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基于MRPs估计航天器姿态的IUKF算法及改进 被引量:3
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作者 牟忠凯 隋立芬 +1 位作者 范澎湃 张清华 《测绘科学技术学报》 北大核心 2009年第4期250-253,共4页
航天器姿态确定的模型具有严重的非线性性。而采样卡尔曼滤波(UKF)通过采用一组确定性采样得到的Sigma点比扩展卡尔曼滤波(EKF)能够更准确地近似初始分布,使滤波在不准确的初始条件下更快地收敛。利用修正罗德里格参数(MRPs)表示姿态,... 航天器姿态确定的模型具有严重的非线性性。而采样卡尔曼滤波(UKF)通过采用一组确定性采样得到的Sigma点比扩展卡尔曼滤波(EKF)能够更准确地近似初始分布,使滤波在不准确的初始条件下更快地收敛。利用修正罗德里格参数(MRPs)表示姿态,用动力学方程进行角速率的传播,利用UKF的改进算法迭代采样卡尔曼滤波(IUKF)对航天器的姿态进行估计。在分析IUKF性能的基础上进一步对IUKF算法作了改进,通过仿真算例将3种方法进行了比较。结果表明:IUKF及改进IUKF算法姿态参数的滤波精度比UKF更高,同时改进IUKF算法比IUKF的滤波能更快趋于稳定。 展开更多
关键词 采样卡尔曼滤波 迭代采样卡尔曼滤波 修正罗德里格参数 航天器 姿态确定
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基于MRPs/NPUPF的地磁/加速度计测量的姿态估计新方法 被引量:2
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作者 郭庆 魏瑞轩 +1 位作者 许洁 胡明朗 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第2期336-342,共7页
针对现有基于地磁/加速度计的姿态估计算法存在状态误差协方差阵的奇异值和需要准确已知当地地磁矢量的问题,提出了一种新的姿态估计基本方法。该方法采用修正罗德里格参数(MRPs)表示系统动态,消除了采用四元数法导致的状态误差协方差... 针对现有基于地磁/加速度计的姿态估计算法存在状态误差协方差阵的奇异值和需要准确已知当地地磁矢量的问题,提出了一种新的姿态估计基本方法。该方法采用修正罗德里格参数(MRPs)表示系统动态,消除了采用四元数法导致的状态误差协方差阵的奇异值问题;根据地磁场缓变的特性,将地磁矢量作为平稳过程加入到状态变量中,使得姿态估计不再需要准确已知当地地磁矢量。针对大初始误差和有色噪声对基本方法的影响,通过引入模型误差预测(NPF)和无迹粒子滤波(UPF)方法对其进行改进,提出了基于模型预测无迹粒子滤波(NP-UPF)的地磁/加速度计的姿态估计新方法。仿真结果表明,NPUPF方法可在大初始误差和非高斯条件下实现高精度的姿态估计,提高了基于地磁/加速度计的姿态估计方法的可靠性和实用性。 展开更多
关键词 姿态估计 修正罗德里格参数 地磁 模型误差预测 无迹粒子滤波 模型预测无迹粒子滤波
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基于MRPs无陀螺卫星姿态确定的抗差估计算法 被引量:1
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作者 牟忠凯 隋立芬 曹轶之 《大地测量与地球动力学》 CSCD 北大核心 2010年第1期104-108,共5页
针对精确航天器姿态问题,采用修正罗德里格参数(MRPs)表示姿态,用动力学方程进行角速率的传播,分别基于等价协方差和观测残差统计特性的协方差调整方法,实现UKF算法的抗差效果,并通过仿真验证该方法的有效性。仿真结果表明:在含有粗差... 针对精确航天器姿态问题,采用修正罗德里格参数(MRPs)表示姿态,用动力学方程进行角速率的传播,分别基于等价协方差和观测残差统计特性的协方差调整方法,实现UKF算法的抗差效果,并通过仿真验证该方法的有效性。仿真结果表明:在含有粗差的情况下,两种抗差UKF算法均能得到稳定的状态估计值,而第二种方法计算效率更高。 展开更多
关键词 姿态确定 抗差UKF 修正罗德里格参数(mrps) 等价协方差矩阵 粗差
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基于MRPs的改进SRUKF姿态估计算法
