基于陀螺星光加激光交会雷达的相对姿态确定

针对编队飞行中从飞行器与主飞行器的相对姿态确定问题,提出了基于扩展卡尔曼滤波(EKF)的相对姿态确定方法. 采用修正罗德里格参数(MRPs)作为姿态描述参数避免奇异点. 姿态敏感器采用陀螺 星敏感器 激光交会雷达的配置模式,并且结合相对姿态动力学方程得到相对姿态确定的状态方程,建立起相对姿态确定的EKF模型. 仿真实例表明,EKF状态能在最慢300 s内收敛,MRPs的估计误差在10-5范围以内,该方法正确有效.     

一种油运船舶的组合姿态测量模型

实时准确地测量船舶姿态,对船舶运输安全作业、舰船减摇控制等具有重要意义.对坐标系及其转换关系进行了定义,推导构建了基于加表、陀螺和GPS的组合姿态测量系统测量元件模型和全量模型,通过状态方程和测量方程的分析推导对全量模型进行了线性化处理,并对连续系统模型作了离散化处理.依据姿态角、陀螺漂移和速度的误差状态方程,引进GPS测量值,对系统状态进行卡尔曼信息滤波估计,从而得到陀螺的漂移误差,使姿态角的测量达到良好的效果.     

用GPS输出反馈实现大角度姿态状态跟踪控制

本文首次讨论并给出了利用星上GPS输出反馈,来实现卫星大角度姿态机动的自主非线性状态跟踪控制系统的设计.其中包括非线性状态反馈控制器的设计以及利用星上GPS伪距测量输出信息,采用修改的罗格里德参数描述姿态状态方程,实现星上实时状态跟踪控制的非线性估计器的设计.文中以EO-1/LandSat7卫星编队飞行为背景,给出了姿态测量信息的获取、姿态状态估计和实时跟踪控制的数学仿真结果,验证了控制系统设计的可行性和正确性,精度指标满足要求.     

宽带移动卫星通信低成本组合姿态确定算法

针对现有低成本微机械惯性器件无法满足宽带移动卫星通信系统在机动状态下天线指向精度的问题,提出了微机械惯性测量单元与闭环跟踪信息相结合的姿态确定算法.该算法在航向上引入闭环跟踪的指向偏差角,经PI控制器反向校正航向陀螺的漂移误差,并利用跟踪指向信息的低频分量和陀螺的高频分量估计航向角.在横滚和俯仰上,首先以改进欧拉角作为状态向量,根据陀螺角速率信息和加速度计的重力场信息分别建立状态方程和测量方程;然后依据航向角速率和俯仰角偏差对载体运动状态进行判别,并在载体机动下调整方差矩阵以依赖陀螺进行姿态估计,克服机动加速度的扰动.实验结果表明,该算法与自适应卡尔曼滤波器相比,在载体机动状态下精度更高,其航向估计精度在±0.8°,倾角在±0.5°内,满足动中通姿态稳定精度要求.     

弹目相对方位的图像与陀螺组合测量方法

针对现有修正弹药中弹目相对方位探测精度较低的不足,该文结合图像敏感器（CCD）和微机电陀螺（MEMS）的特点,设计了利用CCD与MEMS陀螺组合测量弹目相对方位的方法。该方法以弹丸姿态运动方程为基础,根据弹丸全弹道下CCD的成像轨迹和MEMS陀螺测得的弹丸姿态角,计算得到了弹目相对方位参数。计算机仿真和转台试验结果表明,该方法能够较准确地测量弹丸与目标的相对方位,精度可达±0．4°。     

宽带移动卫星通信系统低成本姿态估计算法

针对低成本微机电惯性测量单元无法满足宽带移动卫星通信系统姿态估计精度的问题,提出了以单基线GPS为辅助传感器的低成本姿态估计(LCAE)算法.该算法通过互补滤波器对陀螺测量值与加速度计姿态角进行传感器融合.为了克服机动加速度干扰,借助单基线GPS的速率信息及航向信息,加入了机动加速度补偿和侧滑角补偿;为了降低算法对GPS信号的依赖,加入了开关结构.实验结果表明,LCAE算法能够有效去除加速度计测量值中的非重力信息,隔离载体运动对加速度计输出的干扰,姿态角估计精度在GPS信号完全锁定的情况下达到±0.5°以内,在GPS信号不完全锁定的情况下,姿态角估计精度优于开关卡尔曼方法,达到±1°以内,满足低成本移动卫星通信系统要求.     

