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面向微小卫星绕飞任务的平滑估计器与多脉冲制导算法

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宇航学报 2017年第8期38卷 822-829页

作者：郭久玖孟子阳北京跟踪与通信技术研究所北京100094 清华大学精密仪器系北京100084

首先针对传统主动绕飞算法中存在的相角跳变问题,提出一种新型的平滑估计器,解决了经典扩展卡尔曼滤波(EKF)算法应用于主动绕飞过程中存在的估计值抖动和反转问题。接下来,针对传统多脉冲算法不考虑轨道精度和燃料消耗的问题,提出一种... 详细信息

首先针对传统主动绕飞算法中存在的相角跳变问题,提出一种新型的平滑估计器,解决了经典扩展卡尔曼滤波(EKF)算法应用于主动绕飞过程中存在的估计值抖动和反转问题。接下来,针对传统多脉冲算法不考虑轨道精度和燃料消耗的问题,提出一种改进的导航点规划的最省燃料多脉冲主动绕飞算法。该算法将燃料最省的路径规划问题转化为导航点及相关参数的规划问题,并结合二次规划计算得出满足给定绕飞精度的绕飞路径。最后,将所提出的算法应用于20 kg级的微小卫星空间交互任务当中。仿真结果表明,对于经典的圆形轨迹绕飞应用,本文所给出的算法能够避免相角跳变现象的出现。同时,相比于传统的多脉冲算法最多可以降低42.2%的燃料消耗。

关键词：主动绕飞相角补偿燃料最省导航点

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有限时间的多领航者一致性算法

清华大学学报（自然科学版） 2011年第11期51卷 1635-1639页

作者：孟子阳张弛李冠华尤政清华大学精密仪器与机械学系精密测试技术及仪器国家重点实验室北京100084 上海交通大学自动化系系统控制与信息处理教育部重点实验室上海200240

针对网络控制系统中的多目标协同控制问题,研究了一种有限时间的多领航者一致性算法。首先以线性的双积分器为研究模型,通过使用恰当的分布式滑模面,设计了一种有限时间控制器。在Lyapunov分析的基础上,证明了该算法能够控制多个跟随者... 详细信息

针对网络控制系统中的多目标协同控制问题,研究了一种有限时间的多领航者一致性算法。首先以线性的双积分器为研究模型,通过使用恰当的分布式滑模面,设计了一种有限时间控制器。在Lyapunov分析的基础上,证明了该算法能够控制多个跟随者收敛于多个领航者构成的状态凸包内。将该算法用于动力学模型为非线性的移动机器人的协同控制问题当中。数值仿真表明:该算法能够用于解决多静态目标和多动态目标的移动机器人协同控制问题,并且具有良好的干扰抑制能力和快速的收敛速度。

关键词：自动化系统理论有限时间多领航者一致性算法移动机器人

多模式分布式遥感微纳航天器集群自然编队构型

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清华大学学报（自然科学版） 2018年第5期58卷 482-488页

作者：方元坤孟子阳尤政清华大学精密仪器系精密测试技术及仪器国家重点实验室

分布式遥感技术是目前空间探测技术发展的重要方向,其核心是研究由多个微纳航天器组成的分布式遥感集群的系统特性,并根据不同的应用模式进行编队的维持与重构。由于微纳航天器所携带的燃料有限,如何在自然编队的条件下保持系统在较长... 详细信息

分布式遥感技术是目前空间探测技术发展的重要方向,其核心是研究由多个微纳航天器组成的分布式遥感集群的系统特性,并根据不同的应用模式进行编队的维持与重构。由于微纳航天器所携带的燃料有限,如何在自然编队的条件下保持系统在较长时间内的构形稳定是基于分布式微纳航天器的遥感技术亟待解决的重要问题。该文针对多模式分布式遥感任务想定和燃料最省、求解高效等目标,研究了异构集群自然编队构型设计。提出了一种参数直接求解的方法,可以在平面内绕飞模式、领航模式等典型模式下直接获取编队中各伴飞航天器的轨道参数。STK仿真结果表明：该方法精度较高,编队构型稳定,可以满足应急遥感任务要求。