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作者 肖文健 路平 《电光与控制》 北大核心 2013年第11期52-55,共4页
针对四元数在飞行器姿态描述时存在冗余的问题,设计了把修正罗德里格参数(MRPs)作为描述姿态的一种全姿态描述方法,将加速度计和磁强计作为观测量,提出了基于平方根无迹卡尔曼滤波器(SRUKF)的姿态估计算法,针对外界环境对加速度计和磁... 针对四元数在飞行器姿态描述时存在冗余的问题,设计了把修正罗德里格参数(MRPs)作为描述姿态的一种全姿态描述方法,将加速度计和磁强计作为观测量,提出了基于平方根无迹卡尔曼滤波器(SRUKF)的姿态估计算法,针对外界环境对加速度计和磁强计的干扰问题,将专家系统引入SRUKF算法中,根据加速度及磁场信息实时调整滤波器的量测噪声矩阵,有效地提高了算法的抗干扰性。实验结果表明,该算法成功使系统的静态精度姿态角小于0.05°,航向角小于0.1°;动态精度姿态角小于0.5°,航向角小于1°,优化效果得到了明显改善。 展开更多
关键词 修正罗德里格参数 平方根无迹卡尔曼滤波 姿态估计 专家系统
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基于有向图的航天器编队鲁棒自适应姿态协同跟踪控制 被引量:5
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作者 张海博 胡庆雷 马广富 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第8期1072-1079,共8页
针对一组有向通讯拓扑关系的编队航天器的协同控制问题,考虑航天器的模型不确定性(指惯量不确定性)以及受到的外部干扰的影响,设计了分布式自适应协同姿态跟踪控制器,使得各航天器姿态协同的同时跟踪时变的期望姿态。首先,针对由MRP参... 针对一组有向通讯拓扑关系的编队航天器的协同控制问题,考虑航天器的模型不确定性(指惯量不确定性)以及受到的外部干扰的影响,设计了分布式自适应协同姿态跟踪控制器,使得各航天器姿态协同的同时跟踪时变的期望姿态。首先,针对由MRP参数描述的航天器误差动力学方程,选取了包含相对误差项以及绝对误差项的滑模面,将模型不确定项和外界干扰项作为整体处理,基于Lyapunov稳定性理论给出了非回归项的自适应算法和分布式协同跟踪控制律的设计方法,以使得各航天器协同收敛到期望的姿态,最后通过仿真验证了该算法的有效性、可行性。 展开更多
关键词 有向图 修正罗德里格参数(mrp) 自适应控制 协同控制
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基于反步法的主从航天器相对姿态控制 被引量:8
6
作者 马广富 张海博 胡庆雷 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第6期797-802,共6页
对主从航天器的相对姿态控制问题,考虑从航天器系统不确定因素,提出了一种基于反步法的姿态控制方法,并引入自适应控制律.该方法首先根据主从航天器的相对位置信息,解算出从航天器观测轴指向主航天器以及从航天器跟踪主航天器轨道坐标... 对主从航天器的相对姿态控制问题,考虑从航天器系统不确定因素,提出了一种基于反步法的姿态控制方法,并引入自适应控制律.该方法首先根据主从航天器的相对位置信息,解算出从航天器观测轴指向主航天器以及从航天器跟踪主航天器轨道坐标系等两种任务的期望姿态;然后基于修正罗德里格参数(MRP)描述的从航天器姿态误差动力学模型设计了姿态控制器以及针对航天器惯量的不确定性设计了自适应控制律;并基于Lyapunov方法从理论上证明了该方法能够实现全局渐近稳定的相对姿态控制.最后将该方法应用于某编队飞行任务,仿真结果表明此控制器能够实现其编队飞行控制,具有良好的控制性能. 展开更多
关键词 修正罗德里格参数(mrp) 反步法 自适应 指向控制 轨道系跟踪
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基于滚动优化和微分Theta-D方法的快速绕飞航天器姿轨协同控制 被引量:6
7
作者 朱志斌 李果 +1 位作者 何英姿 魏春岭 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第2期167-174,共8页
