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深空探测巡航段自主光学导航方案研究 被引量:3
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作者 刘宇飞 崔平远 《系统仿真学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第7期1781-1785,共5页
星际巡航段导航方案设计是深空探测任务中的重要组成部分。针对巡航段的特点,研究了一种基于多颗小行星光学信息的自主光学导航方案。它包括导航星的确定,导航系统的建立,导航算法的研究。此方案给出了统一的导航小行星选取准则,导航星... 星际巡航段导航方案设计是深空探测任务中的重要组成部分。针对巡航段的特点,研究了一种基于多颗小行星光学信息的自主光学导航方案。它包括导航星的确定,导航系统的建立,导航算法的研究。此方案给出了统一的导航小行星选取准则,导航星个数的判别方法,以及基于UD分解的递推加权最小二乘滤波导航算法。通过可观测性分析确保了导航算法的可行性,利用数学仿真验证了导航方案设计的合理性。此方案的导航系统精度优于深空1任务,位置估计误差小于100km,速度估计误差小于0.3m/s。 展开更多
关键词 深空探测 导航方案 自主光学导航 巡航段 加权最小二乘
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面向自主运行的深空探测航天器体系结构设计及自主任务规划方法 被引量:9
2
作者 冯小恩 李玉庆 +3 位作者 杨晨 何熊文 徐勇 朱立颖 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第12期2035-2041,共7页
传统的航天器运行管控方式严重依赖地面指控、人力成本耗费大且对任务响应时间长,难以满足深空探测远距离通信时延突出的任务特点,航天器的智能化水平亟待进一步提高.本文通过对航天器自主运行问题进行系统地分析,提出一种基于多智能体... 传统的航天器运行管控方式严重依赖地面指控、人力成本耗费大且对任务响应时间长,难以满足深空探测远距离通信时延突出的任务特点,航天器的智能化水平亟待进一步提高.本文通过对航天器自主运行问题进行系统地分析,提出一种基于多智能体的航天器自主运行的体系结构,面向自主系统结构、运行流程等进行了设计.重点针对小行星探测任务,提出了一种包含平台和载荷任务管理的两阶段航天器自主任务规划算法设计方案,能够实现平载一体的航天器自主任务管理,根据高级任务目标输出完整的指令序列.并通过自主任务规划仿真,对相关算法和模型的正确性和可行性进行了可视化验证和分析,为航天器自主运行技术研究提供了一种有益的思路和方法. 展开更多
关键词 深空探测 航天器自主运行 智能规划与调度 体系结构设计 小行星探测
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基于视线矢量的深空自主导航算法研究 被引量:7
3
作者 朱圣英 常晓华 +1 位作者 崔祜涛 崔平远 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2011年第4期534-540,共7页
针对深空探测器在行星际飞行的轨道确定问题,研究了一种基于视线矢量的自主导航算法.结合深空探测任务的特点,以太阳视线矢量和地球视线矢量作为导航系统的观测量,在详细分析太阳敏感器测量原理的基础上,给出了太阳视线矢量的观测模型... 针对深空探测器在行星际飞行的轨道确定问题,研究了一种基于视线矢量的自主导航算法.结合深空探测任务的特点,以太阳视线矢量和地球视线矢量作为导航系统的观测量,在详细分析太阳敏感器测量原理的基础上,给出了太阳视线矢量的观测模型及其观测误差表达式.通过分析导航相机观测原理,给出像元像线观测模型,并推导了地球视线矢量的观测误差.根据惯性空间内视线矢量间的几何关系,详细推导了探测器的位置矢量及其误差表达式,结合非线性扩展卡尔曼滤波建立自主导航算法.利用深度撞击任务的实际飞行数据对本文提出的深空自主导航算法进行了仿真验证. 展开更多
关键词 视线矢量 自主导航 太阳敏感器 导航相机
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基于太阳观测的深空巡航段自主导航方法研究 被引量:8
