基于四元数和航天器姿轨信息的相对位姿确定算法

航天器间的相对位姿确定是航天器编队飞行、交会与对接、捕获与维护等重大航天任务的关键技术.基于图像信息的相对位姿确定是目前国内外研究的热点,是解决航天器相对位姿确定问题的有效方法.文中在航天器姿态动力学、机器视觉理论基础上,提出基于四元数和航天器姿轨信息的相对位姿确定算法.在定姿方面,该算法采用了四元数法,与传统的Hall算法相比,降低了雅可比矩阵的阶数,从而减小了计算量;另外,在基于四元数算法的最小二乘估计中,该算法充分利用了航天器姿轨信息作为初始值,减少了计算的迭代次数,提高了算法的效率.     

双星系统实时导航定位仿真

通过对双星系统的星座、工作过程以及定位误差的模拟,构建了一个用于评估双星定位系统对在其覆盖范围内任意时刻任意位置运动载体所提供的导航定位结果的仿真分析平台.在仿真系统初始化时,用户可以自由设定双星系统的星座、中心站位置、自定义坐标系、误差等级、仿真频率以及运动载体的姿态和航迹.该仿真系统为用户提供了运动载体分别在地理坐标系、WGS84坐标系、当地地理坐标系、用户自定义坐标系中的位置、速度、误差、几何精度衰减因子(GDOP)以及载体航程等仿真结果,通过对结果的分析可以评价出双星系统对于运动载体的定位效果.     

一种基于极大似然准则的自适应卡尔曼滤波算法

在系统不能确切建模或模型本身会产生改变的应用场合，传统卡尔曼滤波算法的性能受到直接影响，甚至无法正常应用。基于标准卡尔曼滤波假设，利用极大似然估计准则推导了一种新的自适应卡尔曼滤波算法，这种滤波算法的主要思路是利用新息序列对系统和量测噪声方差阵Q和R实时估计和调整，以实时反映系统模型的变化。在相关理论分析的基础上，针对低成本惯性／GPS组合导航系统对这种自适应卡尔曼滤波方法的性能进行了仿真分析，与传统卡尔曼滤波算法进行了比较，探讨了这种算法的实用性。     

基于脉冲机动的引力辅助深空探测轨道设计

以借助金星引力的火星探测器轨道设计为背景,针对借力前后可能存在的速度不匹配问题,提出了一种施加脉冲机动的解决方式。首先以借力飞行的基本理论为基础,推导了施加脉冲的实现过程。其次,探讨了基于等高线图的引力辅助轨道设计方法,当速度不匹配时,不存在无动力的借力飞行,针对可能发生的速度不匹配的情况,文章采用在引力辅助过程完成之后,施加脉冲,提高探测器的速度,实现了速度不匹配的借力飞行情况。最后研究了遗传算法在引力辅助轨道设计中的应用,以金星借力的火星探测轨道为例,同样在无动力的引力辅助不满足要求的情况下,研究了基于遗传算法的引力辅助轨道优化设计流程,得出与等高线图法基本一致的结果。对两种方法的结果进行比较分析,验证了施加脉冲机动的方法在引力辅助轨道设计中的适用性。     

基于分形理论的空间目标图像分割算法

针对像素邻域灰度方差和分形维数提出了一种空间目标的图像分割算法.首先针对空间目标自然背景的特点,从分形理论的相似性上对云背景进行分析,提出了衡量灰度变化程度的指标像素邻域灰度方差,进而建立与灰度图像对应的像素邻域灰度方差图,实现了目标边界奇异性的增强.其次,在对阈值和方差图分形维数关系分析的基础上,提出了灰度方差的阈值选择方法进行仿真,最后给出空间目标图像分割算法的流程,仿真结果验证分割算法是有效的.     

一个用于载荷地面测试的航天器仿真模型

针对特定的载荷物理样机地面测试验证及任务全过程演示的硬件在回路仿真背景,基于RT-LAB仿真平台,搭建了半实物仿真测试系统,其中航天器平台的仿真模型使用Simulink/Stateflow搭建,采用层次化、模块化设计,包含自主运行管理、GNC、电源、热控、推进、地面站等分系统,使用Stateflow实现载荷工作的流程控制,本文详细描述了各分系统的功能、实现,对关键分系统的功能做了验证。表明RT-LAB与Simulink/Stateflow结合可方便快捷地构建各种仿真环境,满足任务要求,而其模块化的特点使模型便于后续的维护、重用与扩展。     

小卫星姿态抖动的一种确定方法

研究了一种闭环传感器融合方法，用于对小卫星的姿态抖动进行准确测量。该方法基本思路是将包含低频运动成分的修正项引入高频传感器的测量信息中，实现低频和高频传感器测量信息的融合，提供高精度、高频率的姿态抖动信息，利用典型的抖动形式进行了仿真计算，结果表明，闭环传感器融合方法对小卫星的低频和高频抖动均有较好的效果。     

非接触式电磁加载水润滑轴承监测系统

在水润滑轴承试验研究中,传统机械或液压等接触式加载方式存在振动、噪声、发热与摩擦磨损等问题,另外,监测系统特别是软件功能还不完善,影响轴系稳定运行与测试结果准确性。针对上述问题,设计了非接触式电磁加载装置（电磁加载力大小及角度均可调节）,并基于LabVIEW开发了水润滑轴承监测系统;应用该系统对水润滑橡胶轴承进行水膜压力测试试验,并将试验结果与仿真结果进行对比,结果表明,系统运行稳定,测试数据可靠,实用效果良好。     

高空长航时无人机导航系统研究

以高空长航时无人机为研究背景,从我国国情出发,对捷联惯性导航系统(SlNS)、全球定位系统(GPS)、"北斗"卫星导航系统(BDSNS)和大气数据系统(ADS)在高空长航时无人机导航系统中应用的可行性进行了分析,在此基础上提出基于自适应联邦滤波的SINS/GPS/BDSNS/ADS组合导航系统方案,建立了组合导航系统的状态方程和量测方程,给出了自适应联邦滤波算法,并设计开发了组合导航仿真系统.通过对GPS被关闭或限制使用等典型情况的计算机仿真,表明该系统具有较高的导航精度和良好的可靠性.     

速度+方位角匹配传递对准算法的简化与仿真

给出了一种速度+方位角匹配传递对准模型,并结合工程实际要求和条件,对该模型进行简化.仿真结果表明,在一定的机动条件下,速度+方位角匹配的三个失准角估值都能够在20s内收敛,并达到10′的精度,从而验证了该模型的有效性.简化后的十二阶滤波器能够达到相近的收敛时间和精度.