摘要：针对传统方法在空间非合作目标小脉冲轨道机动检测过程中性能不佳的问题,在构建了一种基于相对角动量的新型待检特征量的基础上,提出了利用无源光学相机仅测角信息的轨道机动检测新方法。首先,在轨道坐标系下建立了基于Clohessy-Wiltshire方程的相对动力学模型和相机偏离质心安装时的相对视线角测量模型;然后,给出了相对角动量的定义并量化分析了以相对角动量作为机动检测特征标志的优越性;接着,设计了基于二次滑窗方差比值的机动检测算法框架;最后,通过数值仿真对所提算法进行了有效性验证和性能分析。仿真结果表明,该方法可以实现对近圆轨道目标的快速轨道机动检测,机动时间点检测误差在60 s以内。

摘要：针对空间非合作目标空间态势感知任务中弱可观测无源定轨状态的快速捕获问题,提出了一种基于径向基函数神经网络(RBFNN)的双星协同稀疏无源测角定轨方法。首先,在限制性三体问题的假设下建立了考虑地球非球形J2项摄动的轨道动力学模型和赤经赤纬测量模型。然后,构建了基于RBFNN的双星协同仅测角定轨框架,设计了训练数据集生成器、数据预处理方法和RBFNN结构。最后,利用地球静止轨道任务进行了数值仿真验证,并对测角频率等参数的定轨敏感性进行分析。仿真结果表明,在240 s内仅进行三次角度观测的条件下,该模型对初始相对距离估计的平均绝对百分比误差约为0.36%,目标轨道速度的估计误差在米/秒量级,可实现高精度的超短弧段稀疏无源测量定轨。

摘要：提出一种仅利用任务航天器光学成像探测设备给出的测角信息进行高轨空间物体接近行为感知的方法。首先,分析了空间物体相对任务航天器的方位变化规律,得到物体接近时在任务航天器轨道坐标系下方位角正切值随时间波动幅值逐渐增大;其次,分析了在光学成像探测设备成像过程中,逆光与探测设备灵敏度对空间物体可见性的影响,得到物体可见弧段在每个轨道周期内具有一定的相似性;进一步地,根据物体相对方位及可见性的变化规律,设计了一种空间物体接近行为感知方法,利用物体观测量的轨道周期一致性进行多段观测量关联,拟合方位角正切值随时间波动趋势,预测波动极值并统计极值变化规律,实现物体接近行为感知;最后,仿真验证了该方法具备不依赖距离信息感知高轨空间物体相对任务航天器接近行为的能力,仅利用3个轨道周期内、每周期有效弧段大于30 min的高轨空间物体指向测量信息判断物体相对任务航天器存在接近行为的准确率优于96%。结果证明:该方法通过赋能任务航天器常用光学成像探测设备高效费比地实现航天器自我防护能力有效提升,可普遍用于高轨航天器任务。

摘要：针对经纬仪在跟踪在轨目标时,由于在轨目标初轨含有较大误差,造成靶平面内目标实际位置与理论位置间存在较大脱靶量,将直接影响到在轨目标跟踪器的性能,使得跟踪精度下降甚至丢失跟踪目标。为了解决上述问题,设计了一种基于单站仅测角条件下的扩展卡尔曼滤波器。期望利用目标脱靶量对目标理论观测量进行修正,之后利用修正后的目标观测量通过扩展卡尔曼滤波器对目标角度观测量进行估计和预测。对算法进行仿真,结果表明算法可以通过较短时间的滤波状态更新使目标观测量预测值收敛到较小值,一定程度上解决了由初轨误差所引起的跟踪不准确的问题。

摘要：针对单星仅测角对目标跟踪误差较大和不良测量条件下跟踪精度下降的问题,提出利用编队卫星对非合作目标进行联合跟踪的方法。采用考虑地球非球形J2引力摄动的轨道动力学模型,建立多视线测量模型,融合编队卫星对目标的观测数据。然后,基于新息设计增益调节矩阵提高滤波器在测量故障条件下的鲁棒性。最后,建立仿真模型进行验证。仿真结果表明,相比单星跟踪,该方法的位置误差和速度误差分别减少了27.06%和26.96%。在系统存在异常量测时,相比常规滤波,该方法也具有更高的精确性和更好的鲁棒性。

