适于卫星自主定轨的SINS/GPS组合导航系统

SINS/GPS组合导航系统能够实现在高动态和强电干扰的环境下实时、高精度的导航定位,为卫星的自主定轨提供了一种切实可行的方法。通常的SINS/GPS组合导航算法都是在地理坐标系下建立的。针对卫星的特点,着重研究了基于地心惯性坐标系,位置、速度组合模式的SINS/GPS组合导航算法,建立了该坐标系下组合导航系统的状态方程和量测方程,并进行了相关数学仿真验证。仿真结果表明,该SINS/GPS组合导航系统能较准确地给出卫星的位置、速度信息,适于卫星的自主定轨。     

一种小卫星高精度自主定轨/定姿一体化新方法

基于传统小卫星对轨道和姿态参数确定采用分别计算的复杂模式,提出了一种利用地磁场和天文信息同时确定卫星轨道和姿态参数的新方法。首先通过分析小卫星轨道动力学J2模型和卫星姿态动力学模型,建立系统状态方程。其次将三轴磁强计与地磁场模型参考值的矢量作差,分析微分差值与状态变量的数学关系,建立定位/定姿观测方程。利用星敏感器提供的高精度姿态信息,建立定姿观测方程,同时利用星敏感器间接敏感地平观测折射恒星,建立定位观测方程。最后提出基于信息融合的先进滤波算法,并通过对多种导航模式进行数值仿真及结果分析,论证所设计一体化方法提高了系统定轨/定姿的精度和可靠性。     

基于异质星座特性的惯性/北斗紧组合滤波算法

目前我国自主建设的北斗卫星导航系统已形成覆盖亚太地区的导航能力,由于北斗系统特有的中圆轨、倾斜同步高轨和地球静止高轨的异质星座构架与GPS系统存在显著不同,常见的紧组合滤波模型并不能完全适用。针对此问题,通过对北斗不同类型轨道卫星的伪距量测噪声特性进行分析,并将该特性体现在紧组合滤波算法中,对北斗系统的三类卫星的伪距/伪距率信息分别进行状态扩展及量测,以获取更加准确的滤波模型,最后通过仿真实验进行了导航性能的分析与比对。结果表明,针对北斗异质星座特性所设计的分类量测滤波算法可将定位精度提高50%以上,对于后续围绕北斗系统的开发应用具有很强的参考价值。     

星敏感器与地平仪联合自主定轨改进算法

针对星敏感器地平仪联合自主定轨算法在工程中不易应用及工程应用中定轨精度较低等问题,提出了一种改进的自主定轨算法。第一,调整算法观测量,利用惯性坐标系下地心矢量替代星光角距值作为Kalman滤波方程的观测量,以适应卫星星敏感器标准输出;第二,在算法中加入敏感器误差处理环节,包括对敏感器的常值误差进行求取,从而实现对地心矢量测量值的修正,以及用抗野值方法对尖峰噪声误差进行处理,从而消除尖峰噪声对Kalman滤波定轨算法的影响;第三,采用无迹Kalman滤波算法将具有新的观测量与敏感器误差处理环节的改进的天文导航算法加以实现。通过某在轨中轨道卫星数据校验表明,改进后的自主定轨算法定轨精度在千米量级,可在工程中有效实施。     

基于自适应卡尔曼滤波的简化地磁定轨

地磁定轨对追求低成本、高功能密度比的微小卫星具有较重要的价值,但是目前地磁定轨尚存在计算量大、易受各类误差影响导致精度过低等不足。在分析轨道动力学方程误差量级的基础上,建立了简化的状态转移矩阵,根据地磁模型分析了地磁强度随着阶次变高,梯度显著变小的特点,提出了高阶截断的简化地磁测量方程;将复杂的磁强计测量误差近似建模成随机游走形式,用多项式对磁强计误差估计值进行实时拟合去噪,并辨识出磁强计误差的变化特征作为自适应卡尔曼滤波器的调节依据,提高了弱可观测地磁定轨的性能。数学仿真证明了简化地磁定轨模型的有效性,自适应滤波器能够更精确地实现定轨计算,定位精度约为6 km,测速精度约为4 m/s。     

基于卫星跟踪和星敏感器的地月L2点星座自主导航（英文）

近年来在地月L2点构建自主导航星座用于深空探测已经成为研究热点。针对摄动引起的未知模型误差和量测异常造成单独使用卫星跟踪定轨性能较差的问题,提出了一种基于卫星跟踪和星敏感器组合的导航方案。在方案中融合了星间跟踪的距离、多普勒频移信息以及星敏感器测量的星座卫星与月球之间的角度信息,设计了一个联邦自适应平方根容积卡尔曼滤波器,利用自适应尺度矩阵对测量协方差进行改进,提高了异常测量下的定轨精度和鲁棒性。仿真结果表明,在异常测量下所提出的导航滤波方法的位置误差和速度误差,相比传统的联邦平方根容积卡尔曼滤波分别降低了68.85%和44.17%。     

