基于视觉的近距离编队对偶四元数相对位姿估计算法

针对近距离编队飞行中位姿估计问题,提出了一种新的点到区域匹配航天器间视觉相对位姿估计算法。给定主星表面上的点集及与之匹配的从星摄像机像平面图像凸区域,结合对偶四元数及凸优化数学工具,充分利用对偶四元数描述坐标系变换的简洁性,建立了对偶四元数凸优化位姿估计模型,估计出主星与从星之间的相对位姿参数。该算法不仅利用对偶四元数较传统四元数描述坐标系变换的优势,而且采用凸优化方法可大大降低传统位姿估计方法中需要精确的点到点匹配的要求。仿真结果证明,该算法能满足近距离编队相对位姿估计精度要求,具有较好的鲁棒性,对目前航天任务中航天器间视觉相对位姿估计具有重要参考价值。     

基于X射线脉冲星的高轨卫星自主初轨确定

介绍了X射线脉冲星轨道确定原理,在分析脉冲星相位模型的基础上,推导了X射线脉冲星轨道确定算法,讨论了时间估计法在解模糊度问题中的应用,针对高轨卫星提出了利用其大致高度信息辅助解模糊度的方法。对地球静止轨道卫星初轨确定进行了仿真,结果表明选用周期较大的脉冲星并采用时间估计与高度信息辅助的方法可以有效解决模糊度问题,并达到几十公里级的初轨确定精度。     

基于轨道根数差的卫星编队自主定轨研究

设计一种应用于卫星编队的自主相对轨道确定方案。不同于目前广泛采用的Hill方程,采用轨道根数差的形式描述编队卫星间的相对运动规律,选择“无线电 激光”的组合测量方法,利用星间距离信息与方位信息作为观测量,设计扩展卡尔曼滤波器实现环绕星相对轨道的自主确定。仿真结果验证了这种导航方案的有效性。     

脉冲星导航解周期模糊匹配搜索算法

为降低脉冲星导航解周期模糊空间搜索算法的试探次数,提出了一种基于匹配搜索的解模糊方法。先利用3颗脉冲星确定航天器位置,再引入第4颗脉冲星建立一组平面,并通过计算该组平面与航天器位置的最小距离来检验模糊向量。然后给出了点面最小距离、整周期数和相位差的关系,分析了整周期数对点面最小距离的影响。通过建立搜索模板,避免了对试探空间的遍历,降低了试探次数。仿真实验表明,在相同的条件下,算法试探次数较现有算法降低了4个数量级。     

基于平方根UKF的双星编队相对状态自主确定

基于AFF技术,提出了一种利用类GPS敏感器进行星间测量的双星编队相对状态自主确定算法。该算法以双星编队相对轨道和相对姿态运动方程为状态方程;为消除系统误差和钟差的影响,用同一卫星不同接收天线之间的伪距观测值的单差来构造测量方程;为保证协方差阵的正定性,提高计算精度和速度,应用平方根UKF滤波方法进行双星编队相对状态的自主确定。仿真结果验证了所给出方法的可行性和有效性。     

基于一致性算法的卫星编队姿轨耦合的协同控制

针对卫星编队一主多从结构的相对轨迹、姿态的协同控制问题,提出了一种基于Lyapunov方法的编队飞行协同控制策略。该控制策略将分布式控制思想引入卫星编队飞行的相对轨迹、姿态的动力学系统中,使各从星保持编队构型的同时沿期望轨迹相对主星绕飞。从理论上证明了系统的渐近稳定以及对外部干扰的抑制,并基于一致性算法理论定量地分析了通信拓扑结构为有向图情况下控制器参数的选择范围。此外,利用星星间的相对位置信息确定各从星的期望姿态和角速度,以确保对卫星编队进行姿态协同控制,达到跟踪同步的目的。最后将提出的算法应用于卫星三角形编队飞行的协同控制,仿真结果表明该方法的可行性与有效性,具有潜在的应用前景。     

主、被动雷达数据融合算法研究

对主、被动雷达的数据融合问题进行了研究.由于被动雷达只能测角,不能测距,当其与目标间的相对加速度为零时,目标的距离状态是不可观的,若只利用角度信息进行主、被动雷达数据互联,则当同一方向上有两个以上目标时,主、被动雷达的正确相关率较低.针对这种情况,提出了被动雷达利用伪距离测量方法来估计目标的径向距离信息,从而可利用主、被动雷达的角度和径向距离信息进行数据互联,并给出了直角坐标系下的数据互联算法.仿真结果表明,利用提出的方法可使主、被动雷达可达到较好的数据融合效果.     

基于飞行体间精确测距的动态相对定位方法

飞行体间的精确相对定位是实现飞行体协同工作的重要技术基础。提出了一种将飞行体惯导信息与相对距离测量信息相结合、实现两飞行体间精确动态相对定位的算法。首先利用较为精确的相对距离测量信息对两飞行体惯导系统的相对误差进行单次修正,提高了两飞行体间的单次相对定位精度。然后,利用相对距离信息进行相对机动状态的检测,并根据检测结果对状态滤波模型进行选择和切换,实现飞行体间的动态相对定位。仿真结果表明,本算法具有较高的相对定位精度和稳定性。     

基于kalman滤波的分布式航天器相对状态解算

根据所提出的利用无线电和激光测量两航天器相对状态的测量方案,利用动力学法建立了关于待估参数即两航天器相对位置参数的动态状态方程,建立了测量方程,利用卡尔曼滤波法对相对位置进行解算,分析了克服滤波发散的方法,给出了具体仿真算例,通过对仿真结果的分析发现,提出的模型与解算方法可有效提高航天器间的定位精度。     

