检索结果-内蒙古大学图书馆

宇航学报 2008年第3期29卷 868-872页

作者：覃超刘向东靳永强北京理工大学信息科学技术学院自动控制系北京100081

针对双星编队飞行中的相对导航问题,提出了一种基于星敏感器和GPS伪距差分的相对状态确定方法。首先给出了相对轨道和相对姿态动力学方程,选取相对姿态基准坐标系,然后分别建立了星敏感器和GPS伪距差分的观测方程,运用Unscented卡尔曼... 详细信息

针对双星编队飞行中的相对导航问题,提出了一种基于星敏感器和GPS伪距差分的相对状态确定方法。首先给出了相对轨道和相对姿态动力学方程,选取相对姿态基准坐标系,然后分别建立了星敏感器和GPS伪距差分的观测方程,运用Unscented卡尔曼滤波方法(UKF)设计了双星编队相对状态确定的UKF滤波器。利用一个仿真实例说明了该方法的可行性和有效性。

关键词： GPS 伪距差分相对状态确定 Unscented卡尔曼滤波

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基于改进的无迹卡尔曼滤波确定视线感知相对状态

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光学精密工程 2013年第4期21卷 1032-1039页

作者：王晓初尤政赵开春清华大学精密测试技术及仪器国家重点实验室

基于视线传感器原理,研究了如何确定摄动作用下两颗卫星间相对状态的问题。采用VISNAV传感器作为相对状态传感器,并应用一种改进滤波算法实现了问题求解。首先,考虑了两颗卫星间相对位置与相对姿态的运动方程及摄动作用的影响,给出了改... 详细信息

基于视线传感器原理,研究了如何确定摄动作用下两颗卫星间相对状态的问题。采用VISNAV传感器作为相对状态传感器,并应用一种改进滤波算法实现了问题求解。首先,考虑了两颗卫星间相对位置与相对姿态的运动方程及摄动作用的影响,给出了改进的离散系统方程及其误差协方差矩阵的取值方法,避免了复杂协方差矩阵的实时额外求解,降低了算法计算量及实施难度。最后,给出相应的无迹卡尔曼滤波(UKF)算法并通过STK和MATLAB软件进行了数值仿真实验。分析表明,改进后的算法保证了收敛性,数值仿真及对比仿真验证了本文方法的可行性和有效性。在摄动因素作用的前提下,改进的方法能够在200m的相对距离内达到角秒级的相对姿态确定精度和毫米级的相对位置确定精度,完全可以满足近距离自由飞行卫星间的相对状态确定要求。

关键词：视线传感器相对状态确定摄动改进的无迹卡尔曼滤波

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星间测距对小卫星编队相对轨道状态的修正

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空间控制技术与应用 2015年第3期41卷 42-47页

作者：张晓磊郑建华高东钱航中国科学院复杂航天系统电子信息技术重点实验室中国科学院空间科学与应用研究中心北京100190 中国科学院大学北京100190

相对轨道状态确定是小卫星编队正常工作的基础和重要保障.针对小型化、低成本的星载GPS接收机定轨精度较低的情况,提出一种利用单纯星间测距信息对卫星编队相对轨道进行修正的方法.引入星间测距信息,采用扩展卡尔曼滤波算法提高编队的... 详细信息

相对轨道状态确定是小卫星编队正常工作的基础和重要保障.针对小型化、低成本的星载GPS接收机定轨精度较低的情况,提出一种利用单纯星间测距信息对卫星编队相对轨道进行修正的方法.引入星间测距信息,采用扩展卡尔曼滤波算法提高编队的相对轨道估计精度.通过仿真验证,证实了该方案的有效性.

关键词：小卫星编队 GPS 星间测距相对状态确定扩展卡尔曼滤波

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一种非合作目标相对位置和姿态确定方法

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宇航学报 2011年第3期32卷 516-521页

作者：周军白博于晓洲西北工业大学精确制导与控制研究所西安710072

针对非合作目标中的从星若无法获得主星的动态信息时,就无法自主进行相对位置和姿态确定的问题,提出了一种采用陀螺、立体视觉系统和加速度计的相对状态确定方法。首先分别建立相对姿态方程、主星动力学方程和相对位置方程等系统的数学... 详细信息

针对非合作目标中的从星若无法获得主星的动态信息时,就无法自主进行相对位置和姿态确定的问题,提出了一种采用陀螺、立体视觉系统和加速度计的相对状态确定方法。首先分别建立相对姿态方程、主星动力学方程和相对位置方程等系统的数学模型。然后根据这些方程组成的状态方程和立体视觉系统的测量模型设计了卡尔曼滤波器。该滤波器使得从星根据加速度计、陀螺和立体视觉系统的输出,在仅获得主星的外观特征和一些静态参数的情况下,能够自主进行相对位置和姿态的确定。最后,数值仿真结果表明,在相同仿真条件下,与使用主星陀螺信息的相对状态确定算法相比,该算法能够自主进行相对状态的确定,且位置和姿态稳态误差分别为0.05m和2°。

