基于"姿态矩阵"量测的机载导弹传递对准技术

"速度+姿态"量测匹配方案是目前比较理想的机载导弹传递对准技术.采用"姿态"量测时存在矩阵计算量大等缺点,在具体工程应用时更会受到计算机速度的限制,尤其是需要快速进行卡尔曼滤波计算时.引入了一种与"姿态"量测具有相同特点的"姿态矩阵"量测方案,设计了快速对准卡尔曼滤波器,并进行了仿真分析.结果表明是一种具有工程意义的实用快速传递对准技术.     

滑模变结构控制的月球着陆舱姿态控制系统设计

在我国的探月计划中,要实现月球探测器软着陆于月球表面.在分析月球着陆舱软着陆段的飞行任务对于姿态控制要求的基础上,基于滑模变结构控制方法,根据实际姿态角和期望姿态角的偏差,给出了线性滑动模态面的切换方程,采用指数趋近律和边界层削抖的方法,推导出期望控制力矩的计算公式.并研究了姿控发动机的配置特点和点火逻辑.给出了由期望力矩计算实际控制力矩的方法.仿真结果表明,该姿态控制系统能迅速地将着陆舱跟踪到期望姿态.着陆舱经过514s飞行,在距月面2 km处将速度减为零,将姿态调整到垂直向下,完成了飞行任务.飞行轨迹比较平滑,具有较好的鲁棒性和自适应性.     

Rodrigues参数与四元数间的关系分析

介绍了Rodrigues参数,从投影的角度,详细阐述了四元数与经典Rodrigues参数及改进型Rodrigues参数的关系,推导了Rodrigues参数微分方程以及与姿态阵的关系,建立了等效旋转时避免奇异值出现的方法.以典型圆锥运动为背景,对以Rodrigues参数描述的导弹捷联姿态算法和以四元数描述的姿态算法在计算量和计算精度上做了详细的比较.     

两种捆绑火箭弹性振动建模方法对比分析及其对姿控系统的影响

针对长助推和短助推两种类型捆绑火箭的不同模态特点,分析了两者弹性振动建模方法的区别和联系,在此基础上建立了某型固体捆绑火箭姿态动力学新模型,模型中基于有限元法导出了弹性振动方程,基于该模型对箭体复杂弹性振动引起的通道间耦合进行了研究,采用逆Nyquist阵列法进行设计。结果表明,该模型能更准确地反映捆绑火箭纵、横、扭耦合运动特性;新模型三通道之间存在弹性耦合,但耦合矩阵具有对角优势性质,采用逆Nyquist阵列法进行姿控系统设计是有效的,仿真结果表明设计的控制器可行,能够取得比较好的性能。     

空间站零燃料大角度姿态机动路径存在性分析

零燃料大角度姿态机动技术是新近应用在国际空间站的新概念姿态控制技术。构造了以控制力矩陀螺为执行机构的空间站姿态控制动力学模型,在此基础上,建立了空间站本体与控制力矩陀螺之间的角动量守恒关系。针对各类大角度姿态机动任务,通过分析空间站惯量参数与控制力矩陀螺性能参数之间的解析关系,得到了零燃料大角度姿态机动路径的存在性条件。通过规划算例验证了存在性分析的正确性。所提出的零燃料大角度姿态机动存在性条件,为姿态机动路径的存在性判断提供了便捷可行的方法,为零燃料大角度姿态机动技术未来在我国空间站实施的可行性论证提供重要的理论依据。     

鲁棒四元数无味卡尔曼滤波算法在组合导航姿态估计中的应用

针对SINS/GPS直接式组合导航姿态估计中,GPS信号易受外界干扰而引入污染观测量等问题,提出基于Huber的鲁棒化四元数无味卡尔曼滤波算法。通过研究在四元数无味卡尔曼滤波算法中引入Huber鲁棒化框架,对原算法的量测更新进行修正,增强滤波算法的鲁棒性与稳定性。以SINS/GPS位置松组合为应用背景,在不同仿真环境下,验证提出算法对姿态信息的估计效果。试验结果表明:与原算法相比,该算法具有更好的鲁棒性和稳定性。     

平台姿态误差对TDICCD相机成像几何质量的影响

研究卫星平台姿态误差对TDICCD相机成像几何质量的影响有助于提出姿态指标设计要求以提高相机几何成像质量,以像点位移为中间参量,研究平台姿态误差和成像几何质量指标之间的定量关系。基于平台姿态误差引起的像移速度、偏流角和积分时间等成像参数误差分析,结合严密几何成像模型推导像点位移的误差模型,建立从像点位移量到相邻像元间角度畸变、长度畸变、像元分辨率和定位误差等几何质量指标的定量模型,构建从平台姿态误差到相机成像几何质量指标的完整定量分析链路。仿真实验结果表明,偏航角姿态误差是影响成像几何质量的主要因素。     

采用多敏感器相互校正的卫星入轨姿态计算方法

针对卫星与运载分离后,由于星上姿态测量敏感器未开机或不具备工作条件而无法获悉初始入轨姿态的问题,设计了采用多敏感器相互校正的入轨姿态计算方法。建立运动学方程,结合陀螺测量角速度信息和星敏感器首次测量有效姿态,采用信赖域方法进行非线性优化求解,由后向前反向推算姿态;提出一种由模拟太阳敏感器测量对日姿态到对地姿态转化的便捷方法,由模拟太阳敏感器测量对日信息,采用本体系太阳矢量与星敏感器测量信息建立联系,达到了利用太阳敏感器测量信息校正星敏感器推算姿态的目的,最终得到的星箭分离时卫星姿态信息能够与运载方信息吻合。将入轨后卫星真实姿态与地面模型仿真结果对比,验证了模型的正确性,为后续卫星设计和飞行程序设计与改进提供了重要依据。     

基于MEKF的航天器姿态确定算法

乘性扩展卡尔曼滤波(multiplicative extended Kalman filter, MEKF)方法被广泛应用于各种航天器姿态确定任务。针对任意参考坐标系,推导了姿态四元数的线性运动学方程和三分量姿态误差矢量的动力学模型,并分别设计了有陀螺和无陀螺两种姿态确定方案。系统研究了姿态敏感器常用的矢量观测模型,四元数观测模型以及欧拉角观测模型,设计了更具有一般性的MEKF滤波器,为航天任务中快速应用MEKF姿态确定算法提供理论参考和技术支撑。