Precise line-of-sight modelling for angles-only relative navigation

This work presents a precise analytical model to reconstruct the line-of-sight vector to a target satellite over time, as required by angles-only relative navigation systems for application to rendezvous missions. The model includes the effects of the geopotential, featuring: the analytical propagation in the mean relative orbital elements (up to second-order expansion), the analytical two-way osculating/mean orbital elements’ conversion (second-order in $J_2$ and up to a given degree and order of the geopotential), and a second-order mapping from the perturbed osculating elements’ set to the local orbital frame. Performances are assessed against the line-of-sight reconstructed out of the precise GPS-based positioning products of the PRISMA mission. The line-of-sight modelled over a far-range one day long scenario can be fitted against the true one presenting residuals of the order of ten arc-seconds, which is below the typical sensor noise at far-range.     

Evaluation and improvement of coastal GNSS reflectometry sea level variations from existing GNSS stations in Taiwan

Global sea level rise due to an increasingly warmer climate has begun to induce hazards, adversely affecting the lives and properties of people residing in low-lying coastal regions and islands. Therefore, it is important to monitor and understand variations in coastal sea level covering offshore regions. Signal-to-noise ratio (SNR) data of Global Navigation Satellite System (GNSS) have been successfully used to robustly derive sea level heights (SLHs). In Taiwan, there are a number of continuously operating GNSS stations, not originally installed for sea level monitoring. They were established in harbors or near coastal regions for monitoring land motion. This study utilizes existing SNR data from three GNSS stations (Kaohsiung, Suao, and TaiCOAST) in Taiwan to compute SLHs with two methods, namely, Lomb–Scargle Periodogram (LSP)-only, and LSP aided with tidal harmonic analysis developed in this study. The results of both methods are compared with co-located or nearby tide gauge records. Due to the poor quality of SNR data, the worst accuracy of SLHs derived from traditional LSP-only method exceeds 1?m at the TaiCOAST station. With our procedure, the standard deviations (STDs) of difference between GNSS-derived SLHs and tide gauge records in Kaohsiung and Suao stations decreased to 10?cm and the results show excellent agreement with tide gauge derived relative sea level records, with STD of differences of 7?cm and correlation coefficient of 0.96. In addition, the absolute GNSS-R sea level trend in Kaohsiung during 2006–2011 agrees well with that derived from satellite altimetry. We conclude that the coastal GNSS stations in Taiwan have the potential of monitoring absolute coastal sea level change accurately when our proposed methodology is used.     

基于任务场景分析的机载导航页面人机界面设计过程研究

顶层飞行任务场景是民机机载显示系统需求捕获的重要来源,显示系统的人机界面设计通过自顶向 下的飞行任务场景分析,识别显示信息内容,开展信息内容设计,继而开展样式设计、交互行为设计与接口设 计等工作。本文以导航页面为例,综合运用层次任务分析和场景用例分析法,阐述了机载显示系统人机界面的 设计约束和过程,可为民机机载显示系统人机界面的正向设计过程提供借鉴。 [ 关键词] 机载显示系统;导航页面;任务场景;人机界面设计     

基于Kalman滤波的变体飞行器T-S模糊控制

针对变体飞行器的跟踪控制问题,提出了一种基于Kalman滤波的T-S模糊控制方法。考虑飞行器系统状态不可测,引入惯导数据作为辅助信息,利用Kalman滤波算法融合飞控信息与惯导信息实现状态估计。由于变体飞行器在不同变形结构下气动特性变化较大,为便于控制器设计,采用小扰动线性化方法得到飞行器在不同平衡点处的局部线性模型,并通过状态反馈方法设计局部控制器,局部线性模型和局部控制器通过模糊集和模糊规则聚合成一个连续光滑的全局T-S模糊模型和T-S模糊控制器。通过综合Kalman滤波器与T-S模糊控制器得到一个基于Kalman滤波的T-S模糊控制器。仿真结果表明,该控制器在变形过程中能够实现状态估计,保证飞机的跟踪性能。     