关键词：非合作目标立体视觉相对状态确定

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编队飞行卫星自主相对导航算法研究

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哈尔滨工业大学学报 2007年第3期39卷 354-358页

作者：吴云华曹喜滨哈尔滨工业大学卫星技术研究所哈尔滨150080

提出一种基于类GPS敏感器星间相对距离测量的编队飞行卫星相对位置、速度和姿态自主确定算法.在编队飞行卫星之间无相对速度测量时,利用两点相对轨道状态测量信息,建立相对轨道和姿态运动方程以及星间相对测量方程,推导了编队飞行卫星... 详细信息

提出一种基于类GPS敏感器星间相对距离测量的编队飞行卫星相对位置、速度和姿态自主确定算法.在编队飞行卫星之间无相对速度测量时,利用两点相对轨道状态测量信息,建立相对轨道和姿态运动方程以及星间相对测量方程,推导了编队飞行卫星相对导航UKF(Unscented Kalman Filter)算法,估计其相对轨道和姿态等导航信息.并进行了数学仿真,仿真结果表明,该算法简单可靠,能够满足高精度编队飞行卫星相对导航要求.

关键词：编队飞行相对状态确定两点测量 Unscented卡尔曼滤波

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微小卫星及其编队轨道与姿态一体化确定方法研究

微小卫星及其编队轨道与姿态一体化确定方法研究

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作者：邢艳军哈尔滨工业大学

学位级别：博士

自主状态确定是卫星控制的基本前提和基础。对于成本和重量有严格限制的微小卫星，星上敏感器资源及其性能往往有限，如何充分利用有限的敏感器资源、完成自主状态确定任务、改善卫星轨道与姿态确定的精度，进而提高微小卫星功能密度，... 详细信息

自主状态确定是卫星控制的基本前提和基础。对于成本和重量有严格限制的微小卫星，星上敏感器资源及其性能往往有限，如何充分利用有限的敏感器资源、完成自主状态确定任务、改善卫星轨道与姿态确定的精度，进而提高微小卫星功能密度，已成为当前航天领域的热点和难点问题。本学位论文以微小卫星及其编队轨道与姿态等状态确定为研究背景，对单星自主状态确定、卫星编队相对/绝对状态估计等相关问题进行深入研究，具体内容如下：为充分利用地磁场测量数据中包含的轨道与姿态信息，在基于地磁场测量的卫星轨道与姿态独立确定方法基础上，采用轨道与姿态确定串并联混合的耦合确定模式，提出了基于磁强计的卫星轨道与姿态耦合确定方法。该方法在初始误差较大时采用先定轨后定姿的串联模式确保系统收敛性，待串联策略收敛后采用基于地磁场矢量的姿轨并联确定模式提高系统估计精度，同时基于新息序列设计鲁棒卡尔曼滤波算法，通过自适应调整滤波器的增益矩阵来降低轨道与姿态耦合确定时滤波误差的相互影响。仿真结果表明了该方法在提高系统鲁棒性和估计精度等方面的有效性。考虑卫星在轨运动以及敏感器测量等方面轨道与姿态相互耦合的特性，在建立卫星轨道与姿态耦合动力学模型和敏感器测量模型的基础上，提出了基于多速率滤波算法的卫星轨道与姿态一体化确定方法，并采用局部可观测性理论以及可观测性矩阵条件数和奇异值分解等对系统的可观测性及可观测度进行分析，从理论方面论述了轨道姿态一体化确定的可行性。为避免由于采用一体化确定模式导致滤波维数增加，进而导致计算量过大的问题，引入长短周期不同时刻点分别采用Schmidt-EKF和统一滤波算法的多速率滤波思想，在保证确定精度的前提下有效地降低了计算量。针对从星上敏感器测量主星上多个点光源方向矢量的测量模式，提出了基于高斯二阶卡尔曼滤波算法的编队卫星相对位置与姿态一体化确定方法。针对应用中由于待估计特征点与质心不重合等问题，建立考虑特征点质心偏移的相对运动状态方程，设计了基于乘性四元数的UKF算法，提出了考虑非质心影响的相对位置与姿态估计方法，并采用Fisher信息矩阵和误差方差矩阵的迹分析了星间相对距离、点光源数目及其分布情况等对估计精度的影响。为基于视觉的卫星编队相对状态估计系统的设计及应用奠定基础。针对具有磁强计、陀螺及视觉敏感器等配置的编队成员卫星绝对轨道与姿态确定问题，在基于磁强计/陀螺的姿轨一体化确定算法和基于视觉测量的编队相对状态一体化确定算法的基础上，设计联邦滤波和两步滤波两种分散式滤波算法，提出了考虑相对测量信息的编队卫星绝对轨道与姿态一体化确定方法。在保证高精度绝对状态确定的同时，提高了系统的可靠性和容错能力。针对从星磁强计故障情况，提出了先主星后从星的串联确定策略，并设计了基于球形采样的UKF算法，实现编队双星的绝对状态估计。在双星磁强计都故障时，分析了依靠星间相对测量进行编队卫星绝对轨道确定的可行性。为绝对轨道与姿态测量信息有限时的编队卫星轨道与姿态确定提供了一条可行的解决途径。