针对近距离快速绕飞的视线保持要求和姿轨耦合特点,研究航天器姿轨协同最优控制方法。建立了六自由度相对运动耦合非线性模型,偏心推力矢量同时提供位置和姿态控制能力;考虑到近距离相对运动对动态性能的高精度要求,不同于无限时域经典T... 针对近距离快速绕飞的视线保持要求和姿轨耦合特点,研究航天器姿轨协同最优控制方法。建立了六自由度相对运动耦合非线性模型,偏心推力矢量同时提供位置和姿态控制能力;考虑到近距离相对运动对动态性能的高精度要求,不同于无限时域经典Theta-D方法,提出了一种包含终端状态约束的滚动优化有限时域最优控制快速解算方法,推导了中间过程微分Riccati方程和微分Lyapunov方程的横截条件。控制器设计充分考虑了有限脉冲小推力器和有限力矩输出装置的约束。对近距离快速绕飞的仿真结果说明了方法的有效性,所提方法在保证相对运动稳定和动态性能的前提下控制输出幅值小,具有工程实际意义。 展开更多
关键词 快速绕飞 姿轨协同控制 微分Theta-D最优控制器 修正罗德里格参数
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一种面向机动的航姿测量系统设计 被引量:4
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作者 肖文健 路平 张曦郁 《电光与控制》 北大核心 2014年第5期83-87,共5页
针对飞行器长时间飞行时,低精度陀螺、加速度计和磁强计组成的航姿系统容易受到运动加速度的影响而导致姿态精度较低,甚至发散的问题,将载体机动加速度描述为当前统计模型,将目前常用的6状态无迹卡尔曼滤波扩展为9状态,其状态变量包括3... 针对飞行器长时间飞行时,低精度陀螺、加速度计和磁强计组成的航姿系统容易受到运动加速度的影响而导致姿态精度较低,甚至发散的问题,将载体机动加速度描述为当前统计模型,将目前常用的6状态无迹卡尔曼滤波扩展为9状态,其状态变量包括3个修正罗德里格参数、三轴陀螺零偏误差和三轴载体机动加速度,量测量为三轴加速度计输出和三轴磁强计输出。实验结果表明,当飞行器长时间机动飞行时,9状态无迹卡尔曼滤波可以估计载体的机动加速度,保证姿态测量精度。 展开更多
关键词 姿态测量 机动加速度 无迹卡尔曼滤波 修正罗德里格参数 modified RODRIGUES parametER (mrp)
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基于扩张状态观测器的航天器时延状态反馈控制 被引量:2
9
作者 史小平 毕显婷 杨婧 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2016年第3期624-628,共5页
研究了刚性航天器的时延姿态稳定控制问题。首先建立了基于修正罗德里格斯参数(modified rodrigues parameters,MRPs)的航天器非线性状态模型,具有确定上界的时延项在状态反馈控制律中体现。通过构造Lyapunov-Krasovskii泛函进行稳定性... 研究了刚性航天器的时延姿态稳定控制问题。首先建立了基于修正罗德里格斯参数(modified rodrigues parameters,MRPs)的航天器非线性状态模型,具有确定上界的时延项在状态反馈控制律中体现。通过构造Lyapunov-Krasovskii泛函进行稳定性分析,由此得到保证系统渐近稳定的线性矩阵不等式,依此设计状态反馈控制系数矩阵。考虑到航天器三轴间的耦合非线性项,利用扩张状态观测器(extended state observer,ESO)方法,设计了二阶非线性扩张状态观测器,以获得航天器系统内部状态向量并用于状态反馈控制律。为便于工程实际应用,仿真中将MRPs响应输出转换为欧拉角响应,仿真结果表明,本文所设计的控制系统能保证航天器三轴姿态稳定。 展开更多
关键词 时延 LYAPUNOV-KRASOVSKII泛函 修正罗德里格斯参数 扩张状态观测器
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应用变速控制力矩陀螺的卫星姿态机动的非线性控制 被引量:3
10
作者 刘军 韩潮 《航天控制》 CSCD 北大核心 2007年第5期33-38,共6页