关键词：分布式遥感微纳航天器编队自然编队

一种基于线性伪量测方程的无陀螺姿态确定方法

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宇航学报 2008年第4期29卷 1290-1296页

作者：范春石张高飞孟子阳赵剑尤政清华大学精密仪器与机械学系北京100084 清华大学精密测试技术及仪器国家重点实验室北京100084

基于一种新型的四元数伪量测模型,给出了一种无陀螺卫星姿态确定算法。该滤波算法不需要对量测方程作线性化近似,能够有效提高大姿态角情况下的姿态确定性能。并通过引入强跟踪性,使算法获得了更高的收敛性。仿真结果表明,算法能够有效... 详细信息

基于一种新型的四元数伪量测模型,给出了一种无陀螺卫星姿态确定算法。该滤波算法不需要对量测方程作线性化近似,能够有效提高大姿态角情况下的姿态确定性能。并通过引入强跟踪性,使算法获得了更高的收敛性。仿真结果表明,算法能够有效的提高无陀螺卫星在初始消旋、三轴稳定等工况下的姿态估计收敛速度,并能够实现高速旋转工况下的姿态跟踪。该算法具有简明的线性结构,计算负担符合实时要求,结构简单,对硬件配置要求不高,尤其适用于低成本的微小卫星。

关键词：姿态确定四元数滤波器 QKF 姿态角速度强跟踪滤波器

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卫星姿态确定的分布式非线性滤波方法

清华大学学报（自然科学版） 2010年第2期50卷 224-228页

作者：范春石张高飞孙剑孟子阳尤政清华大学精密仪器与机械学系精密测试技术及仪器国家重点实验室北京100084

针对轻型星敏感器、微机电系统(MEMS)陀螺、太阳敏感器和磁强计构成的轻型化卫星姿态确定系统,设计了一种分布式非线性融合滤波结构,提出一种快速采样点姿态估计算法,仅需4个采样点,即可实现完整的姿态及陀螺漂移估计,精度不低于常规采... 详细信息

针对轻型星敏感器、微机电系统(MEMS)陀螺、太阳敏感器和磁强计构成的轻型化卫星姿态确定系统,设计了一种分布式非线性融合滤波结构,提出一种快速采样点姿态估计算法,仅需4个采样点,即可实现完整的姿态及陀螺漂移估计,精度不低于常规采样点滤波,而运算量显著降低,与扩展Kalman滤波(EKF)算法相当。综合考虑器件特点,采用方差插值,融合子滤波器的相关信息,实现异类传感器的优势互补,从而获得高精度、高实时性、持续稳健的姿态及速率估计。仿真结果验证了算法的有效性。

关键词：姿态确定分布武滤波采样点Kalman滤波非线性方差插值

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采用观测器的偏置动量小卫星姿态容错控制

宇航学报 2018年第12期39卷 1348-1356页

作者：袁斌文尤政孟子阳杨登清华大学精密仪器系北京100084 中国卫星海上测控部江阴214431

针对偏置动量小卫星的自主飞行问题,提出一种基于不确定项观测器的滑模容错控制方法。应用欧拉-拉格朗日系统的干扰观测方法设计不确定项观测器,对动量轮输出力矩变小、磁力矩器线圈电阻漂移等执行器故障以及小卫星外部环境力矩等不确... 详细信息

针对偏置动量小卫星的自主飞行问题,提出一种基于不确定项观测器的滑模容错控制方法。应用欧拉-拉格朗日系统的干扰观测方法设计不确定项观测器,对动量轮输出力矩变小、磁力矩器线圈电阻漂移等执行器故障以及小卫星外部环境力矩等不确定项进行估计,理论推导证明该观测器的观测误差一致最终有界(UUB)。基于不确定项观测器的估计值,设计补偿控制项,并与滑模控制器的控制力矩合成实现姿态容错控制。从理论上证明该容错控制方法能够使小卫星姿态快速收敛至滑模面。该容错方法无需做小角度假设,对执行器运行状态信息依赖性低。仿真结果表明,本文建议的容错控制方法具备可行性,实现了对小卫星姿控系统中不确定项的观测估计和容错控制。

