冗余捷联惯组故障重构策略研究

针对因漏警率和参数不确定性所引起的多传感器融合精度损失进行数学建模并开展研究。首先对高低精度两传感器融合模型给出分析,进而对三正交一斜置配置给出斜表是否参与融合的精度影响分析。分析表明在考虑漏警率等因素的前提下,所有惯性表均参与估计有精度损失风险。基于所构建的模型给出冗余捷联惯组的重构策略,在策略的指导下提出双三正交架构,并与正十二面体配置进行对比。对比结果表明双三正交在无故障和一度故障下性能和正十二面体配置相当,考虑不确定性,双三正交架构有一定优势。     

基于ESO的运载火箭姿控喷管故障辨识设计及实现

针对基于喷管开关控制的运载火箭姿控系统故障,提出了一种基于控制效果的喷管故障辨识方法。在对特定喷管配置和轴对称运载火箭模型研究基础上,利用扩张状态观测器实时估计箭体所受的总力矩,进而根据估计结果进行故障判别和极性纠正。仿真结果表明,以ESO为观测器的故障辨识设计方法可有效判别出姿控喷管的极性故障,并能够通过策略设计进行极性纠正,具有较强的工程应用价值。     

基于平衡流形展开模型的涡扇发动机传感器容错控制

基于某型涡扇发动机平衡流形展开模型设计了一种传感器容错控制方案。首先,利用非线性系统平衡流形建模理论建立某型涡扇发动机性能仿真模型。然后,利用该模型在线估计传感器输出,并根据解析冗余方法,重构故障传感器的输出。最后,针对传感器常见典型故障进行了故障容错控制过程仿真。仿真结果表明,所研究的方法能及时、有效的检测到故障传感器,并实现容错控制,表明该方案的可行性。     

基于在线调姿的航天器舱段自动对接系统设计

为解决中小型航天器舱段结构尺寸多样造成的自动化对接效率低、精度差等问题,提出了一种基于在线调姿的自动对接系统。该系统采用多自由度、可适应性调姿托架设计及多传感器数字化在线测量技术,通过调姿运动学分析,优化了航天器舱段对接流程,有效提高了航天器舱段对接的精度和效率。搭建了一台航天器舱段装配原理样机,并进行舱段自动对接试验,结果表明：该系统能够实现舱段部件的快速、精准调姿和对接。     

载人运载火箭惯性器件冗余管理中的精度控制技术

运载火箭控制系统通过惯性器件冗余信息进行故障检测以提高系统可靠性,还可对惯组冗余信息采用信息融合技术以提高火箭入轨精度。以中国现役载人运载火箭控制系统双七表捷联惯组冗余设计为例,研究惯性器件冗余管理中的精度控制技术,提出了基于惯性冗余信息故障诊断和信息融合的精度控制技术,并以其他火箭实际飞行故障案例进行仿真分析。仿真结果表明,提出的惯性器件冗余管理中的精度控制技术能有效判别故障信息,提高火箭入轨精度。     

支持控制参数在线优化的气动参数实时辨识方法

为了实现飞行控制参数的在线更新以及飞行器故障的在线检测,提出了一种支持控制参数在线优化的气动参数实时辨识方法,通过对噪声方差的在线估计,判断参数是否发生突变,进而通过修改协方差矩阵,保证递推最小二乘法的收敛速度和辨识精度,实现在线高精度辨识。最后,基于某飞行器对该方法进行了仿真验证,并与传统辨识方法进行对比,说明了该方法对时变参数有较强的辨识能力,验证了该方法的有效性。     

运载器姿态控制重构研究

运载器发动机推力下降故障模式较为常见,对于典型的非致命故障采取姿态重构控制技术往往可以挽救一发飞行任务。随着计算机软件与硬件技术水平的提升,控制重构技术具有重大的意义。在此,开展了运载器故障动力学建模研究,提出了运载器重构控制技术方案。介绍了一种姿态重构控制技术研究成果,包括控制律设计与控制重分配方法,并针对所提出的姿态重构方法开展了仿真验证,结果表明姿态重构技术在发动机推力故障下仍可保证运载器良好的姿控性能与稳定能力。最后展望了智能控制技术发展前景。     

