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《西北工业大学》 2002年
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信息融合估计理论及其在航天器控制中的应用研究

王志胜  
【摘要】: 现代卫星是建立在现代航天高科技基础上的,为确保卫星飞行任务的可靠性,进一步提高卫星姿轨控系统的可靠性和精度,需要加快卫星姿轨控系统多传感器信息融合技术的应用研究。本论文就多传感器系统信息融合估计理论及其在航天器控制中的应用进行了深入研究,所作的主要研究工作有以下六个方面: 1.建立起信息融合估计理论的基本框架。提出信息融合估计的统一线性融合模型,使测量信息、先验信息、预测信息以及状态估计信息等均可用统一融合模型进行描述,为建立信息融合估计的理论框架奠定了基础。提出信息量的概念,指出信息量越大的数据,精度越高。提出信息最优线性融合原理,即信息最优线性融合满足两条加法原理:(1) 最优融合估计的信息量等于全部被提供信息的信息量之和;(2) 最优融合估计与其信息量的积等于全部被提供信息分别与其信息量的积之和。根据信息最优线性融合原理,得出“利用的信息越多,最优融合估计的信息量越大、精度越高”的结论,该结论对多传感器系统精度设计具有重要的指导意义。提出信息正交化定理,为解决相关信息最优融合问题找到了统一的途径。提出信息量分解定理,为解决一般情况下的联合滤波中的信息分享问题提供了统一的方法。 2.基于信息融合估计理论,研究和总结了多传感器系统中的各种信息融合结构及其算法,包括集中式、分散式、融合式和全信息融合方式;研究和总结了各种相关信息情况下的Kalman滤波,包括量测噪声与系统噪声相关时的Kalman滤波、有色噪声条件下的Kalman滤波和滤波激励滤波条件下的Kalman滤波。数学仿真验证了本文提出的延长融合周期法滤波对解决子系统滤波估计相关问题(滤波激励滤波问题)的有效性。 3.基于信息融合估计理论,研究指出联合滤波中信息分享系数取值的不同只能够影响对应子系统状态的估计精度,并不能影响系统状态的估计精度,信息分享系数往往没有必要进行自适应确定,纠正了文献[108,129,131,140,141]中的错误观点。 西北工业大学沁士学位论文 们要 一 个 研究指出常用的传感器故障检测方法—一残差x‘检验法对渐变性故 障检测的不敏感性,提出一种基于移动伪正常状态的残差/检验法,并通过 数学仿真验证该方法对渐变性故障检测的有效性;提出一种基于递阶联合滤 波器结构的系统重构策略,并通过数学仿真验证该策略对故障隔离的有效性。 5.针对某太阳同步极轨卫星,设计一种高糟度容错卫星姿态确定系统方 案,井邀过羟学仿真验证了该方案的可行性。根据图6.5至6.8以及表6.!的 仿真结果表明:利用的姿态敏感器越多,姿态估计糟度越高,进一步证明了 信息融合估计理论的正确性。 6.对茧于纯角度观测倩息的卫星轨邀确定方法进行了研究。当具有半四 以上观测弧段时,提出了一种图解法确定卫星轨道;当观测弧段较短时,采 用遗传算法确定卫星轨遭。对邀传算法作了改进,提出一种最优个体加速成 长策略,并设计了一种收敛速度快、寻优精度高、便于工程化的十进制浮点 数编码遗传算法。 本文的创邀住盯宪赐果主羹曹; *)建立起信息融合估计理论的基本框架。提出信息融合估计的统一线 性融合模型、信息量的概念、情息最优线性融合原理、信息正交化定理和信 息尹分解定理。 Q)研究获得了联合滤波中信息分享系数的改变不能提高系统状态的估 计精度的重耍结论,并从理论上严格证明,纠正了认为“信息量分享系数能 够改变全局估计糟度”的铬误观点。 O)针对某太阳同步极轨卫星,设计一种高精度容错卫星姿态确定系统 方案,并通过数学仿真验证了该方案的可行性和有效性。
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