4
作者 常晓华 崔平远 崔祜涛 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第4期1017-1023,共7页
针对基于小行星观测的自主光学导航在深空巡航段应用中存在的问题,提出了两种基于太阳观测的自主导航方法。以太阳视线矢量为基本观测量,分别利用分光计和星载导航相机测量探测器相对于太阳的径向速度和导航天体相对于探测器的视线矢量... 针对基于小行星观测的自主光学导航在深空巡航段应用中存在的问题,提出了两种基于太阳观测的自主导航方法。以太阳视线矢量为基本观测量,分别利用分光计和星载导航相机测量探测器相对于太阳的径向速度和导航天体相对于探测器的视线矢量,进而构建了基于太阳信息和视线信息的两种观测方案。对两种观测方案的原理和观测方程进行了详细分析和推导,并采用扩展卡尔曼滤波算法实时估计探测器轨道。最后,以深度撞击任务的实际飞行数据对本文提出的两种自主导航方法进行仿真验证。结果表明,两种自主导航方法的轨道估计精度满足深空巡航段的要求。 展开更多
关键词 太阳观测 视线矢量 径向速度 自主导航
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基于可观测性分析的深空自主导航方法研究 被引量:28
5
作者 崔平远 常晓华 崔祜涛 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第10期2115-2124,共10页
基于可观测性分析,研究了不同观测模型下的深空自主导航算法。从非线性系统的可观测性分析出发,利用微分几何理论求解出系统的可观测矩阵,并给出了系统的可观测度定义和状态变量的可观测度分析方法;将其应用于深空自主导航系统,分析了... 基于可观测性分析,研究了不同观测模型下的深空自主导航算法。从非线性系统的可观测性分析出发,利用微分几何理论求解出系统的可观测矩阵,并给出了系统的可观测度定义和状态变量的可观测度分析方法;将其应用于深空自主导航系统,分析了不同观测模型下导航系统以及轨道参数的可观测度,并将其作为观测模型的选取准则;根据可观测性分析结果,结合非线性扩展卡尔曼滤波,建立了不同观测模型对应的自主导航算法。最后,以深度撞击任务的实际飞行数据对文中的自主导航算法进行数值仿真,验证了导航系统可观测度与系统状态估计精度之间的关系,结果表明本文提出的可观测性分析方法是可行的。 展开更多
关键词 可观测性 非线性系统 深空探测 自主导航
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深空导航系统状态描述形式的选取问题研究 被引量:4
6
作者 刘宇飞 崔平远 崔祜涛 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第1期115-120,共6页
深空导航系统的状态描述采用轨道六根数还是位置速度是一个重要问题。首先根据两种描述下的非线性特性和空间结构特性,研究了导航算法中涉及的状态方程、观测方程和导航系统适用的非线性Kalman滤波器。然后引入非线性强度理论,分析了两... 深空导航系统的状态描述采用轨道六根数还是位置速度是一个重要问题。首先根据两种描述下的非线性特性和空间结构特性,研究了导航算法中涉及的状态方程、观测方程和导航系统适用的非线性Kalman滤波器。然后引入非线性强度理论,分析了两种描述形式对导航系统可观测性的影响,解释了描述形式不同时可观测性不一致现象。最后以深空巡航段导航为例对上述理论进行了仿真验证,结果显示基于适当的滤波器,采用轨道根数描述状态时的导航系统具有较高的导航精度和计算效率。因此深空导航特别是巡航段导航应优先使用轨道根数描述状态,但是在判断系统可观测性时要首先判断非线性强度问题。 展开更多
关键词 深空自主导航 状态描述形式 KALMAN滤波 非线性强度 可观测性
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基于HLA的深空探测系统仿真平台 被引量:4
7
作者 宋其江 王日新 徐敏强 《系统仿真学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第4期905-909,共5页