基于伪距差分的三星无源北斗/SINS组合导航系统

由于北斗卫星所处轨道远离地球,无源北斗接收机输出伪距的误差较大,影响了与惯导进行伪距组合时的滤波定位效果。考虑到无源北斗伪距误差建模复杂,且Kalman滤波要求误差模型准确,作者研究了采用单机伪距差分的方法减少滤波量测值误差,通过理论分析建立了基于伪距差分的三星无源北斗/SINS组合模型。跑车试验表明,该组合导航算法可有效提高系统的定位精度,并具有滤波参数调整简单的优点。     

基于Unscented Kalman滤波的飞行器天文/地磁自主导航算法研究(英文)

针对地磁场模型精度低而引起的导航精度不高及基于轨道动力学方程的天文导航算法的局限性问题,提出了一种利用天文/地磁信息为观测量的飞行器自主导航方法,并建立了动力学方程,同时推导了观测方程。算法采用星光矢量与地磁矢量的夹角为观测量,采用UKF滤波器估计飞行器的速度和位置,并进行了仿真研究。仿真结果表明,该算法的精度要远高于单纯的地磁导航,滤波的收敛性和稳定性较好,导航误差不随时间累积,有工程应用价值。     

北斗软件接收机中GEO卫星定位策略

GEO卫星在导航系统中发挥着基本导航、增强和转发等三大功能。针对北斗系统GEO卫星的特殊性和兼容性,对北斗GEO卫星播发的D2导航电文的特点进行了分析,利用GEO的静地特性在基带信号处理中应用数学思想提出了基于二次函数逼近的快速牵引,推导了GEO卫星位置速度的计算公式,提出了基于模糊控制的GEO伪距测量算法,提高了信号处理通道的通用性和兼容性。对相关算法和策略在基于DSP+FPGA的软件接收机中利用实际信号进行了验证,在省略精捕获时间的情况下实现了50 Hz以下的多普勒频移精度,伪距测量方法的通用性节省了50%的资源和工作量,相关算法具有良好的实用价值。     

基于BDS/INS紧组合的动对动相对导航算法

针对动对动相对定位中卫星观测质量不佳、信号易丢失导致北斗卫星导航系统定位精度不高、无法连续定位的问题,提出了一种基于BDS/INS紧组合的动对动相对导航算法。通过惯导系统与北斗卫星导航系统紧组合的方式,以捷联惯导误差作为组合系统状态量,通过多普勒信息进行伪距平滑,并利用扩展卡尔曼滤波将惯导及卫星观测信息进行融合,解算相对导航结果。通过车载实验对所提出的相对导航算法进行了验证,实验结果表明,所提出的BDS/INS紧组合动对动相对导航算法能够保持分米级相对导航精度,卫星信号短时中断时,能有效保持高精度相对导航结果输出。     

大椭圆轨道卫星天文/雷达高度计组合导航方法

为了实现大椭圆轨道卫星在整个轨道上的自主导航,提出了一种天文导航与雷达高度计测高相结合的组合导航方法。由于大椭圆轨道卫星在近地点动力学特性变化剧烈,单纯的以星光仰角为观测量的天文导航方法精度严重下降。雷达高度计能够直接获得高度测量,但是受其体积和功率的限制,测量范围仅为1000 km以下的高度。考虑到两种方法的特点,采用两种方法的组合导航方案,利用UKF滤波方法进行导航估计。当卫星进入近地点附近,其高度小于1000 km时,在天文导航中引入雷达高度计测量实现精确导航;当卫星在远地点时,则仅采用天文导航方法。仿真结果表明,所提出的组合导航方案,能够充分结合两种导航方法的特点,实现大椭圆轨道卫星自主、连续的导航信息输出,其导航精度较单纯的天文导航方法提高约68.9%。     

日地系统L_2点Halo轨道绳系卫星编队动力学

研究平动点附近周期轨道上旋转多体绳系卫星编队系统的非线性耦合动力学问题。编队系统为各卫星质量接近的轮辐状结构,位于日地系统第二平动点附近,整个系统的旋转保持系绳处于张紧状态,建立Hill限制性三体问题的绳系编队系统动力学模型。针对处于留位阶段的典型对称三星编队,在位于较大Halo轨道上无控制力作用的情况下,进行母卫星轨道运动与系绳摆动耦合运动的动力学模拟,分析轨道方向、卫星质量比、系绳长度以及初始旋转速度对编队系统整体稳定性的影响。     

