摘要： 针对非线性导航系统中状态估计可观性与导航精度之间的关系，采用基于误差方差阵特征值分解的可观度分析方法，结合扩展卡尔曼滤波(EKF)算法对非线性预测滤波(NPF)算法进行改进，推导改进预测滤波的误差协方差矩阵，并对其进行特征值分解.分析特征值和特征向量与导航精度的关系，以小天体探测器着陆自主导航系统为例进行仿真验证，与EKF导航精度比较的基础上验证改进的NPF算法的有效性和精确性，并分析不同误差因素(模型误差，陀螺噪声，陆标误差)对可观度的影响，为航天器实际过程中自主导航系统的滤波器设计提供参考.

摘要： 扩展卡尔曼滤波(EKF)的估计精度受限于测量噪声统计特性的准确程度，如果敏感器测量噪声方差偏离其标称值，将会对滤波性能产生不利影响.尽管自适应扩展卡尔曼滤波(AEKF)能够对测量噪声方差进行估计，但是，噪声特性准确的情况下，AEKF的性能往往不及传统EKF.针对上述问题，本文提出一种并行模型自适应滤波(PMAF)，基于特定的自适应率将EKF和AEKF结合起来，使得在先验信息准确的情况下，EKF在状态估计中起主导作用；相反，在实际噪声方差偏离标称值时，令AEKF起主导作用.这样，即能有效削弱测量噪声统计特性不确定性对滤波性能的影响，又能确保正常情况下的估计精度.以空间目标相对位姿估计为例，通过数学仿真对EKF、AEKF和PMAF进行了对比研究，表明所提算法的综合性能优于传统方法.

摘要： 研究强不确定系统“全系数之和等于1”的实现方法，强不确定系统指的是系统的静态增益及其界不完全确知且范围较大.“全系数之和等于1”是吴宏鑫院士20世纪80年代发现的，该原理表明，对于未知连续系统，其离散化系统的系数的和在一定条件下是1.该原理的发现对于解决闭环辨识和自适应控制的瓶颈问题具有关键作用.“全系数之和等于1”是在一定条件下成立的.为了实现系统的“全系数之和等于1”，需要对系统进行一定的变换，以满足所需条件.其中，采用静态增益的标称值的倒数进行输入变换的方法在实际中得到了广泛应用.但是，当系统的不确定性较大时，该变换将带来较大偏差.针对该问题开展了深入研究，明确给出了系统静态增益的不确定性与标称值的比值的关系对于实现“全系数之和等于1”的影响.当不确定性与标称值的比值较小时，可以近似实现“全系数之和等于1”；当比值较大时，进一步给出了通过选取合适的采样周期，近似实现“全系数之和等于1”的方法.本文的研究对于特征模型理论在实际中的应用提供了一定的基础.

当空间机械臂执行任务时与环境相接触，机械臂末端工具和目标之间可能存在很大的接触力.为了将接触力限制在一定范围内，本文提出了基于位置控制内环的阻抗控制对机械臂末端精细工具进行柔顺控制的方法.该方法建立了机械臂末端工具的位姿与接触力/力矩之间的动态关系，使用关节位置/速度传感器和腕力传感器的测量来得到关节角、关节角速度和末端接触力反馈，使得机械臂末端执行器根据反馈作出相应的顺应性运动.研究将阻抗控制应用在复杂精细的末端工具上，将位置和姿态同时纳入柔顺控制器的设计中，实现了末端位置和姿态的综合控制.最后本文以螺钉拆卸为例，对提出的末端柔顺控制律进行位姿控制和接触力控制的仿真验证.仿真结果表明，本文设计的柔顺控制器可以有效控制接触力在合理范围内，并在误差很小的范围内实现位置和姿态的综合控制，对实际工程应用中，机械臂末端的精细操作具有指导意义.

数化方法的柔性关节机械臂的最优PID参数整定方法吴昊1,2，郭小龙3，谭元3，毛新涛4摘要： 提出了一种基于控制参数化方法的柔性关节机械臂的最优PID参数整定方法.首先，将柔性机械臂的性能指标建模为连续状态不等式约束.然后，将柔性关节机械臂的最优PID参数整定问题转化为含连续状态不等式约束的最优参数选择问题.应用约束转录法结合局部平滑法来处理连续状态不等式约束，从而将含连续状态不等式约束的最优参数选择问题转化为一个标准的可以优化软件包求解的非线性规划问题.最后，通过数值仿真验证了本文提出的方法的有效性.

针对四旋翼无人机执行机构部分失效故障和传感器偏差问题，为了可靠，安全、稳定的飞行，采用自适应容错控制策略.当无人机飞行时，利用二阶卡尔曼滤波器在线快速估计状态、检测执行器故障和传感器偏差，当执行器故障检测和诊断出来后，将故障因子视为自适应因子，用来调节自适应容错控制器的参数，使故障影响变小，同时估计传感器的偏差，如有偏差，则将偏差部分补偿给输出信号.在Matlab实验平台上对所提方法的可行性和有效性进行仿真验证，结果表明四旋翼无人机执行机构在发生部分失效故障和传感器偏差时，采用自适应容错控制策略，输出信号能够快速跟踪参考输入信号，实现了对四旋翼无人机的容错控制.