为了仿真验证深空探测中的自主技术,采用基于HLA(High Level Architecture)的分布式仿真技术以及三维视景仿真技术,设计了分布式可视化深空探测系统仿真平台;实现了通用的联邦成员主体软件框架,该软件框架可嵌入不同的仿真实体模块,提... 为了仿真验证深空探测中的自主技术,采用基于HLA(High Level Architecture)的分布式仿真技术以及三维视景仿真技术,设计了分布式可视化深空探测系统仿真平台;实现了通用的联邦成员主体软件框架,该软件框架可嵌入不同的仿真实体模块,提高了项目开发的效率。以月球探测器软着陆仿真为例,验证了此仿真平台的可行性。该仿真平台也为进一步验证深空探测的自主技术奠定了基础。 展开更多
关键词 HLA 分布式仿真 仿真平台 软件框架
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基于改进预测制导的深空撞击探测末制导律 被引量:2
8
作者 周卫文 崔平远 崔祜涛 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2009年第2期116-120,共5页
考虑到机动时机的选取和最终撞击的精度,针对小天体高速撞击任务的特点,设计了一种改进的末段预测制导律。该制导律引入点位误差椭圆来描述导航精度,并基于撞击器与目标的矢量计算出零控脱靶量,以此作为确定机动时机的指标来驱动预测制... 考虑到机动时机的选取和最终撞击的精度,针对小天体高速撞击任务的特点,设计了一种改进的末段预测制导律。该制导律引入点位误差椭圆来描述导航精度,并基于撞击器与目标的矢量计算出零控脱靶量,以此作为确定机动时机的指标来驱动预测制导律的执行与误差的校正。通过蒙特卡洛仿真分析表明:使用该制导律的GNC系统在节省燃料的同时,可以提高最终的撞击精度。 展开更多
关键词 预测制导律 动能撞击 误差椭圆 机动时机
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三轴稳定深空探测器的自主姿态制导
9
作者 仲维国 崔祜涛 崔平远 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第2期286-290,共5页
针对深空探测器定向任务、定向手段和姿态约束的多样性,需要为探测器制订多种三轴姿态定向方案;同时深空环境对姿态敏感器选用造成了限制,使得从控制回路外部引入参考姿态指令成为必然。对此提出姿态制导的概念,给出了参考的姿态参数的... 针对深空探测器定向任务、定向手段和姿态约束的多样性,需要为探测器制订多种三轴姿态定向方案;同时深空环境对姿态敏感器选用造成了限制,使得从控制回路外部引入参考姿态指令成为必然。对此提出姿态制导的概念,给出了参考的姿态参数的星上实时计算方法,该算法利用自主导航信息,从矢量代数和矢量运动学的途径给出了定向任务所需的参考姿态和参考姿态角速率。制导方法经过了小天体探测多任务模式姿态控制数学仿真与演示的验证,能满足多种定向方案对姿态控制指令提出的算法通用、实时计算、便于星上自主实施的要求。 展开更多
关键词 姿态制导 自主姿态控制 深空探测
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光照自适应的空间目标姿态深度学习估计方法
10
作者 宋卓 张泽旭 +2 位作者 张凡 韦常柱 黄烨飞 《宇航学报》 CSCD 北大核心 2024年第12期1987-1996,共10页
针对低光照条件下空间目标姿态识别精度不足的问题,提出了一种基于深度学习的光照自适应空间目标姿态估计方法。在光照自适应姿态识别一体化深度学习网络框架下,首先利用轻量化的卷积神经网络模块进行图像增强,实现对原始图像的光照自... 针对低光照条件下空间目标姿态识别精度不足的问题,提出了一种基于深度学习的光照自适应空间目标姿态估计方法。在光照自适应姿态识别一体化深度学习网络框架下,首先利用轻量化的卷积神经网络模块进行图像增强,实现对原始图像的光照自适应融合;随后建立多尺度特征提取网络,对融合图像完成特征提取并通过位置回归网络预测目标包络角点二维位置;最后,基于RANSAC-EPNP算法准确估计空间目标在低光照条件下的姿态。为验证所提方法的有效性,利用Unity软件建立了一个低光照条件的在轨目标姿态数据集进行测试。仿真结果表明,提出的方法不仅有效改善了低亮度和弱纹理目标图像的质量,而且在低光照条件下显著提高了空间目标姿态估计的精度。 展开更多