关键词：微小卫星耦合轨道与姿态一体化确定相对状态确定卡尔曼滤波

来源：评论

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航天器姿轨一体化动力学建模、控制与导航方法研究

航天器姿轨一体化动力学建模、控制与导航方法研究

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作者：王剑颖哈尔滨工业大学

学位级别：博士

航天器轨道和姿态的动力学建模、控制与导航是完成航天任务的重要保障，因此世界各国的研究学者都投入了大量精力进行相关问题的研究，并取得了丰硕的研究成果。传统的方式是将航天器的在轨运动分解为轨道运动和姿态运动并对其分别进行... 详细信息

航天器轨道和姿态的动力学建模、控制与导航是完成航天任务的重要保障，因此世界各国的研究学者都投入了大量精力进行相关问题的研究，并取得了丰硕的研究成果。传统的方式是将航天器的在轨运动分解为轨道运动和姿态运动并对其分别进行研究。然而随着航天器新型任务的出现，这种分而治之的研究方式体现了一定的局限性。针对上述问题，本学位论文深入研究了航天器轨道与姿态一体化动力学建模方法、一体化控制方法与一体化相对导航方法，主要包括以下几个方面的工作：针对航天器轨道与姿态的一体化动力学建模问题，选择对偶四元数这一数学工具，以一体化的方式描述航天器在轨运行的轨道运动与姿态运动，并重新导出由其描述的航天器一般运动的运动学模型；在对偶数代数框架内，利用力学基本原理，建立单航天器一般运动的动力学模型；在单航天器相关研究基础上，对两个航天器间的相对轨道与相对姿态进行动力学建模与分析；考虑到由于非质心点引起的姿轨耦合影响，建立航天器非质心点相对运动的动力学模型。针对航天器轨道与姿态运动的跟踪控制问题，在考虑外界干扰和模型不确定性的情况下，设计线性滑模变结构控制器和类PD鲁棒控制器，并分别采用Lyapunov方法和Barbalat引理证明闭环系统的渐近稳定性。最后，结合航天器悬停的任务背景，对上述控制算法进行数学仿真验证。针对航天器相对轨道与相对姿态的一体化控制问题，以对偶四元数的对数作为控制变量，设计终端滑模控制器，该控制器可以实现对期望状态的有限时间跟踪，并具有对外界干扰以及航天器模型不确定部分的鲁棒性；考虑到由于空间环境的复杂性而不能获知干扰及模型不确定性的信息，提出不需要广义干扰上界的自适应终端滑模控制器；进一步的，为了提高控制器的快速性，基于航天器相对运动的类拉格朗日模型设计快速滑模控制器，并对线性滑模面、终端滑模面和快速滑模面的收敛速度进行比较分析。最后，结合航天器交会对接的应用背景，对上述控制算法进行数学仿真验证。针对航天器的相对位置与相对姿态的一体化确定问题，提出基于多种几何特征的单目视觉导航方法。在对偶代数的框架内，统一描述特征点、特征线和特征圆，特别的，特征圆的对偶数描述是基于一种动态定义实现的。利用单目视觉原理，分别建立基于特征点、特征线和特征圆的测量模型。基于上述测量模型，分别采用龙贝格-马尔塔算法、扩展卡尔曼滤波算法和无迹卡尔曼滤波算法实现对航天器间的相对位置和相对姿态的估计。最后，通过数学仿真验证上述算法的可行性，并比较分析各种算法的精度，以及特征点数目和分散程度对估计精度的影响。针对航天器相对导航的鲁棒滤波问题，提出基于改进强跟踪滤波和鲁棒无迹卡尔曼滤波的航天器相对导航方法。考虑系统模型的不确定性以及目标运动状态的机动性，提出航天器相对位姿估计的改进强跟踪滤波算法，该算法具有较强的关于模型不确定性的鲁棒性和关于突变状态的跟踪能力，并且适用于测量矩阵不是满秩矩阵的情况。考虑到特征信息失效的测量故障情况，为了抑制测量故障引起的滤波失效，分别设计单比例因子鲁棒无迹卡尔曼滤波算法和多比例因子鲁棒无迹卡尔曼滤波算法，其中多比例因子算法可以针对每个测量量做出不同的反应。最后，以故障或失效的航天器为目标航天器，通过数学仿真验证上述算法的有效性。

关键词：对偶四元数耦合动力学有限时间控制相对状态确定卡尔曼滤波

来源：评论

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