小卫星以它低成本，多样化的特点，成为了空间科学任务的重要载体，建立小卫星数值仿真平台，并且对它进行一定的验证和评估是相当必要的.针对小卫星3个关键子系统—电源系统，热控系统，姿轨控系统进行详细的理论分析，分别对3个子系统建立有效模型；基于HLA技术设置相关的串口与协议，建立小卫星数值仿真平台.在给定有效参数后，对数值仿真平台的运行进行分析,验证仿真平台具有重要的使用价值.

为研究弧齿锥齿轮真实润滑状态下不同啮合路径对其传动误差、接触应力及摩擦力的影响，结合混合润滑分析方法，研究弧齿锥齿啮合过程中齿面摩擦系数的演变，并与传统经验公式进行了对比.在此基础上，建立考虑混合润滑摩擦与安装位置参数的弧齿锥齿传动接触模型，研究啮合路径对弧齿锥齿动态传动误差与接触压力的影响，进一步系统分析了不同啮合路径下弧齿锥齿齿面的摩擦力变化及趋势.研究表明：在弧齿锥齿啮入到啮出的过程中，齿面混合润滑摩擦系数呈现先增大后减小的趋势，且传统经验公式对弧齿锥齿轮节锥母线附近的摩擦系数预测误差较大；在一定程度上齿面摩擦会导致接触压力的上升，且中部接触时弧齿锥齿传动误差优于大端接触和小端接触；受轴向分力变化的影响，齿面摩擦力与摩擦系数变化规律差异较大，在啮入到啮出过程中，齿面摩擦力出现两个峰值，在节点附近会呈现减小趋势.

 3DTOF相机具有同时获取目标的灰度和深度图像的功能，从而能够实时得到目标物体的三维点云，实现三维成像.主要介绍了3DTOF相机的工作机理以及应用场景等，同时模拟空间近距离目标探测的应用对目标进行成像研究，分析了不同条件下对目标物成像的影响因素以及相机的误差来源和误差的校正方法，并通过相机对深度信息的获取，对相机的距离探测精度进行了测试.

自旋卫星在星箭分离后必须及时可靠起旋，起旋转速确定是判断卫星是否起旋的前提条件.星箭分离时，采用太敏进行转速确定是最可靠最直接的方法，但在某些情况下，由于发射窗口的限制，导致卫星在地影期星箭分离，给起旋转速的确定提出了新问题.自旋卫星除了太敏外，通常还配备了地敏和加计作为姿态敏感器.加计用于测量自旋体的章动，如果起旋后的章动不明显，就无法测量周期，存在一定的不确定性.地敏一般用于同步轨道，在星箭分离时轨道高度仅有几百公里，将导致线路中的计数器溢出，给整个转速确定链路带来困难.本文提出的地敏测试方法，在计数器溢出多地中情况下，采用周期合成的方法计算自旋周期.本方法已成功应用于风云二号09星，同时可以为地敏在不同轨道条件下的应用提供参考.

航天器在轨运行的修复手段主要是软件的在轨修复.SPARC平台是我国航天领域应用最广泛的处理器架构设计.针对SPARC平台的航天器软件在轨修复问题，提出一种基于二次链接的方式生成在轨软件修复注入码的方法，解决在轨修复注入码重定位的问题.通过地面遥控注入，利用航天器在轨软件预埋的钩子函数，实现在轨函数模块的动态替换及恢复，大大提升SPARC平台软件的在轨修复能力.通过多个在轨航天器的实际工程应用，证明该方法是可行的和有效的，且具有良好的工程应用价值.

天基轻气炮因性能稳定、易于小型化等特点为空间攻防及空间碎片主动防护提供了一种更加有效的途径.天基轻气炮完成任务的首要前提是实现对空间高速运动目标的精确打击.为全面、准确地对天基轻气炮射击精度进行评估，首先建立天基轻气炮射击误差源分布模型，确定了射击准确度、密集度、命中概率等评价指标.然后，提出天基轻气炮射击精度评估的一般框架，包括设计仿真打靶试验，通过外弹道轨迹计算脱靶量，对脱靶量数据进行预处理，根据预处理后数据完成准确度、密集度及命中精度估计.最后，根据所设计的框架对高度为10 354 km圆轨道上的目标进行了蒙特卡罗法仿真打靶试验并完成射击精度评估.结果表明在不进行弹丸末制导情况下，射击准确度约为48 m和圆概率误差约为87 m，主要是对非合作目标测定轨引起的误差对射击准确度影响较大，且射程较远导致误差对射击精度的影响被放大.命中概率约为千分之一，且随着目标尺寸增加而增加.