一种适用于星敏感器的大角速度下星跟踪算法

传统的星敏感器预报方法是利用当前四元数和陀螺输出角速度来预测下帧姿态四元数,再通过预测的四元数计算视场内恒星的理想星像坐标,最后在这些理想坐标为中心的范围内来获取实际的星像坐标。但是,由于陀螺漂移的存在,随着时间的增加,预测的理想坐标与实际坐标偏差越来越大,获取实际星像坐标扫描的区域越来越大,星敏感器的数据更新率也随之降低。为此,本文提出了一种适用于星敏感器的大角速度下星跟踪算法。首先根据连续两帧的姿态偏差计算星敏感器的角速度,利用角速度来计算星敏感器当前时刻与最近上一帧的姿态偏差。然后以该姿态偏差来预报当前时刻的星敏感器姿态输出,这样不仅提高了数据更新率,而且满足飞行器在大角速度机动时单纯采用星敏感器进行姿态测控的要求。最后,采用2010年外场试验实际观星数据对该算法进行了仿真验证。     

一种大角加速度下的星跟踪算法

在飞行器大角加速度机动情况下,星敏感器星跟踪算法预测坐标的偏差变大导致星点扫描范围变大,星点识别时间变长,数据更新率降低,为此提出了一种采用联合星敏感器和陀螺信息预测星像坐标的星跟踪算法.该方法首先由组合导航输出的上一时刻的姿态数据和一个周期内修正后的陀螺数据积分推算下一时刻的飞行器姿态,然后通过坐标转换计算出已知恒星下一时刻在星敏感器坐标系上的星图坐标.理论分析和仿真结果表明,该方法飞行器最大角加速度30(°)/s2,最大角速度30(°)/s的情况下,预测星敏感器视场内恒星的星像坐标的偏差在10个像素以内,可使星图扫描和星点匹配快速完成,提高星敏感器的工作效率.     

SINS/GPS组合导航系统选星算法

选星算法是SINS/GPS组合导航定位系统中一个重要的步骤。在最佳选星算法的基础上,提出了一种适用于基于伪距、伪距率的SINS/GPS紧耦合组合系统的选星算法。该算法通过ENU（东北天）坐标系中几何矩阵及几何精度因子的定义,利用星历给出的卫星在ENU坐标系中的高度角和方位角解算出最佳四颗导航定位卫星,即基于G矩阵的选星算法。通过与两种常规选星算法的对比,验证了本算法具有较强的工程实用性。此外又推导了基于G矩阵的伪距、伪距率的SINS/GPS组合系统量测方程。该算法避免了求解卫星的位置,从而有效减少了计算量。     

基于公共星检验的改进球面多边形搜索星图识别算法

为了实现多视场星敏感器的快速星图识别,针对球面多边形搜索星图识别算法面临单个星对角距匹配无法实现观测星与导航星一一对应造成计算量增加问题,提出了基于公共星检验的改进球面多边形搜索星图识别算法。使用三颗观测星形成的其中两个星对进行角距匹配,并基于两观测星对的公共星连接条件,实现了角距匹配中错误星对结果的剔除,以及匹配星对中观测星与导航星的一一对应,减少了算法计算量;同时,在验证匹配星对时另选三颗观测星之外的一颗观测星,间接实现了四星模式验证,提高了改进算法的识别率。仿真结果表明,改进算法的识别速度和识别率要明显高于原算法,且在星像位置误差为0.1⁰.5像素时,改进算法的平均识别时间约为原算法的1/10。     

星三角形识别中的选星策略及实现

构造观测星三角形时,若其中某星像不能与星表存储的导航星对应,则该三角形无法正确匹配。为避免该星像被用于构造其它星三角形影响识别速度,讨论了此时星三角形的选星策略问题。提出了一种同时考虑选星子集相似性与子集中星像亮度两个条件的选星策略,给出了基于相似性排序和权值渐消的实现算法,得到了相邻星三角形选星子集差别最大的结果子集序列。仿真比较了6个星像(内含4颗导航星)时,采用该序列选星与采用参考序列选星,完成正确星图识别所需的最大选择次数,结果表明两者最大相差6,平均相差1。设定不同星像个数和导航星个数时两序列相差结果,平均约为1。说明该子集序列对提高星图识别速度是有价值的。     