旋转三角形绳系卫星编队系统动态稳定性分析

本文研究了平动点附近的旋转三角形绳系卫星编队系统的动态稳定性问题.为了便于分析,假设系绳始终保持张紧状态,且不计系绳的质量.为了建立更加符合实际的数学模型,考虑了姿态运动和轨道运动的相互影响,即姿轨耦合,并在此基础上推导出了考虑姿轨耦合的非线性动力学方程.最后用数值方法模拟了在不同的旋转速度情况下系统的动态稳定性,模拟结果表明旋转速率越大系统稳定性越好.     

陀螺进动与强迫进动轨道

陀螺进动与轨道进动现象的相似性归因于二者的动力学相似性. 通过类比二者的动力学模型,提出了一类强迫进动轨道. 若以圆轨道为初始轨道,通过施加常值法向力可以实现一种特殊的悬浮型强迫进动轨道. 采用四元数建模方法求解了这种强迫进动轨道的进动规律,给出了解析表达式,据此分析了这种轨道的性质. 分析结果表明这种强迫进动轨道与初始圆轨道在同一球面上,且与初始位置相切. 其角速度为进动角速度与初始轨道角速度的合成,是一种悬浮轨道,即属于非开普勒轨道. 悬浮轨道在地球观测、行星际科学、天文观测、无线电通讯以及地球工程等领域具有潜在应用前景. 从强迫进动的角度出发所作的分析为悬浮轨道的实现提供了一种新途径.     

Chaotic behavior in the nonlinear elastic beam

The dynamic response of the non-linear elastic simply supported beam subjected to axial forces and transverse periodic load is studied. Melnikov method is used to consider the dynamic behavior of the system whose post-buckling path is steady. The effect of the higher order terms in the controlling equation is taken into account. It is found that the fifth-order terms have a great influence on the dynamic behavior of the system. The result shows that there exist either homoclinic orbits or heteroclinic orbits in the system. In this paper, the critical values of the system entering chaotic states are given. The diagram of an example is shown. The project is supported by the National Natural Sciences Foundation of China.     

Comments on “Non-existence of Shilnikov chaos in continuous-time systems”

Comments on "Non-existence of Shilnikov chaos in continuous-time systems" are given.An error has been found in the proof of Theorem 1 in the paper by Elhadj and Sprott(Elhadj,Z.and Sprott,J.Non-existence of Shilnikov chaos in continuous-time systems.Applied Mathematics and Mechanics(English Edition),33(3),1-4(2012)).It makes the main conclusion of the paper incorrect,that is to say,the non-existence of Shilnikov chaos in the continuous-time systems considered cannot be ensured.Furthermore,a counter-example shows that Theorem 1 in the paper is incorrect.     

Chaotic belt phenomena in nonlinear elastic beam

IntroductionThechaoticphenomenainsolidmechanicsfieldsbringmoreandmoreinterest.In 1 998,F .C .Moon[1]analyzedthechaoticbehaviorsofbeamsexperimentallyfirst.Thenhestudiedthedynamicsresponseoflinearelasticbeamsubjectedtransverseperiodicload .Thechaoticmotionsoflineardampingbeamshavebeenstudiedbymanyscholarsathomeandabroadinrecentyears[2 ,3].ThedynamicbehaviorsofnonlineardampingbeamssubjectedtotransverseloadP=δP0 (f+cosωt)sin(πx/l)arestudiedinthispaper.Thecriticconditionsthatchaosoccursinthes…     

Bifurcations of double homoclinic flip orbits with resonant eigenvalues

Concerns double homoclinic loops with orbit flips and two resonant eigen- values in a four-dimensional system.We use the solution of a normal form system to construct a singular map in some neighborhood of the equilibrium,and the solution of a linear variational system to construct a regular map in some neighborhood of the double homoclinic loops,then compose them to get the important Poincarémap.A simple cal- culation gives explicitly an expression of the associated successor function.By a delicate analysis of the bifurcation equation,we obtain the condition that the original double homoclinic loops are kept,and prove the existence and the existence regions of the large 1-homoclinic orbit bifurcation surface,2-fold large 1-periodic orbit bifurcation surface, large 2-homoclinic orbit bifurcation surface and their approximate expressions.We also locate the large periodic orbits and large homoclinic orbits and their number.