基于磁强计和陀螺测量的卫星轨道姿态一体化确定算法

突破卫星轨道和姿态参数分别确定分而治之的传统模式,提出了利用磁强计和陀螺测量信息同时确定卫星轨道和姿态参数的新方法。利用磁强计提供的地磁场测量值与地磁场模型计算值之间的差值,以及陀螺提供的角速度信息,推导了轨道姿态一体化确定扩展卡尔曼滤波算法。利用局部可观测性理论定量地计算系统局部可观测矩阵的条件数,进而利用该条件数对系统的可观测性进行深入分析。最后对本文算法进行了数学仿真,结果表明该算法的可行性和有效性。     

基于矢量观测确定卫星轨道姿态:欧拉角估计器

针对“矢量观测+陀螺”这种典型的三轴稳定卫星姿态确定系统配置模式,采用欧拉角作为姿态参数,应用扩展卡尔曼滤波技术综合处理姿态测量信息,给出了具有良好滤波性能的轨道姿态估计算法.在算法的设计过程中,针对单矢量观测情况,通过改进协方差修正算法加快了状态估值的收敛速度;针对多矢量观测情况,把 QUEST 法作为矢量观测数据压缩技术有效地结合进姿态估计器中,使得在多矢量观测情况下的滤波修正算法得到了简化.     

基于矢量观测确定卫星轨道姿态:欧拉角估计器

针对“矢量观测 陀螺”这种典型的三轴稳定卫星姿态确定系统配置模式，采用欧拉角作为姿态参数，应用扩展卡尔曼滤波技术综合处理姿态测量信息，给出了具有良好滤波性能的轨道姿态估计算法．在算法的设计过程中，针对单矢量观测情况，通过改进协方差修正算法加快了状态估值的收敛速度；针对多矢量观测情况，把QUEST法作为矢量观测数据压缩技术有效地结合进姿态估计器中，使得在多矢量观测情况下的滤波修正算法得到了简化．     

基于ODTK的卫星精密轨道确定

为快速有效地执行卫星的精密轨道确定任务,引入AGI公司的ODTK（orbit determination tool kit）软件,给出了ODTK软件执行精密轨道确定任务的算法原理和操作步骤,并基于仿真实例分析了轨道确定结果的残差分布和定轨精度。结果表明,ODTK软件能够提供稳定的滤波性能、精密的轨道确定结果和丰富的数据分析图表,可以作为开展卫星精密轨道确定研究的分析工具和验证卫星精密轨道确定算法有效性的参考标准。     

自适应扩展卡尔曼滤波在卫星姿态确定系统中的应用

扩展卡尔曼滤波（以下简称EKF）算法应用于卫星姿态确定系统时需要已知精确的系统模型及过程噪声和观测噪声统计特性,并有计算量过大的问题。本文在EKF算法中加入噪声观测器,构成自适应扩展卡尔曼滤波算法（Adaptive Extended Kalman Filter,以下简称AEKF）,使系统能够在传感器噪声统计特性未知的情况下,依然获得较高的系统状态估计精度,增强了系统的鲁棒性。并且AEKF算法简化了系统状态方程,相对于EKF算法减少计算量。经数学仿真验证,AEKF算法能较好地对传感器噪声的统计特性进行在线估计,使姿态确定系统正常工作,有较高的工程应用价值。     

自适应扩展卡尔曼滤波在卫星姿态确定系统中的应用

扩展卡尔曼滤波(以下简称EKF)算法应用于卫星姿态确定系统时需要已知精确的系统模型及过程噪声和观测噪声统计特性,并有计算量过大的问题。本文在EKF算法中加入噪声观测器,构成自适应扩展卡尔曼滤波算法(Adaptive Extended Kalman Filter,以下简称AEKF),使系统能够在传感器噪声统计特性未知的情况下,依然获得较高的系统状态估计精度,增强了系统的鲁棒性。并且AEKF算法简化了系统状态方程,相对于EKF算法减少计算量。经数学仿真验证,AEKF算法能较好地对传感器噪声的统计特性进行在线估计,使姿态确定系统正常工作,有较高的工程应用价值。     

基于磁强计和陀螺的姿态测量方法

提出了一种采用磁强计和单轴微机械陀螺的低成本磁-惯性姿态测量方法.介绍了系统的基本组成及其工作原理.三分量磁强计固连在弹体上,三轴与弹体坐标系重合,单轴微机械陀螺安装在弹体轴线上;对陀螺测量的滚转角速率实时积分得到弹体滚转角,结合三轴磁强计输出的地磁分量测量值,通过求解姿态解算方程获得姿态信息.建立了弹体姿态解算数学模型,以某火箭弹为例,对该模型进行了仿真.误差分析表明:姿态角解算结果具有较小的误差,且误差不随时间积累.     

