服了直接利用多个导航目标的视线方向、视线角、夹角和图像信息等非线性观测量进行导航系统可观性分析的困难。针对观测矩阵的秩无法通过表达式直接确定的问题。给出了基于观测矩阵奇异值分解的导航系统可观性分析方法，并用来分析了几种观测模式对应的导航系统的可观性和轨道参数可观度。可以为在不同轨道段组合不同的敏感器提高轨道的估计精度提供参考。     

一种基于UPF的月球车自主天文导航方法

介绍了月球车自主天文导航原理和传统的迭代解析高度差方法，提出了一种基于月球车运动模型和UPF（Unscented粒子滤波）的自主天文导航新方法。该方法仅需利用由星敏感器和惯性测量单元测量得到的恒星的天体高度，结合月球车的运动模型，通过UPF滤波，即可获得高精度的月球车实时位置信息。计算机仿真结果表明该方法与传统方法相比，定位精度有了大幅提高，同时对几个关键的精度影响因素的仿真分析显示该方法可以有效的减弱量测噪声，星历误差等对系统性能的影响，使系统具有更高的适应能力。     

航天器星敏感器自主定位方法及精度分析

用星敏感器和地平仪测量星光与地平之间的“星光抑角”为观测量，利用推广卡尔曼滤波方法实时估计航天器的最佳位置，使航天器在失去地面遥控的情况下，能够自主准确地确定运行轨道。由于航天器自主定位系统在工作期间会受到硬、软件等诸多因素的影响，因而使其定位精度达不到预计要求。在此我们通过大量仿真计算，指出一些对自主定位系统精度影响较大的因素，并对它们进行了比较分析。