利用信息融合进行月球卫星自主导航

研究了绕月卫星自主导航方法,提出了由星敏感器、紫外月球敏感器和测高仪组成的多源信息组合导航方案。将Unscented Kalman滤波(UKF)应用于非线性导航系统,采用信息融合技术设计了相关的联邦滤波算法,实现了系统的信息互补,完成了卫星轨道的最优估计。利用数学仿真对这种导航系统的有效性进行了验证,并与基于扩展Kal man滤波(EKF)的信息融合算法进行了比较。仿真结果表明,所提出的UKF融合算法具有良好的稳定性,可进一步提高导航系统的精度。     

基于星敏感器的遥感卫星姿态确定仿真系统实现

为了在地面实验中研究基于星敏感器的遥感卫星姿态自主确定相关技术,本文在基于星敏感器的遥感卫星姿态确定半物理仿真系统工作原理的基础上,对整个系统的总体及各模块进行了详细的设计,最后建立了该半物理仿真系统,为多种目的服务。整个系统的建立能够为基于星敏感器的遥感卫星姿态确定技术新方法、新思路和新方案的研究提供参考。     

AEKF在星敏感器低频误差补偿中的应用

高分辨率对地观测卫星需要精确的姿态信息来满足后续对地定位等工作,因此姿态确定精度十分重要。星敏感器的低频误差是影响卫星姿态确定精度的重要因素之一,主要是由空间周期性的热环境变化引起的。为进一步提高卫星姿态确定精度,对星敏感器的低频误差产生机理即星敏感器主光轴做周期性扰动进行了分析,设计了星敏感器低频误差补偿方案,建立了考虑星敏感器低频误差在内的组合定姿模型,利用拓维卡尔曼滤波(AEKF)对低频误差进行补偿,并引入RTS平滑滤波进一步提高姿态确定精度。仿真实验表明,设计的星敏感器低频误差补偿方案能有效对其进行补偿,提高卫星姿态确定精度。     

北斗系统卫星可见性和精度因子分析

北斗卫星导航系统是我国自主建设、独立运行的卫星导航定位系统,建成后将为全球用户提供高精度、高可靠的卫星定位、测速和授时服务。采用卫星工具包软件对北斗卫星导航系统在单点和全球范围内的可见卫星数和精度衰减因子值进行仿真分析。结果表明:北斗卫星导航系统在全球范围内的可见性和精度衰减因子值基本上达到预定的要求,特别是在亚太地区性能更优越。     

月球软着陆自主组合导航研究

针对惯性测量单元(IMU)存在误差积累的特点,提出了利用探测器上的光学敏感器,通过对预先选定的特征点的测量得出探测器的相对位置,根据这些光学导航信息再结合惯性导航输出轨迹,通过多模自适应滤波完成对IMU导航的修正。对整个导航系统的可观性进行了分析,并通过数值仿真验证了所提出的自主导航方法的可行性。     

星敏感器/GNSS定姿系统的联合非线性预测滤波算法

提出一种联合式非线性预测滤波算法,解决该系统在姿态动力学模型误差非高斯分布条件下的多敏感器信息融合问题。从算法结构和估计准则两个方面证明非线性预测滤波(NPF)与Kalman滤波的等效性,分析联合式NPF的算法流程,讨论模型误差方差矩阵的计算方法,给出加权系数矩阵的设计准则;介绍星敏感器和全球卫星导航系统(GNSS)的定姿原理,推导星敏感器/GNSS组合姿态确定系统的联合式NPF滤波模型,分析系统的算法实现流程;进行数值仿真试验,结果表明联合式NPF算法融合NPF与联邦滤波的优良品质,可有效解决姿态动力学模型误差非高斯分布条件下无陀螺姿态确定系统的多敏感器信息融合问题。     

UKF在基于地磁场的自主导航中的应用

本文研究了基于地磁场的自王导航,建立了以卫星轨道动力学方程为基础的系统状态方程,并详细推导了以地磁场矢量为观测量时的观测方程;为了解决系统的非线性问题把常用来解决非线性问题的UKF引入到基于地磁场的自主导航系统中;最后,用Matlab对基于地磁场的自主导航系统进行了仿真,仿真结果表明UKF有很好的收敛性和稳定性.     