基于卫星姿态敏感器和星载天线信息的联合姿态确定方法

为提高姿态估计的速度和精度,提出一种利用星载天线信息进行姿态确定的新方法。研究分析了天线接收信号中可以用于卫星姿态确定的信息,推导并建立了由误差四元数表示的天线测量残差线性模型。基于卫星姿态敏感器的测量残差模型和天线测量残差模型,组建了陀螺/红外地平仪/太阳敏感器/天线新型联合姿态确定系统,最后利用集中式测量融合滤波对卫星姿态进行估计。仿真结果表明,天线信息的引入可以显著提高姿态确定的精度,并使整个系统的收敛速度有明显提高。     

粒子滤波在卫星姿态确定中的应用

为了验证以星敏感器和速率陀螺作为卫星测量元件时,粒子滤波算法在姿态确定中的有效性.采用修正的罗德里格参数作为姿态参数建立了有陀螺和无陀螺两种模式下的系统状态方程和测量方程,并利用粒子滤波(PF)算法进行了姿态估计.和扩展的卡尔曼滤波(EKF)算法进行比较,仿真结果表明:PF算法在小初始估计误差下能够收敛,且具有和EKF相当的精度.大初始估计误差时,EKF算法不能收敛而PF算法仍能收敛.最后验证了PF算法在无陀螺模式下进行姿态确定的有效性.     

基于扩展卡尔曼滤波的无人直升机姿态解算

针对某型无人直升机飞行过程中振动较大,姿态难以精确获取的问题,采用扩展卡尔曼滤波技术进行解算. 该方法以惯性测量单元的角速度和加速度的比力作为输入,并通过振动数据的融合,实时获取姿态信息,有效降低了无人直升机振动对姿态精度的影响. 仿真和实际飞行验证了该方法的有效性.     

基于CCD序列图像和地面控制点的卫星姿轨精密确定

实现卫星姿轨精密确定是航天测控的重要研究内容.提出一种基于CCD序列图像和地面控制点的卫星姿轨精密确定方法,推导并给出了基于四元数算法的数据处理模型,通过仿真计算进一步验证、分析了算法的精度,该方法对于卫星姿轨精密确定具有一定参考价值.     

Autonomous determination of orbit for probe around asteroids using unscented Kalman filter

The observed images of the asteroid and the asteroid reference images are used to obtain the probe-to-asteroid direction and the location of the limb features of the asteroid in the inertial coordinate. These information in combination with the shape model of the asteroid and, attitude information of the probe are utilized to obtain the position of the probe. The position information is then input to the UKF which determines the real-time orbit of the probe. Finally, the autonomous orbit determination algorithm is validated using digital simulation. The determination of orbit Using UKF is compared with that using extended Kalman filter (EKF), and the result shows that UKF is superior to EKF.     

基于粒子滤波和UKF联合滤波的卫星姿态估计

针对矢量观测的三轴稳定卫星的姿态估计问题,提出了基于粒子滤波(PF)和Unscented卡尔曼滤波(UKF)的一种联合滤波方法.为了避免粒子滤波的状态高维数引起的计算量过大、难收敛等问题,采用UKF滤波来估计陀螺的漂移,从而使粒子的数量大大减少,以较少的运算量获得较好的滤波效果.另外,通过定义增量误差四元数和采用无冗余的广义罗德里格参数(Generalized Rodrigues Param eters)(三参数)描述卫星姿态,使四元数的归一化处理是隐含的,从而解决了四元数的归一化所造成的协方差阵奇异问题.将该方法应用于某型号卫星的姿态估计,并与UKF相比,即使在较大初始姿态误差情况下,算法也能很快地收敛,验证了所设计的姿态估计算法是可行有效的.     

基于MME准则估计卫星姿态的非线性滤波算法

结合矢量观测的特点，基于最小模型误差准则给出了一种确定卫星姿态的实时估计算法，称为预测滤波算法。该算法利用矢量观测信息，对动力学方程中的力矩模型误差进行预测，并利用预测值修正动力学模型，从而准确地估计卫星的三轴运动姿态，同时能获得角速度估计值。通过误差观测矢量的建立，进一步提出了能够简化准则函数的修正预测滤波算法。仿真结果证明，预测滤波算法及其修正算法克服了扩展卡尔曼滤波器的不足，能够有效地解决存在显著模型误差情况下的非线性估计问题。     

卫星编队相对轨道的分布式估计方法

研究了卫星编队的相对轨道自主确定问题,选择“无线电+激光”的测量方案,为减轻多星编队星间通信量和星上计算量的负担,将状态估计器设计为分布式构型,并利用分布式Schm idt-Kalman滤波算法对编队的相对轨道状态进行估计。仿真结果验证了该导航方案和算法的有效性。     

低轨星实时自主定轨新方法--"积分滤波法"

讨论了动力法轨道数值积分定轨及几何法定轨存在的问题,进而提出了一种采用观测数据和轨道数值积分融合的实时自主定轨方法。实测数据的计算结果表明,新的定轨方法可以实时自主地得出卫星轨道的位置,并能达到较高的定轨精度。