关键词：偏置动量容错控制终端滑模不确定项观测

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卫星姿态控制系统故障预测方法综述

宇航学报 2023年第6期44卷 829-840页

作者：曲直张高飞孟子阳许瑞钦清华大学精密仪器系北京100084 北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院北京100192

结合目前卫星姿态控制系统(ACS)故障预测技术的迫切需求,回顾了故障预测技术研究进展,归纳梳理了知识驱动方法和数据驱动方法的特点,总结并指出了卫星姿态控制系统故障预测技术面临的技术难点。在此基础上,重点阐述了知识和数据联合驱... 详细信息

结合目前卫星姿态控制系统(ACS)故障预测技术的迫切需求,回顾了故障预测技术研究进展,归纳梳理了知识驱动方法和数据驱动方法的特点,总结并指出了卫星姿态控制系统故障预测技术面临的技术难点。在此基础上,重点阐述了知识和数据联合驱动方法在当前和未来的关键问题与解决途径,从知识和数据并行模式、引导模式、反馈模式三个分支给出了相应关键技术后续发展的方向与思路。

关键词：卫星控制姿态控制系统故障预测技术知识与数据联合驱动方法并行、引导和反馈模式

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基于语义分割的城市航拍图像匹配定位方法

华中科技大学学报（自然科学版） 2022年第11期50卷 79-84页

作者：郝运孟子阳艾嘉文吴元清清华大学精密仪器系北京100084 广东工业大学自动化学院广东广州510006

针对无人机如何在无全球导航卫星系统(GNSS)或弱GNSS环境下确定自身的位置,以使无人机完成各项既定任务的问题,提出一种在城市环境中以无人机上搭载的俯视相机和高度计作为传感器,通过航拍图像和已知参考卫星图像进行配准以获得无人机... 详细信息

针对无人机如何在无全球导航卫星系统(GNSS)或弱GNSS环境下确定自身的位置,以使无人机完成各项既定任务的问题,提出一种在城市环境中以无人机上搭载的俯视相机和高度计作为传感器,通过航拍图像和已知参考卫星图像进行配准以获得无人机绝对位置的方法.在配准之前,使用卷积神经网络对两幅待配准图像进行语义分割,提取两幅图像中的建筑物信息.与传统点特征匹配方法容易失败不同,利用两幅图像的建筑物排列信息配准,可以克服两幅图像可能存在的部分差异,如季节等因素的变化.本方法无须已知无人机的精确初始位置,可利用初始化算法在大面积范围内确定无人机的初始位置.在视觉里程计(VO)运行过程中利用最近点迭代(ICP)点云配准算法以消除漂移.最后,利用在谷歌地球中模拟的数据集,验证了本方法的有效性.

关键词：语义分割图像匹配视觉里程计最近点迭代算法无人机

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一种星间相对状态估计方法

宇航学报 2018年第12期39卷 1364-1371页

作者：方元坤孟子阳尤政张高飞清华大学精密仪器系北京100084 西昌卫星发射中心四川615621

编队自主导航是实现分布式遥感系统星间协同观测的基础。为实现分布式遥感系统星间相对状态的精确确定,提出一种基于MEMS激光雷达与纳型星罗盘的星间相对状态估计方法。借助相对姿态、轨道运动学方程建立了星间相对状态的无迹卡尔曼滤波... 详细信息

编队自主导航是实现分布式遥感系统星间协同观测的基础。为实现分布式遥感系统星间相对状态的精确确定,提出一种基于MEMS激光雷达与纳型星罗盘的星间相对状态估计方法。借助相对姿态、轨道运动学方程建立了星间相对状态的无迹卡尔曼滤波(UKF)算法,解决了MEMS激光雷达测量与参考航天器姿态耦合的问题,并利用预定入轨参数及高精度轨道外推(HPOP)对方法进行仿真校验。结果表明,该方法具有可行性和实用性,估计精度满足分布式遥感任务需求,能够较好解决中远距离星间相对状态估计问题。

关键词：分布式遥感 MEMS激光雷达无迹卡尔曼滤波(UKF)