研究了以变速控制力矩陀螺(VSCMG)作为执行机构的卫星多目标快速机动的控制问题。首先建立了带有多个变速控制力矩陀螺的航天器姿态动力学模型,采用修正的罗德里格斯参数(MRP)描述姿态运动。在考虑执行机构饱和、机动速率限制、控制带... 研究了以变速控制力矩陀螺(VSCMG)作为执行机构的卫星多目标快速机动的控制问题。首先建立了带有多个变速控制力矩陀螺的航天器姿态动力学模型,采用修正的罗德里格斯参数(MRP)描述姿态运动。在考虑执行机构饱和、机动速率限制、控制带宽限制等情况下,设计了基于Lyapunov理论的非线性姿态反馈控制器。针对外部干扰会使控制力矩陀螺的框架角偏移其标称值的情况,采取磁补偿控制来保持框架角在一定范围变化。以采用VSCMG为执行机构的某卫星为例进行了数值仿真,仿真结果验证了提出的非线性姿态反馈控制器的有效性,采取的磁补偿控制也很好地抑制了变速控制力矩陀螺框架角的偏移。 展开更多
关键词 航天器 变速控制力矩陀螺 姿态机动 磁控 修正的罗德里格斯参数
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航天器姿轨耦合自适应同步控制 被引量:4
11
作者 铁钰嘉 杨伟 岳晓奎 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第1期32-37,共6页
航天器动力学模型的精确建立,对于成功完成空间任务来说必不可少,而单独考虑轨道或姿态的模型无法满足任务高精度要求,因此从相对轨道动力学方程和修正罗德里格斯参数(MRP)表示的姿态运动学方程出发,建立了航天器六自由度的相对耦合动... 航天器动力学模型的精确建立,对于成功完成空间任务来说必不可少,而单独考虑轨道或姿态的模型无法满足任务高精度要求,因此从相对轨道动力学方程和修正罗德里格斯参数(MRP)表示的姿态运动学方程出发,建立了航天器六自由度的相对耦合动力学方程。为了给出姿轨运动的基准,分别设计了航天器理想姿态和椭圆加指数接近轨道。针对航天器参数不确定问题设计了自适应同步控制律,并通过Lyapunov直接法证明闭环系统的全局渐近稳定性。从仿真结果可以看出,自适应同步控制算法能使轨道和姿态误差逐步趋于零。 展开更多
关键词 姿轨耦合模型 自适应同步控制 类拉格朗日方程 修正罗德里格斯参数
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基于姿态参数切换的四元数快速传递对准算法
12
作者 周卫东 吉宇人 乔相伟 《电机与控制学报》 EI CSCD 北大核心 2012年第12期72-77,共6页
针对快速传递对准过程中的大失准角情况,在建立非线性四元数误差模型的基础上,对利用姿态参数转换的四元数无迹卡尔曼滤波(QUKF)进行研究。通过四元数和修正罗德里格斯参数间的相互转换关系对四元数加权求和公式进行推导,使计算更为直... 针对快速传递对准过程中的大失准角情况,在建立非线性四元数误差模型的基础上,对利用姿态参数转换的四元数无迹卡尔曼滤波(QUKF)进行研究。通过四元数和修正罗德里格斯参数间的相互转换关系对四元数加权求和公式进行推导,使计算更为直观。针对扰动sigma点中四元数部分的规范性问题,通过先计算sigma点得到其向量部分,再利用单位化约束得到标量部分的方法进行解决,并在此基础上对含有姿态四元数的误差方差阵进行推导并给出相应公式。仿真结果表明,该算法对大失准角的估计准确度和快速性可以满足传递对准的要求。 展开更多
关键词 快速传递对准 修正罗德里格斯参数 四元数 无迹卡尔曼滤波 规范性
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Distributed attitude consensus of spacecraft formation flying 被引量:1
13
作者 Xinsheng Wang jingxin Wu Xiaoli Wang 《Journal of Systems Engineering and Electronics》 SCIE EI CSCD 2013年第2期296-302,共7页
The consensus problem of the distributed attitude synchronization in the spacecraft formation flying is considered.Firstly,the attitude dynamics of a rigid body spacecraft is described by modified Rodriguez parameters... The consensus problem of the distributed attitude synchronization in the spacecraft formation flying