观测噪声方差变化条件下系统状态估计方法

针对观测噪声方差时变情况下,非线性系统状态估计精度不高的问题,提出了一种改进的容积卡尔曼滤波方法。该方法首先采用变分贝叶斯滤波对系统的状态和观测噪声进行在线实时估计,保证了最新观测信息对参量的修正作用;接着,将估计的结果引入到传统容积卡尔曼滤波框架内实现非线性系统状态的迭代估计。仿真结果表明,该方法较好地改善了噪声统计特性时变情况下的估计精度,有效扩展了容积卡尔曼滤波在非线性系统状态估计方法中的应用范围。     

一种提高导引头角速度跟踪性能的方法

通过以线估计色噪声参数,对测量噪声去相关,是提高卡尔曼滤波精度的重要方法。本文针对导引头角速度输出具有慢变化和噪声一般符合ＡＲ（２）模型的特点,提出了一种在线估计色噪声参数方法,仿真结果表明,这种方法几乎具有完全的去相关能力大大提高了角速度跟踪性能。     

基于二次相关的时延估计方法研究

以空间任意多元传感器阵列为模型,以被动定位算法为基础,针对传统时延估计方法中的互相关算法存在着估计精度不高的问题,提出了一种基于二次相关的时延估计方法。该方法首先对信号作自相关提高信噪比,再将自相关函数和互相关函数作相关处理得到时延值。理论和实验结果都表明:相对于传统的互相关时延估计方法,二次相关法可以明显的抑制噪声对信号时延估计的影响,提高时延估计的精度。     

基于新息自适应滤波的惯性测量单元误差在线标定方法研究

考虑到空天飞行器飞行环境和运动特性下导航传感器误差的噪声统计特性不可能完全精确已知,若使用常规卡尔曼滤波进行在线标定,将会导致滤波精度下降甚至发散。设计一种基于新息自适应滤波方法的惯性测量单元(IMU)误差在线标定方案和算法,克服常规卡尔曼滤波需预先知道噪声统计特性的不足,设计包含IMU安装误差、刻度因子误差和随机常值误差在内的27维高阶状态变量的误差标定模型,分析提出可同时对系统噪声和量测噪声协方差矩阵进行动态调整的新息自适应滤波在线标定算法。仿真验证实验表明,相较于采用常规卡尔曼滤波以及Salychev O自适应滤波算法进行在线标定,所设计的新息自适应滤波在线标定方法能更有效实现对IMU误差的动态标定及补偿,进一步提高了惯性导航系统精度。实物验证实验表明,该方法可有效标定IMU误差残差,提高导航精度,为工程应用带来较大便利。     

基于噪声特性动态估计的定高引信Kalman滤波

为提高激光近炸引信的测高值精度,提出了一种噪声特性动态估计的Kalman滤波方法,以滤除引信测高值中统计特性随地表特征而变的噪声。分析了测高值差分序列与测量噪声序列的统计关系,推导出了利用测高值计算测量噪声方差的无偏估计量;采用非参数假设检验的方法识别测量噪声类型,进而动态估计测量噪声的方差。以反辐射导弹定高起爆为背景,进行了仿真计算,结果表明该方法能够很好的解决测量噪声统计特性动态变化的Kalman滤波问题。     

弹载相控阵雷达视线重构研究

针对弹载相控阵惯性视线重构问题,提出了基于相对运动状态估计的视线角/角速率重构方法,与传统方法相比,文中提出的方法在稳定坐标系下建立导弹-目标运动状态动力学模型和雷达导引头观测模型,无需对导引头测量的角信息使用微分网络,避免了测量噪声的放大。在分析系统可观测性的基础上,采用UKF滤波算法进行状态估计,根据估计值重构视线角速率。仿真结果表明,该方法对机动目标的重构角误差<0.5°,角速率误差<3°/s。     