基于星敏感器双矢量观测信息的卫星姿态确定算法研究

针对三轴稳定卫星,研究基于星敏感器双矢量观测信息的卫星高精度姿态确定算法。建立了姿态运动学模型、敏感器测量模型、QUEST算法模型和扩展卡尔曼滤波(EKF)模型。对比分析了QUEST算法以及星敏感器与陀螺组合的扩展卡尔曼滤波(EKF)算法的定姿精度。通过数学仿真,表明基于星敏感器和陀螺的扩展卡尔曼滤波组合姿态确定算法具有更高的定姿精度。     

基于EKF的多MEMS传感器姿态测量系统

姿态信息是飞行控制中最关键的参数之一,因此姿态测量成为飞行控制系统首要解决的问题。利用多M EM S传感器研制了一种微型姿态测量系统。利用三轴M EM S加速度计和三轴M EM S陀螺数据,由方向余弦矩阵的姿态表示形式推导了扩展K a lm an滤波方程,解算出飞行器的俯仰角和横滚角;设计专家系统判断飞行器的运动状态,并根据该状态调整滤波算法中的测量噪声矩阵,使系统可同时满足静态情况和动态情况的使用;利用空速和高度数据对俯仰角进行修正,利用GPS解算航向角。将实验结果与国外最新的商用自动驾驶仪的姿态结果进行了比较,二者在静态情况下非常吻合,在动态情况下基本吻合。     

用于无陀螺卫星姿态确定的预测UKF算法

为了降低卫星姿态动力学模型误差和初始姿态误差对无陀螺卫星姿态确定的影响,提出了一种预测无迹卡尔曼滤波(UKF)算法。该算法利用预测滤波中的泰勒级数展开方法对未知的卫星姿态动力学模型误差进行估计,然后将其带入UKF中实现无陀螺卫星姿态确定。用三维偏差四元数代替四元数作为状态变量,避免了估计过程四元数单位约束性被破坏的现象。仿真结果表明,当较大的卫星姿态动力学模型误差和初始姿态误差同时存在时,该算法仍能精确地实现卫星姿态确定。     

基于PF-UKF组合滤波的SINS/GPS组合导航系统空中对准方法

针对捷联式惯性导航系统(SINS)/全球定位系统(GPS)组合导航系统模型的误差以及粒子滤波(PF)存在的粒子退化问题,结合无迹卡尔曼滤波(UKF)算法,提出一种基于PF-UKF组合滤波的SINS/GPS组合导航系统空中对准方法.由误差四元数代替姿态角,以SINS和GPS的位置差和速度差作为观测量,建立新的组合导航系统误差方程.所提出的PF-UKF组合滤波算法将采样粒子分为随机粒子和确定粒子,其中随机粒子为概率密度函数所采集,确定粒子为UKF中采集Sigma点后所求取的系统状态值.由此降低了PF处理粒子时的复杂程度以及粒子退化的程度.仿真结果表明：相比于UKF算法,该方法有效提高了组合导航系统的精度,具有较好的鲁棒性.     

基于视觉/GPS/MEMS-SINS的微型飞行器姿态确定系统

分析了微型飞行器姿态确定系统的现状,提出利用视觉/GPS/MEMS-SINS组合导航系统确定微型飞行器姿态的方案.微型飞行器获取图像中天空和大地的特征不同,其间隐含了载体的姿态信息,在GPS和MEMS-SINS组合的基础上,将所隐含的载体姿态信息作为新增的观测量.建立了组合系统的卡尔曼滤波器模型,并进行了静态和动态仿真.结果表明,视觉/GPS/MEMS-SINS组合导航系统是微型飞行器自主姿态确定的有效方案,增加视觉姿态后,滤波器中惯性导航系统平台误差角的可观测性得到了增强,姿态估计精度也得到了提高.     