is considered.Firstly,the attitude dynamics of a rigid body spacecraft is described by modified Rodriguez parameters(MRPs).Then global stable distributed cooperative attitude control laws are proposed for different cases.In the first case,the control law guarantees the state consensus during the attitude synchronization.In the second case,the control law ensures both the attitudes synchronizing to a desired constant attitude and the angular velocities converging at zero.In the third case,an attitude consensus control law with bounded control input is proposed.Finally,the effectiveness and validity of the control laws are demonstrated by simulations of six rigid bodies formation flying. 展开更多
关键词 multi-spacecraft system modified rodriguez parameter(mrp attitude consensus distributed control.
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传递对准MRP-CDKF算法 被引量:4
14
作者 丁国强 崔光照 +1 位作者 周卫东 郝燕玲 《华中科技大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第1期127-132,共6页
基于主、子惯导系统传递对准受控角运动和修正Rodrigues参数(MRP)的三参数描述姿态运动最小实现特点,建立了主、子惯导系统传递对准MRP非线性误差模型.根据四元数加权均值计算方法以及MRP与四元数关系,实现MRP的间接加权均值计算;根据MR... 基于主、子惯导系统传递对准受控角运动和修正Rodrigues参数(MRP)的三参数描述姿态运动最小实现特点,建立了主、子惯导系统传递对准MRP非线性误差模型.根据四元数加权均值计算方法以及MRP与四元数关系,实现MRP的间接加权均值计算;根据MRP乘法定义实现MRP预测误差方差矩阵求解,进而建立修正Rodrigues参数-中心差分卡尔曼滤波(MRP-CDKF)算法.利用该算法对MRP非线性传递对准误差模型进行研究,结果表明:该算法的姿态失准角估计误差都能在10s之内收敛到0′附近;考虑杆臂向量与不考虑杆臂向量时的系统速度误差在±0.1m/s内. 展开更多
关键词 主惯导系统 子惯导系统 修正Rodrigues参数 传递对准 中心差分逼近原理 中心差分卡尔曼滤波算法
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刚体航天器姿态跟踪的高阶滑模控制器设计 被引量:6
15
作者 林壮 段广仁 宋申民 《控制与决策》 EI CSCD 北大核心 2009年第11期1753-1756,共4页
针对存在参数不确定性和外加干扰的刚体航天器的姿态跟踪控制问题,提出一种基于高阶滑模的姿态跟踪控制方法.首先介绍高阶滑模控制的基本原理,并建立基于修正罗德里格参数描述的航天器数学模型;然后采用李雅普诺夫第2法推导出高阶滑模... 针对存在参数不确定性和外加干扰的刚体航天器的姿态跟踪控制问题,提出一种基于高阶滑模的姿态跟踪控制方法.首先介绍高阶滑模控制的基本原理,并建立基于修正罗德里格参数描述的航天器数学模型;然后采用李雅普诺夫第2法推导出高阶滑模姿态控制律.理论分析和仿真结果均表明,该方法能够有效消除系统抖振,实现航天器姿态跟踪的精确定位,并且系统具有全局稳定性和鲁棒性. 展开更多
关键词 刚体航天器 姿态跟踪 高阶滑模控制 修正罗德里格参数
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