月面探测器天文导航研究

月面探测器的动态定位是其完成动态定位的基础,针对月球导航的特殊性要求设计了天文导航系统,考察了它的可行性。首先根据月球车的运动模型建立了系统的状态方程;其次利用太阳敏感器测量的太阳高度角和方位角为观测值建立了天文导航系统,并采用卡尔曼滤波实现了导航信息的最优估计;最后利用计算机编程仿真模拟了月球车一段约10 min的运行轨迹,分析了仿真结果。     

基于STK软件的北斗导航卫星轨道模拟

北斗卫星导航系统应用日趋广泛,文中以北斗卫星导航系统为主要研究对象,利用STK模拟完整的北斗卫星导航系统空间星座,实现基于STK的北斗系统的星座仿真、卫星轨道仿真,同时完成卫星的可见性分析与卫星覆盖分析,实现北斗卫星导航系统的仿真应用。目前,北斗卫星导航系统正处于建设阶段,文中结论对北斗卫星导航系统的建设与应用有一定的参考意义。     

一种适用于卫星导航系统星间链路的可抢占时隙TDMA体制

针对传统TDMA体制数据传输时延较大的缺点,提出了一种适用于卫星导航系统星间链路的可抢占时隙的TDMA体制,并抽象出了该TDMA体制下的时隙编排优化目标,结合卫星导航系统星座的星间可视性,以顶点着色为理论基础提出了一种优化的时隙编排算法。仿真结果表明,与GPS星间链路的TDMA体制相比,所提出的TDMA体制可达到相同的卫星自主定轨精度以及系统用户等效观测误差(URE)性能,同时大幅提高了系统通信性能。     

基于多传感器观测信息抗差估计的自适应融合导航

首先利用抗差估计原理构造了基于观测信息的融合导航解，再利用动力学模型信息进行自适应融合，最后利用模拟算例进行多种方案的计算与比较。     

一种能适应月相变化的月球图像中心提取算法

月球是夜间最亮的天体,测月导航可在云雾天气下有效弥补传统天文导航在夜间只能观测恒星的不足,扩大天文导航的可用范围。为实现测月导航,提出了一种能适应不同月相变化的月球敏感器图像月球中心提取算法。利用Sobel-Zernike矩算子对图像进行边缘检测,利用基于圆形性检测的搜索算法筛选月球边缘点并以此提取月球中心。经半物理仿真实验解算,该算法能够针对不同月相图像有效提取月球中心,中心提取的内符合平均精度为0.16像素,外符合平均精度为2.86″。由于在月球上观测地球也有"地相"变化,该算法同样适用于月球车地球敏感器图像中心提取。     

面向工程应用的导航算法性能测试系统研究

针对当前大量优秀导航算法停留在理论仿真研究阶段,无法用极小的代价完成实际工程验证的不足,提出了一种面向工程应用的导航算法性能测试系统实现方案,通过对用户可任意配置时钟、多导航传感器数据接收与同步支持、全球导航卫星系统(GNSS)和捷联式惯性导航系统(SINS)软件模块设计,实现了全开放软硬件平台的低成本、多功能导航算法性能测试系统。实际测试与论证表明:该系统既可用于新的GNSS、SINS算法性能测试,也可满足多种不同组合模式下的数据融合算法验证需求,具有重要的理论指导意义和工程应用价值。     

因子图发展及其在定位与导航的应用技术

因子图作为一种表示因式分解的建模工具,在编码领域、统计学、信号处理和人工智能领域有着广泛的应用．因子图在导航领域的应用研究逐步发展起来．与单一导航系统对比,组合导航系统能够提供更精确、更具鲁棒性的导航结果,但是因其各个子系统的误差特性与工作频率不同的特点,增加了导航系统的设计复杂性．基于因子图的组合导航算法可以有效解决导航信息融合中的传感器异步问题且实现对多传感器的灵活配置,使得系统具有即插即用的特性,在非线性量测条件下可以获得较好效果.导航系统中的状态估计以及信息融合问题可以使用因子图模型表示,基于因子图的和 积算法是组合导航信息融合的主要算法.本文对因子图及其在导航系统中的应用进行了探讨,主要包括:1)因子图的数学理论基础及其相关应用领域;2)因子图在定位与导航领域的发展和应用.      