Attitude Determination for MAVs Using a Kalman Filter

This paper presents a Kalman filter to effectively and economically determine the Euler angles for micro aerial vehicles （MAVs）, whose size and payload are severely limited. The filter uses data from a series of micro-electro mechanical system sensors to determine the selected 3 variables of the direction cosine matrix and the bias of the rate gyro sensors as state elements in a dynamic model, with the gravitational acceleration to build a measurement model. For high speed maneuvers, rigid motion equations are used to correct the measurements of the gravitational acceleration. The filter is designed to automatically tune its gain based on the dynamic system state. Simulations indicate that the Euler angles can be determined with standard deviations less than 3°. The algorithm was successfully implemented in a miniature attitude measurement system suitable for MAVs. Aerobatic flights show that the attitude determination algorithm works effectively. The attitude determination algorithm is effective and economical, and can also be applied to bionic robofishs and land vehicles, whose size and payload are also greatly limited.     

卫星编队飞行的轨道和姿态GPS自主同步反馈控制

鉴于编队飞行之中卫星不但对轨道有要求,而且对姿态也有要求,例如有的编队飞行卫星在惯性空间中有指向控制的要求,或者相互之间有保持一定的姿态关系的要求,同时在轨道控制过程中也需要姿态信息,因此在编队飞行的建立过程中,需要考虑姿态和轨道的协调控制和同步控制问题.本文提出了用汗同步控制的相对轨道和相对姿态运动学和动力学模型、控制率的选择和设计以及用GPS的伪距和载波相位实现轨道和姿态同步实时反馈控制方法.其中包括用修改的Kodrigues参数实现无奇异的大姿态机动的非线性状态跟踪控制.对EO-1/Landsat 7编队飞行的同步控制进行了数字仿真,证实了设计的正确性和实现的可行性.     

姿态稳定用双轴陀螺仪

研究用于姿态稳定系统的双轴液体动力陀螺仪.介绍了陀螺仪的基本工作原理,由建立的陀螺仪力矩方程推导出陀螺仪的数学模型.用速率突停的方法测试陀螺仪的输出信号,并根据试验结果建立了简化的系统传递函数.由简化传递函数可以看出,陀螺仪的输出信号中既有载体的角度信息又有角速度信息,两分量的大小取决于时间常数的大小.     

基于船舶的GPS/单陀螺航向融合算法

研究一种应用于船舶的GPS/单陀螺航向融合算法.首先,根据陀螺输出的角速率来估算船舶航向角信息;然后,采用改进的卡尔曼滤波的GPS/单陀螺融合算法,估算出陀螺的航向角估计误差和陀螺的漂移;最后,得出船舶航向角的准确信息.试验结果表明,该融合算法使得航向角实际应用误差控制在±1°之内,其输出值相当平滑,是一种有效的航向角确定算法.     

单天线GPS接收机载体姿态测定分析

该文研究了利用单天线GPS接收机的输出信息来实时确定载体姿态的基本原理与方法。文中的GPS载体姿态是指关于载体飞行速度矢量轴的新系偏航角、航迹角和新系滚转角，亦称为新系姿态。文中对姿态测定的分析包括利用GPS接收机配合软件LABMON46输出的原始信息来分析速度矢量的求解方案；利用卡而曼滤波模型对速度信息进行处理得到相应的加速度信息；根据前面2步求得的速度和加速度给出解算载体新系姿态的方法；最后给出常规姿态与新系姿态的关系和对照说明。     

GPS单频单历元定姿算法性能分析与改进方法

为了提高LAMBDA在单频单历元情况下的性能和成功率,对该定姿算法的性能进行了理论研究,分析了影响搜索效率的因素,并提出了一种新的求解模型.将未知的整周模糊度拟合成噪声,能够显著提高搜索效率,同时利用模糊度存在范围等约束条件对原算法的成功率进行了改善.实验表明:相比于原算法,改进算法能够有效减少GPS姿态解算的时间,同...