关键词 深度学习 低光照条件 空间目标 姿态估计
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面向深空探测任务的实数遗传编码多星任务规划算法 被引量:2
11
作者 贺东雷 冯小恩 +3 位作者 雷明佳 江飞龙 董诗音 李玉庆 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第12期2055-2064,共10页
针对面向深空探测任务的多星任务规划问题,综合考虑卫星对目标时间窗口、卫星姿态机动以及工作能耗等约束条件,建立了面向深空探测任务的多星任务规划问题模型,针对常规01编码在进行大规模卫星任务规划时,存在的编码长度过长等问题,提... 针对面向深空探测任务的多星任务规划问题,综合考虑卫星对目标时间窗口、卫星姿态机动以及工作能耗等约束条件,建立了面向深空探测任务的多星任务规划问题模型,针对常规01编码在进行大规模卫星任务规划时,存在的编码长度过长等问题,提出了一种基于实数编码方式的遗传算法,以求解面向深空探测的多星任务规划问题.该算法采用了一种以目标为染色体的实数编码方式,相比传统的以时间窗口为染色体的01编码方式,缩短了染色体长度,可有效提高算法的求解效率.通过仿真算例分析,验证了基于实数编码的遗传算法对求解多星任务规划问题的正确性、合理性和有效性,并将其与基于传统01编码方式的遗传算法进行对比分析,其结果表明基于实数编码方式的遗传算法在寻优能力和计算速度上具有明显优势,这为求解面向深空探测任务的多星任务规划问题提供了一种新的思路和方法. 展开更多
关键词 深空探测 卫星任务规划 遗传算法 实数编码
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基于模糊SDG模型的航天器故障诊断方法研究 被引量:5
12
作者 宋其江 徐敏强 王日新 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第6期2073-2077,共5页
基于符号有向图(SDG)的故障诊断具有良好的完备性、易于解释性,但是其不足为分辨率差,因此,提出了基于模糊SDG模型和模糊推理相结合的半定量故障诊断方法。将节点变量变为模糊变量使节点承载了更多的定量信息,节点间的定性关系通过模糊... 基于符号有向图(SDG)的故障诊断具有良好的完备性、易于解释性,但是其不足为分辨率差,因此,提出了基于模糊SDG模型和模糊推理相结合的半定量故障诊断方法。将节点变量变为模糊变量使节点承载了更多的定量信息,节点间的定性关系通过模糊关系矩阵来表达,通过模糊推理判断相容支路找出故障源候选集合,通过部件故障概率和传播故障权重对候选故障源进行故障可能性的排序。最后应用该方法建立了某卫星一次电源系统的诊断模型,并进行了故障诊断仿真,结果表明该方法有效地提高了诊断的分辨率,适用于航天器在轨故障诊断。 展开更多
关键词 故障诊断 符号有向图 模糊推理 模糊相容支路 一次电源系统
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基于路标信息的绕飞小天体探测器自主光学导航方法研究 被引量:4
13
作者 朱圣英 崔祜涛 崔平远 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第9期2052-2058,共7页
小天体表面存在大量的弹坑地形特征,具有较高的可见性与可分辨性,本文对以这类地形为导航路标的小天体绕飞自主光学导航方法进行了研究.针对轨道动力学模型的不确知与强非线性问题,提出了一种利用高斯-马尔科夫过程和Unscented卡尔曼滤... 小天体表面存在大量的弹坑地形特征,具有较高的可见性与可分辨性,本文对以这类地形为导航路标的小天体绕飞自主光学导航方法进行了研究.针对轨道动力学模型的不确知与强非线性问题,提出了一种利用高斯-马尔科夫过程和Unscented卡尔曼滤波的导航滤波算法,以提高轨道确定精度和保证算法的稳定性.考虑导航路标位置几何分布对轨道确定精度的影响,利用观测矩阵的奇异值、条件数对导航系统可观测度进行分析,给出了导航路标选取的基本准则.最后,通过数学仿真对自主导航系统性能进行分析,验证了自主导航方法的有效性. 展开更多