多传感器融合导航方法的比较

多源传感器融合导航有多种算法，但不同算法之间存在理论和计算方面的差异。本文试图从理论上探讨联邦滤波融合法、动静态滤波融合法、基于观测信息的融合法以及基于各传感器几何导航解融合法的基本原理，分析各种方法的优劣，为多传感器融合导航的应用打下基础。     

珞珈一号低轨卫星导航增强系统信号质量评估

低轨卫星导航信号增强能够弥补现有中高轨导航卫星信号收敛慢、信号弱的不足,在下一代导航定位技术中占有重要地位。武汉大学研制的珞珈一号科学实验卫星搭载了导航增强载荷,能够在轨自动计算轨道和钟差,并自主生成和播发双频测距信号,首次实现了低轨卫星平台的导航信号增强。就珞珈一号卫星导航增强信号的质量,包括信号载噪比、伪距和载波相位测量精度以及单星授时精度进行了评估,结果显示,珞珈一号卫星高仰角的伪距和载波相位测量精度分别优于1.5 m和1.7 mm,能够满足导航信号增强的需求。珞珈一号卫星单星授时的精度在10~30 ns量级,证明了珞珈一号卫星星地测距链路的正确性和有效性。     

Performance of GPS and GPS/SINS navigation in the CE-5T1 skip re-entry mission

A CE-5T1 spacecraft completed a high-speed skip re-entry to the earth after a circumlunar flight on October 31, 2014. In addition to the strapdown inertial navigation system (SINS), a lightweight GPS receiver with rapid acquisition was developed as a navigation sensor in the re-entry capsule. The GPS receiver effectively solved the poor accuracy problem of long-term navigation using only the SINS. In contrast to ground users and low-earth-orbit spacecraft, numerous factors, including high altitude and kinetic characteristics in high-speed skip re-entry, are important for GPS positioning feasibility and were presented in accordance with the flight data. GPS solutions started at nearly 4900 km orbital altitude during the phases of re-entry process. These solutions were combined by an inertial measurement unit in a loosely coupled integrated navigation method and SINS navigation initialization. A simplified GPS/SINS navigation filter for limited resources was effectively developed and implemented on board for spacecraft application. Flight data estimation analyses, including trajectory, attitude, position distribution of GPS satellite, and navigation accuracy, were presented. The estimated accuracy of position was better than 42 m, and the accuracy of velocity was better than 0.1 m/s.     

多源传感器动、静态滤波融合导航

首先给出联邦滤波各局部输出量之间的相关协方差矩阵，进而给出了基于各传感器独立观测信息的动、静态滤波解法，这种解法避免了重复使用载体状态方程信息的问题，保证了多传感器数据融合的最优性，而且很容易扩展到抗差滤波和自适应滤波融合。     

室内环境下立体视觉惯导融合定位

针对室内服务机器人在居家环境下导航定位问题，本文研究了紧耦合非线性优化的立体视觉惯性融合导航方法。本文采用预积分、边缘化、滑动窗口优化等关键技术，提出了一种稳健的视觉惯性导航系统初始化方法。运用于室内家庭服务机器人中，设计并实现了对应的视觉惯性融合导航系统。在搭建的模拟居家环境下，验证了本文系统的初始化方法能够提供稳健、准确的系统初值；最后通过试验验证了本文定位系统的准确性与稳定性，定位误差可控制在0.1 m以内。