基于纯比例导引的拦截碰撞角约束制导策略

拦截碰撞角约束制导是当前导弹制导研究的关键问题之一。首先基于理想比例导引（IPN）律拦截非机动目标的解析解,推导了纯比例导引律（PPN）拦截固定目标的解析解,得到了弹目相对距离、制导指令加速度和导弹前置角的显示表达式,并进一步得到了拦截碰撞角与弹目相对运动状态和比例导引系数之间的解析表达式。其次,基于该解析表达式,提出了基于PPN的拦截碰撞角约束制导策略（PPNIACG）,并探讨了在铅垂面内进行落角约束打击和水平面内进行拦截碰撞角约束打击的2种实现方式。最后,以弹道成型制导律（TSG）和最优碰撞角约束制导律（OIACG）为参考,通过数值仿真算例,对PPNIAC的拦截性能进行了对比分析,验证了所提出制导策略的有效性和正确性。     

国内外行星表面巡视器自主导航技术研究

作为航天技术发展的前沿和趋势,深空探测是人类历史上最为复杂的系统工程之一.星球巡视器是在星球表面移动作业的无人探测系统,能够对星球表面进行大面积、近距离和接触式的考察,是地外星球着陆探测作业的主要手段.星球巡视器导航技术是研究星球巡视器的关键技术之一,其导航自主性能直接影响星球探测计划能否顺利进行.本文首先概述了星球巡...     

智能方法在惯性系统误差参数辨识中的应用

总结了目前我国提高惯性系统导航精度的技术途径,阐述了国内外惯性系统误差参数辨识方法的研究现状,介绍了当前滤波算法、智能优化算法和人工神经网络方法在惯性系统导航领域的应用情况以及存在的不足。最后,分析了空间飞行器惯性系统误差参数辨识技术的未来研究方向,即智能优化算法和人工神经网络方法等智能方法将在惯性系统误差参数辨识中发挥越来越重要的作用,通过将误差系数标定问题转换为参数辨识问题,采用智能方法在庞大的解空间内实现对惯性系统误差参数的快速辨识。     

一种高动态低信噪比卫星导航信号捕获方法

为提升高动态低信噪比环境下卫星导航信号的捕获性能,提出了一种基于分数阶傅里叶变换(FrFT)及部分匹配滤波(PMF)的捕获方法。在该方法中,接收机首先利用PMF对接收信号做分段相干积分,随后借助快速傅里叶变换(FFT)对分段积分结果做离散快速FrFT,最后通过检测FrFT输出的峰值完成信号的捕获。由于具有多普勒频率变化率的卫星导航信号在FrFT后呈现能量聚焦特性,所提方法能够显著提高信号的长时间相干积分增益。同时对所提算法的捕获概率、平均捕获时间以及算法复杂度等性能指标进行了理论分析及计算机仿真验证。仿真表明,与传统的PMF-FFT方法相比,所提方法能够通过延长相干积分时间的方式有效提升高动态低信噪比卫星导航信号的捕获概率、降低捕获时间。     

一种基于李群方法的新型三维制导律设计

使用李群方法设计了一种新型三维制导律。在俯仰、偏航通道之间存在强耦合关系时,基于双通道解耦的假设构造三维制导律变得困难,而基于李群方法则可以在不进行通道解耦的条件下进行制导律设计。本文首先基于矢量建立了三维制导的一般运动学模型,在给出了矢量的SO(3)群描述之后,按照SO(3)群上的广义比例 微分(PD)控制方式进行了制导律设计。所得到的三维制导律既能用于目标机动的制导,也能用于有终端约束的制导。该制导律在二维平面的简化结果与传统比例导引的结果一致。最后用典型飞行轨迹仿真验证了其可行性和良好的性能。     

故障星分布对星座PDOP可用性影响的建模及评价

 导航星座定位精度衰减因子（PDOP）可用性是卫星导航系统顶层设计的重要指标。研究了不同故障星分布状况对全球导航星座PDOP可用性的影响。首先,从概率角度并采用组合方法建立了全球导航星座PDOP可用性指标的统计评价模型。进而对给定数量的故障星分布在单个或多个轨道面内的不同状况下,典型的Walker δ构型导航星座的PDOP可用性如何变化进行了仿真计算和比较分析。仿真结果表明,故障星分布状况和轨道平面数对星座PDOP可用性有较显著影响,适当地减少轨道平面数对于改善星座的PDOP可用性是有利的。提出的评价模型物理意义明确,避免了主观性和局限性,且可以保证较高的指标评价效率。