关键词 自主导航 绕飞小天体 导航路标 高斯-马尔科夫过程 几何分布 可观测度分析
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深空着陆器随机优化制导律设计 被引量:4
14
作者 高艾 崔平远 崔祜涛 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第9期1884-1889,共6页
针对导航估计误差对制导精度的不利影响,提出了一种随机优化制导设计方法。该方法将导航估计性能作为优化项引入制导设计过程中,通过对观测轨迹的优化设计,使视觉导航估计精度得到提高,进而改善了制导性能;同时,引入单步超前优化方法减... 针对导航估计误差对制导精度的不利影响,提出了一种随机优化制导设计方法。该方法将导航估计性能作为优化项引入制导设计过程中,通过对观测轨迹的优化设计,使视觉导航估计精度得到提高,进而改善了制导性能;同时,引入单步超前优化方法减少迭代运算量。将其应用于深空探测着陆任务,仿真结果表明与传统估计最优制导方法相比,该随机优化制导律有效降低了估计误差给制导系统带来的不利影响,使着陆器导航与制导系统整体性能得到改善提高。 展开更多
关键词 深空探测 软着陆 导航与制导系统 最优估计 随机优化算法 单步超前方法
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绕飞过程中小天体三维模型重构及探测器运动估计研究 被引量:7
15
作者 崔平远 邵巍 崔祜涛 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第5期1381-1389,共9页
提出了一种利用绕飞段拍摄序列图像对小天体三维模型进行重构,同时估计探测器位置姿态的方法。利用PCA-SIFT算法对探测器绕飞小天体过程中拍摄的序列图像进行特征点提取及匹配,得到稳定的特征点序列。在窄视场拍摄条件下,通过弱透视投... 提出了一种利用绕飞段拍摄序列图像对小天体三维模型进行重构,同时估计探测器位置姿态的方法。利用PCA-SIFT算法对探测器绕飞小天体过程中拍摄的序列图像进行特征点提取及匹配,得到稳定的特征点序列。在窄视场拍摄条件下,通过弱透视投影变换简化成像模型,并利用SVD因式分解算法重构了小天体的三维模型,同时估计出探测器的位置和姿态。通过实际拍摄的图像以及人工数据分析了距离远近、特征点个数、图像帧数以及视场角等因素对三维重构精度以及探测器位姿估计的影响。仿真结果表明该算法可以有效的用于小天体模型重构以及探测器的运动估计。 展开更多
关键词 小天体三维重构 探测器运动估计 绕飞小天体
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基于LMI的分散式深空飞行器编队控制 被引量:3
16
作者 李鹏 崔平远 崔祜涛 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第3期446-450,共5页
针对深空探测任务中飞行器编队的控制问题,提出了一种基于线性矩阵不等式(LMI)的分散式控制方案.该方案考虑了深空编队与传统的近地编队之间的差异,把该方案转化为一类LMI问题;对比传统的基于"黎卡提方程-线性二次调节器"(Ric... 针对深空探测任务中飞行器编队的控制问题,提出了一种基于线性矩阵不等式(LMI)的分散式控制方案.该方案考虑了深空编队与传统的近地编队之间的差异,把该方案转化为一类LMI问题;对比传统的基于"黎卡提方程-线性二次调节器"(Riccati-LQR)的编队方法,本方法更精确地实现了控制目标,并减轻了通讯压力,降低了燃耗.对该方案的仿真实例,展示出在燃耗最小及编队质心位置不变的条件下,队形机动的实现过程;并对结果作出了分析. 展开更多
关键词 深空探测 飞行器 编队飞行 线性矩阵不等式 控制策略
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一种深空自主导航系统可观测性分析方法 被引量:5
17
作者 常晓华 崔平远 崔祜涛 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第11期1681-1685,共5页
