摘要：为了降低自主导航的成本以顺应当前卫星向微小型化发展的趋势,对小型化、廉价和中等精度的自主导航系统进行了研究。提出了一种在含有测量噪声情况下的基于三轴磁强计的姿态控制方法,推导出含噪声的基于四元数的姿态动力学和运动学方程,并基于这些方程设计卫星姿态的控制方法。通过理论分析和仿真试验,证明了此方法的可行性。

摘要：针对飞行器姿态估计以及三轴磁强计在线校正问题,提出了一种实时滚动时域估计算法.首先,为了解决在卡尔曼滤波框架下系统约束不能显式求解的问题,设计了滚动时域估计滤波算法.该算法将飞行器姿态估计问题转化为优化问题,显式求解四元数归一化性质,缩小搜索空间的同时提高了搜索效率和精度.其次,滤波时域窗内应用高斯-牛顿迭代法求解最优状态估计值,满足了实时性要求.最后,在没有增加系统状态维数的情况下,在线求解了三轴磁强计校正参数,保证了磁强计量测值以矢量形式输入系统.仿真结果表明,由于合理地利用了历史信息,该方法精度较高,且对初始误差、系统误差均不敏感,具有一定鲁棒性.

摘要：提出一种基于函数链接型神经网络(FLANN)的三轴磁强计误差修正方法。由于三轴非正交、灵敏度不一致及零点漂移所引起的误差降低了三轴磁强计的测量精度,因此有必要进行校正。本文先对与三轴磁强计系统参数有关的测量进行详细分析和理论计算;然后,设计矩阵形式的数学模型对该误差进行修正。通过构造相应的FLANN网络结构,实现对模型参数矩阵的辨识。用实际地磁场测量数据进行测试,结果表明,三轴磁强计的转向误差由800 nT修正到12 nT以下。因此,该研究为提高三轴磁强计性能提供了一种可行方法。

摘要：为了减小地磁导航的估计误差协方差,提高导航的可靠性和准确性,将重力作为一种新的量测信息引入到地磁导航系统中,提出了基于三轴磁强计与重力测量的融合导航算法.该算法以飞行器的位置与速度向量作为状态向量,建立状态方程;以飞行器所在位置的地磁场强度矢量与重力场强度矢量作为观测向量,建立观测方程;设计了一种联邦滤波器,用于融合三轴磁强计与重力测量仪表提供的量测信息.由于量测方程与状态方法都是非线性的,因此采用无迹卡尔曼滤波器(UKF)作为子滤波器可获得较高精度.仿真结果表明:该方法得到的位置估计误差小于30m,速度误差小于5m/s.与单一地磁导航、重力导航方法相比,该组合导航方法显示出更好的收敛性与可靠性.

摘要：地磁场矢量可描述成卫星的位置函数,利用三轴磁强计观测地磁场矢量或模,可实现近地卫星在任何运行状态下的自主导航,但是由于地球磁场模型存在不确定性和长期变化性,三轴磁强计存在安装误差和未知比例因子等误差因素,所以目前单一使用三轴磁强计进行自主导航精度有限。提出一种利用地磁场信息在轨修正地磁场模型高斯系数和标定三轴磁强计模型误差的新方法,通过将三轴磁强计与地磁场模型参考值的矢量和模分别作差,推导两种差值与地磁场模型高斯系数和三轴磁强计模型误差参数的数学关系,设计先进滤波算法得到高斯系数及误差参数的最优估计,实时修正地磁场模型和三轴磁强计模型。以某低轨卫星利用地磁场进行自主导航为例,利用数值仿真验证在轨修正后地磁场模型和标定后三轴磁强计模型,并对3种自主导航方法进行仿真结果的分析和比较,论证所设计方法既提高系统导航精度、收敛性和稳定性,又有利于工程实际应用。

摘要：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。

摘要：运行在低轨道上的三轴对地稳定小卫星在安全保持模式下的姿态确定要求测量部件的可靠性高,功耗低。本文选用三轴磁强计作为测量部件,给出在安全保持模式下的增广型Kalman滤波器(EKF)的设计。仿真结果表明在安全保持模式下,对卫星姿态能够进行很好的估计或校正。

摘要：针对煤矿井下深孔钻进轨迹难以精准控制的问题,提出以定向钻进技术为理论基础,以三轴加速度计与三轴磁强计结合的传感结构为测量方式,在此基础上利用MEMS微硅加速度计和MEMS磁阻式磁强计进行系统设计,构成随钻测量系统,实现全空间姿态的高精度测量。并通过煤矿井下3个对穿孔的工业性试验对测量系统的工作性能进行了验证,试验结果表明,该系统所采集到的数据能够准确反映钻孔的真实轨迹,为煤矿井下深孔钻进轨迹控制提供了有力的装备保障。