一种GPS最优选星及伪距定位方法

在现有GPS的选星方法和伪距导航方程的基础上,提出了一种新的GPS选星方法和直接解算导航算法。先对现有的GDOP(几何精度因子)值选星法进行了简述,然后用卫星的仰角阀值筛选得到参与选星的卫星,再用星座四面体选星法进行最优选星,并提出了一种直接定位解算算法。最后用GPS星历数据进行选星试验,试验结果表明,四面体选星法计算简单有效,与现有的GDOP值选星法结果完全一致,直接定位解算算法精度可以达到10 m级,并且快速直接,对GPS的高精度快速定位具有参考意义。     

在飞航导弹中用星敏感器修正捷联惯导陀螺漂移

星敏感器是一种高精度的姿态测量装置。研究了星敏感器和陀螺的特点,对星敏感器工作原理和修正陀螺漂移技术进行了原理分析。在不利用外界提供的姿态和位置信息的情况下,采用卡尔曼滤波的信息融合算法,建立组合导航系统的状态方程和量测方程,利用星敏感器输出的载体相对于惯性空间的姿态信息来修正捷联惯导的陀螺漂移。设计飞航导弹的典型飞行轨迹,通过数学仿真,对上述算法的有效性进行了验证,结果表明星敏感器能够有效地补偿捷联惯导由于陀螺漂移带来的误差,明显提高了导航定位精度。     

GPS中一种选星方法及实验分析

在分析已有选星方法的基础上,提出了一种可变加权的综合几何精度因子选星算法。理论分析和实验结果表明：采用该方法选星进行导航定位计算的精度和速度均优于以搜索4颗卫星组合的最小几何精度因子为计算准则的常规选星方法,且具有简单实用、工程易实现的优点,具有较强的适应性。     

星敏感器辅助的临近空间飞行器姿态匹配传递对准方法

为解决临近空间飞行器的精确、快速传递对准问题,提出了发射点惯性坐标系下基于星敏感器信息辅助的传递对准方案。根据星敏感器输出的不同形式的姿态信息,如利用TRIAD算法获得的姿态角信息或利用QUEST算法获得的姿态四元数信息,分别建立了基于平台失准角和基于加性四元数的非线性传递对准模型。针对非线性特性模型,采用UKF滤波算法进行了数学仿真。仿真结果表明,在2 s内,两种方案的姿态角误差均可以收敛到20"。仿真验证了两种算法的有效性,为临近空间飞行器的传递对准提供了参考。     

适用于SR-CT技术的新算法

SR-CT(Synchrotron Radiation Computed Tomography)技术中有多种重建算法,其典型算法有滤波反投影算法和迭代算法,这两类算法各有其特点。综合考虑重建结果的质量和重建运算的时间,本文提出了一种新的算法混合算法。通过不同算法重建图像的分析比较,结果表明混合算法包含了前两类算法的优点,而且避免了它们的缺点,是一种行之有效的算法。同时对混合算法中的一些重要参数如初始解系数、迭代步长也进行了详细讨论,并给出了这些参数对重建图像质量的影响关系。     

舰船导航用星体自动识别技术研究

导航星星库的容量、存储内容是影响星图识别时间和识别率的关键因素。引入了动态星等阈值分布函数，将传统星等阈值过滤算法中的静态阈值用动态星等阈值代替，建立了一种新的动态星等阈值过滤选择模式。实验表明，用该算法所选取的导航星数量少，分布均匀性好，具有很强的通用性。在此基础上给出了基于主星的导航三角形星图构造方法，提高了星图识别敢率；提出了一种基于证据理论星图识别方法，可以解决传统三角形算法的冗余匹配问题，提高了星图识别的准确性。     

非线性滤波及其在航天器天文导航中的应用

对天文导航系统构成、模型的建立、非线性滤波方法做了初步的仿真研究。系统的测量值由星光跟踪器和红外高度测量仪提供。星光跟踪仪提供天顶距的测量数据，红外高度测量仪提供航天器的高度数据。通过非线性滤波方法估计出系统状态，实现对航天器导航的任务。     