摘要：针对接近异面非合作目标过程中的目标定位问题,提出了一种基于双视线协同仅测角的目标定位算法,并通过优化接近构型来提高目标定位的精度。提出了一种仅利用视线测量的双星协同定位方案,并设计了基于扩展卡尔曼滤波器的目标定位算法;通过引入正态分布交叉算子、可变变异分布指数和模拟灾变3种方式,改进了NSGA-Ⅱ算法,并将其用于接近构型的优化;数值仿真结果表明,提出的算法克服了传统算法易陷入局部收敛和收敛速度慢的问题,且经过构型优化后,目标定位的精度得到了提高。

摘要：针对具有自主接近能力的航天器开展反交会规避机动方法研究。建立仅测角相对导航模型,对完全不可观测机动进行定义,基于空间几何关系推导并证明了完全不可观测机动是不存在的。以施加规避机动后追踪器对逃逸器的测量值与未机动时的差异为优化目标,利用矢量乘积原理设计目标函数,建立优化模型并对变量约束进行分析,随后采用遗传算法对最优规避机动方向进行优化。给出的仿真算例结果表明:提出的规避机动方向计算方法能够使目标函数值达到最小,从而提升追踪器对逃逸器的状态估计难度,降低其估计精度。这为规避机动问题研究提供了一种新的视角,可为以主动接近航天器为新对象进行的规避研究提供有益借鉴。

摘要：针对GNSS(全球导航卫星系统)拒止环境下近圆轨道多航天器近距离编队自主协同相对导航问题,提出了利用测角相机偏离航天器质心安装时的杆臂效应和多航天器之间几何一致性约束来实现相对导航的方法。首先,在第二轨道坐标下分别建立了基于Hill-Clohessy-Wiltshire方程的多航天器编队相对轨道演化模型、测角相机偏离质心安装情况下的相对视线角测量模型;然后,引入多航天器之间几何约束建立了相对轨道状态的一致性约束模型,并基于该约束模型设计了一致性扩展卡尔曼滤波估计算法;接着,对所建立的相对导航模型进行了相对轨道状态的可观测性分析,得到了使相对轨道可观测的相机偏置安装条件;最后,通过数值仿真实验对所提算法进行了校验,并与一致性无约束条件下的估计算法进行了对比分析。仿真结果表明,本文所提算法的相对位置误差能够快速收敛,在5 m传感器偏置和10-3 rad量级测角误差条件下,多航天器相对定位误差在10 m以内。

摘要：针对高轨卫星近场态势感知(near-field situation awareness,NSA)问题,提出了基于多视线(line-of-sight,LOS)融合的多星协同NSA方案,研究了考虑相对状态估计精度、光照约束等因素的NSA队形设计方法。首先,基于系统状态方程、测量方程,以及扩展卡尔曼滤波算法,构建了多LOS融合的NSA模型;然后,通过理论分析获得了LOS夹角越趋近90°,目标位置估计误差越小的NSA队形设计准则;进一步考虑光照、有界性相对运动等约束条件,提出了NSA队形优化策略,并利用罚函数法对由NSA队形优化问题转换得到的非线性规划问题进行求解。数值仿真验证了所提出的多LOS融合NSA模型、队形设计准则和NSA队形优化策略的有效性。

摘要：在空间目标跟踪问题中,目标机动导致的模型不匹配问题会导致滤波算法出现滞后现象。为了对空间机动目标进行快速跟踪,在平方根容积卡尔曼滤波(Square-root Cubature Kalman Filter,SCKF)的基础上,引入强跟踪滤波(StrongTracking Filter,STF)的思想,推导得到了次优渐消因子在SCKF中的等价描述。并通过建立以矩匹配方法为基础的自适应机制,设计了兼顾滤波精确性和鲁棒性的自适应强跟踪平方根容积卡尔曼滤波(Adaptive Strong Tracking Square-root Cubature Kalman Filter,AST-SCKF)算法。仿真结果表明,在目标机动前,AST-SCKF算法和SCKF算法的位置收敛精度相差不足1%;在目标机动后,AST-SCKF算法的位置和速度的收敛精度相对SCKF算法分别提高了95.19%和30.50%,同时,其收敛速度相对SCKF算法分别提高了57.20%和24.68%。