编队飞行挠性航天器的输出反馈姿态协同控制

研究了在姿态调节和时变参考姿态跟踪情况下,且挠性模态变量和角速度不可测量时的编队飞行挠性航天器的姿态协同控制问题。针对姿态调节问题,在挠性模态不可测量的情况下,将文献中已有的用于刚体航天器编队飞行的比例〖CD*2〗微分协同控制器,推广到了挠性航天器编队的情形。然后,针对姿态跟踪问题,通过构造关于挠性模态的期望动态系统,并利用无源滤波器,提出了一种仅利用姿态测量信息的无速度反馈协同控制器。仿真结果表明了所提出控制方案的有效性。     

目标监视绕飞导引方法研究

针对空间非合作目标近距离监视机动飞行,在给出视线坐标系中两航天器的相对运动数学模型的基础上,建立了跟踪飞行器的轴向轨控发动机模型,提出了直接以发动机产生向心力对目标进行绕飞的控制方法,并完全利用跟踪飞行器上光学相机所提供的观测信息,设计出一种在绕飞面控制视线转率为非零常值,同时在纵平面辅以比例导引的制导方法,使跟踪飞行器能在以目标为中心的近圆相对轨道上飞行.讨论了该方法下可实现绕飞的条件,给出了控制方法,通过数学仿真,验证了该方法的可行性.     

空间通信设施模型与仿真

由于技术进步，各空间机构广泛的合作以及商用空间领域的开展，使空间任务变得复杂多样。通过以往地面站和卫星跟踪系统已经难以适应今后空间呈现出的由卫星群、空间站、航天飞机以及各类探测传感器网络构成的复杂的通信格局，从而迫切需要建立空间通信基础设施来为空间任务提供通信服务。通过对空间任务通信需求和特点进行分析，结合目前卫星通信技术的现状，提出一种环状层次可扩展的空间通信基础设施构架，并对其进行了分析仿真证明其合理性．     

基于脉冲星和双星定位系统的卫星自主定轨

提出了一种利用X射线脉冲星辐射到达时间 (time of arrival, TOA) 测量辅助双星定位系统进行轨道卫星迭代定轨方法,建立了双星可见观测弧段内基于双星距离和观测数据与脉冲星辐射TOA测量的组合量测方程,并应用于EKF(extend Kalman filter),针对几种量测值组合进行了仿真实验。结果表明,在双星覆盖轨道周期内利用脉冲星辅助一颗双星和辅助两颗双星迭代定轨精度分别达到了100 m和50 m水平,而在双星不可见弧段可利用脉冲星进行粗定轨,有效增强了全轨道周期内卫星定轨的自主性。     

基于遗传算法的卫星攻击轨道优化方法

在空间攻防与卫星对抗中,当目标卫星周围有若干小卫星以编队形式对其绕飞时,为使拦截卫星成功击中目标卫星,并且避开编队小卫星的防御区,必须对拦截卫星攻击轨道进行规划。寻找到一条既能满足安全性、快速性,又能节省燃料的最优路径。而利用经典数学规划方法,如序列二次规划方法,虽能寻找到最优路径,但并不适应于解决空间对抗中复杂攻防环境模型下的轨道规划问题。为此本文提出基于遗传算法的拦截卫星攻击轨道寻优方法。建立目标卫星编队小卫星的动态防御模型作为环境模型,采用可变长度实数编码方式,根据攻击轨道安全性、快速性、燃料消耗最少等要求建立综合适应度函数,并对遗传算子及置换运算方法进行设计。通过仿真验证,本文提出的轨道优化方法能够寻求到最优攻击路径,并且算法收敛速度较快。     

基于TS模糊的导弹编队协同控制设计与仿真

针对多导弹编队协同作战的需求,提出了一种基于TS（takagi-sugeno）模糊控制理论的多导弹编队协同控制算法。采用了领弹?从弹模式的导弹编队飞行系统,以导弹飞行速度、弹道倾角以及弹道偏角为参考量,在整个飞行过程中通过多组平衡点对系统局部线性化的方法完成局部的渐近稳定控制器的设计。随后通过专家经验法,设计符合该系统的隶属度函数和模糊规则,结合TS模糊理论,完成整个多导弹协同控制系统的设计以及其稳定性的证明,并完成相关的仿真验证,验证结果表明：TS模糊控制提高了系统的鲁棒性。     

理想成象面上飞行器运动轨迹映射研究

研究了飞行器轨迹三维坐标在理想观测象面上的二维映射方法，在此基础上，对飞行器在位于地球静止轨道上的传感器理想象面上的映射进行了仿真，实验效果较为理想。仿真过程中作者提出了把映射中用到的参数分为相机指向参数和定位参数等方法以更准确地描述飞行器运动轨迹的在理想象面上的映射。     

HLA架构下数值仿真与视景仿真集成方法的研究

以国产CZ系列运载火箭为研究对象,开发了基于HLA体系架构的全数字飞行仿真系统.通过建立运载火箭控制系统的数值仿真模型,围绕"模型实时驱动"这一核心功能设计了运载火箭全数字飞行仿真系统的框架结构并对其实现方法进行了描述,开发了Matlab-RTI中间件和OGRE- RTI适配器,较好地解决了数值仿真与视景仿真在HLA体系中的集成并保证了系统的实时性.应用集成方法完成的火箭飞行仿真系统已应用于西昌卫星发射中心的测发训练中,取得了较好的应用效果.