针对非线性系统的可观测性,本文结合微分几何相关理论通过李导数求解系统的可观测矩阵,利用条件数给出了一种衡量系统可观测度的分析方法;将其应用于基于太阳视线矢量的深空自主导航系统的可观测性分析,研究了不同轨道参数对系统可观测... 针对非线性系统的可观测性,本文结合微分几何相关理论通过李导数求解系统的可观测矩阵,利用条件数给出了一种衡量系统可观测度的分析方法;将其应用于基于太阳视线矢量的深空自主导航系统的可观测性分析,研究了不同轨道参数对系统可观测性能的影响;为进一步验证导航系统可观测度与状态估计精度之间的关系,结合非线性扩展卡尔曼滤波建立导航算法,对不同可观测度条件下的自主导航系统分别进行仿真分析.从仿真结果可以看出,本文提出的可观测性分析方法是可行的。 展开更多
关键词 非线性系统 可观测性 自主导航
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深空着陆器对偶控制策略 被引量:3
18
作者 高艾 崔平远 崔祜涛 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第11期75-80,共6页
以深空着陆任务为背景,针对视觉导航过程中由于有限观测能力引起的估计性能不佳问题,研究了一种深空着陆器对偶控制策略.该策略将导航估计不确定性引入系统状态,给出包含与估计方差相关的二次型性能指标评价方法,利用着陆状态可观测性... 以深空着陆任务为背景,针对视觉导航过程中由于有限观测能力引起的估计性能不佳问题,研究了一种深空着陆器对偶控制策略.该策略将导航估计不确定性引入系统状态,给出包含与估计方差相关的二次型性能指标评价方法,利用着陆状态可观测性与着陆轨迹之间的耦合特性,合理优化观测轨迹,克服着陆过程中可观测性缺乏问题,大幅度提高系统的导航估计性能,使深空着陆器导航制导控制整体性能得到保障. 展开更多
关键词 深空探测软着陆 自主GNC技术 非线性耦合 对偶控制
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基于解析梯度的近地小天体探测机会搜索问题研究 被引量:2
19
作者 任远 崔平远 栾恩杰 《天文学报》 CSCD 北大核心 2008年第1期45-54,共10页
研究近地小天体的探测机会搜索问题.针对交会型探测任务,通过结合变分理论和状态转移矩阵推导了性能指标关于可调参数的解析偏导数,然后在搜索空间中随机生成初始点,并从这些初始点出发利用解析偏导数寻优,从而得到搜索空间内对应潜在... 研究近地小天体的探测机会搜索问题.针对交会型探测任务,通过结合变分理论和状态转移矩阵推导了性能指标关于可调参数的解析偏导数,然后在搜索空间中随机生成初始点,并从这些初始点出发利用解析偏导数寻优,从而得到搜索空间内对应潜在发射机会的全部局部极小值点.此方法既在一定程度上保持了传统搜索方法全局搜索的特点,又克服了传统搜索方法的盲目性,因此计算速度获得很大提高.此外该方法可以对探测机会的搜索精度进行有效地控制. 展开更多
关键词 小行星 普通 方法 数值
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太阳矢量在行星际探测器姿态估计中的应用研究 被引量:2
20
作者 常晓华 崔平远 崔祜涛 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第3期758-763,共6页
在基于矢量观测的行星际探测器姿态确定中,参考矢量的几何关系是影响姿态估计精度的一个重要因素。针对这一问题,本文提出了一种利用太阳矢量来提高探测器姿态估计精度的最优算法。该方法在引入太阳矢量的基础上,将星敏感器测得的姿态... 在基于矢量观测的行星际探测器姿态确定中,参考矢量的几何关系是影响姿态估计精度的一个重要因素。针对这一问题,本文提出了一种利用太阳矢量来提高探测器姿态估计精度的最优算法。该方法在引入太阳矢量的基础上,将星敏感器测得的姿态四元数转化为两个互相垂直的参考矢量,并根据敏感器的测量精度计算相应的规范化权值系数;结合姿态四元数估计算法,给出最小二乘意义下的探测器最优姿态估计。最后,以深度撞击任务的实际飞行数据对本文所提算法进行验证。仿真结果表明,引入太阳矢量后的三轴姿态角估计误差小于150μrad,完全满足深度撞击任务的要求。 展开更多
关键词 太阳矢量 姿态估计 行星际探测器
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