地磁导航中地磁传感器双噪声联合估计补偿方法

针对飞行载体姿态变换产生的涡流磁场和地磁观测系统不稳定产生的双噪声(系统噪声、观测噪声)影响补偿精度的问题,提出了含涡流磁场的一体化模型和地磁传感器双噪声联合估计补偿方法。该方法所含信息量全面,能够较好滤除涡流磁场和双噪声对结果产生的不利影响。仿真和实验结果表明,采用基于一体化模型的双噪声联合估计补偿方法有效抑制了涡流磁场带来的波动干扰,同时使得补偿精度提高一个数量级,有着较高的稳定度和补偿精度,具有一定的工程应用价值。     

有色噪声条件下的角速度跟踪滤波方法

为提高跟踪精度,对于一类符合二阶AR模型色噪声条件下的角速度跟踪滤波问题的关键是如何在线估计色噪声系数。AR模型噪声系数估计模型能有效地实现在线估计,从而为提高角速度跟踪精度提供了良好的方法。     

一种高速旋转弹弹体磁场干扰的在线修正方法

滚转角的准确测量是受控高速旋转弹进行精确制导与控制的前提。然而,基于磁传感器的弹载地磁测姿方法因受到弹体磁场的干扰,会影响磁传感器测量的准确性。针对该问题,提出一种弹体磁场干扰在线修正方法,根据高速旋转弹飞行过程中可能受到的磁场干扰,建立磁场误差模型,通过旋转弹飞行规律约束,对磁传感器测量得到的磁场值进行实时修正补偿。通过半物理仿真试验验证,该方法可以有效降低测量误差,提高弹体滚转角估计精度。通过三轴飞行转台测量对该方法进行了验证,地磁测姿滚转角精度可以提高6倍。该方法仅需三轴磁传感器即可完成修正,步骤简单,修正时间极短,实时性好,精度高。     

基于气动参数辨识的飞控系统传感器故障估计

气动参数的不确定性使得飞行器表现出明显的模型时变特点,此类系统的故障诊断问题是一个难点。以无人机纵向运动为研究对象,提出一种基于气动参数辨识和迭代学习的传感器故障估计方案。将增广容积卡尔曼滤波（ACKF）算法用于气动参数估计,实现飞机模型的在线辨识。故障一旦发生,将辨识得到的气动参数用于局部包络建模,并利用迭代学习算法构造传感器故障估计器。此外,为提高故障的迭代收敛速度,提出一种基于扩张状态观测器(ESO)思想的迭代学习算法。故障仿真实验表明了所提方法的可行性和有效性。     

基于观测器的传感器故障重构方法及其应用

针对一类不确定非线性系统,并考虑含有未知输入扰动,提出了一种传感器故障重构方案。首先引入一个新的状态变量将传感器故障等效为执行器故障;然后利用滑模变结构中的等值控制方法设计了状态观测器,消除了未知输入扰动对系统的影响;再采用自适应方法实现了对故障的重构。最后将本文提出的方法在火炮伺服系统中应用,表明了该方法的有效。     

基于惯性/地磁的弹体组合测姿方法

针对单一传感器测姿精度有限和容错性不佳的问题,提出了基于惯性/地磁传感器的弹体姿态组合测量方法。该方法使用矢量因子联邦滤波算法对测量数据进行融合,并针对系统中存在的模型误差和噪声不严格符合高斯分布的问题,使用了改进的强跟踪无迹卡尔曼滤波算法作为联邦滤波的子滤波器。仿真结果表明,本文方法可以获得比任何单一传感器都高的估计精度,并比传统联邦滤波算法的融合精度更高。     

高速旋转弹捷联磁传感器在线校准方法

针对高速旋转弹用磁传感器的误差校准参数在发射前后发生变化,造成磁测姿态误差较大的问题,文中提出了基于递推最小二乘估计的磁传感误差参数的在线校准方法。滤波器选取磁传感器的误差模型为系统的动态方程,磁传感器输出作为量测信息,采用递推最小二乘估计完成误差参数估计。以152 mm炮射榴弹为仿真对象,对所设计的滤波器进行仿真验证,结果表明该方法能有效的提高磁测姿态系统的测量精度。