一种基于快速反射镜的星敏感器图像稳定系统（英文）

在机载星敏感器工作过程中,大气抖动和载体晃动将会导致星图模糊产生拖尾,影响测量精度,降低观测效率。基于快速反射镜的星敏感器图像稳定系统通过补偿图像位移保持光路的稳定性。首先利用改进的质心提取算法对星敏感器获取的星图进行开窗搜索,然后在窗口内计算星点质心坐标,以获得星点相对于图像中心的脱靶量。控制系统根据脱靶量驱动音圈电机,带动快速倾斜镜反向位移,补偿外界运动,将星点控制在图像中心,以达到稳定图像的目的。研究结果表明,当系统的校正频率为100Hz,曝光时间为8ms时,图像晃动的幅度可减小约3个像素。载体运动对成像的影响基本消除,同时大气抖动导致的图像抖动也被大大改善,系统的观测效率得以显著提升。     

一维六方准晶中星形静态裂纹和运动裂纹的解析解

利用复变函数方法研究了一维六方准晶中星形静态裂纹和运动裂纹的反平面剪切问题,得到了星形裂纹尖端处应力强度因子和动应力强度因子的解析解.当裂纹条数给定时,由此可得到直线裂纹,Griffith裂纹,共点均匀分布三裂纹,对称十字形裂纹,米字型裂纹(对称八裂纹)静力学和动力学问题的解析解.当k=4时,用数值算例讨论了声子场-相位子场耦合系数和裂纹运动速度对动应力强度因子的影响.当速度趋于0时,运动裂纹的解可以退化为静态裂纹的解.     

Studying the Complex Oscillations of a Star in the Field of a Galaxy

The oscillations of a star in the filed of a galaxy are studied. Initial energy conditions are established under which regular and complex oscillations occur. The latter are different from regular oscillations by the presence of saddle solutions in the trajectory. Unstable oscillations are due to only saddle solutions, with the trajectory tending to infinity     

时间相关噪声条件下的捷联惯导/星敏感器组合导航方法

针对星敏感器测量信息含有时间相关测量噪声和振动环境下惯性传感器带来的时间相关系统噪声问题,在不增加滤波维数的基础上,提出了一种基于改进卡尔曼滤波的捷联惯导/星敏感器组合导航方法。分析了时间相关噪声对状态估计的影响,构建了基于时间相关噪声模型下的状态方程和量测方程,详细推导了改进卡尔曼滤波方程,给出了组合导航方法。利用仿真对所提方法进行了验证,仿真结果表明,组合导航方法取得了400 m/1200 s的导航精度;在时间相关噪声条件下,与标准卡尔曼滤波相比,基于改进卡尔曼滤波的组合导航方法定位精度提高了50 m,是有效可行的。     

Performance analysis of IDEAL algorithm for three‐dimensional incompressible fluid flow and heat transfer problems

Recently, an efficient segregated algorithm for incompressible fluid flow and heat transfer problems, called inner doubly iterative efficient algorithm for linked equations (IDEAL), has been proposed by the present authors. In the algorithm there exist inner doubly iterative processes for pressure equation at each iteration level, which almost completely overcome two approximations in SIMPLE algorithm. Thus, the coupling between velocity and pressure is fully guaranteed, greatly enhancing the convergence rate and stability of solution process. However, validations have only been conducted for two‐dimensional cases. In the present paper the performance of the IDEAL algorithm for three‐dimensional incompressible fluid flow and heat transfer problems is analyzed and a systemic comparison is made between the algorithm and three other most widely used algorithms (SIMPLER, SIMPLEC and PISO). By the comparison of five application examples, it is found that the IDEAL algorithm is the most robust and the most efficient one among the four algorithms compared. For the five three‐dimensional cases studied, when each algorithm works at its own optimal under‐relaxation factor, the IDEAL algorithm can reduce the computation time by 12.9–52.7% over SIMPLER algorithm, by 45.3–73.4% over SIMPLEC algorithm and by 10.7–53.1% over PISO algorithm. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.