研究了网络约束下的组网运动体姿态估计问题。通过在运动体上固定多个组网节点构造基线矢量，利用节点间共享的位置信息和相对测距信息，建立基于基线矢量的非线性姿态测量模型。采用预测补偿策略处理丢包问题，根据随机最小二乘准则构造带有界不确定参数的代价函数，通过滚动求解约束min-max问题得到鲁棒滚动时域姿态估计器。最后，通过仿真验证了所提算法的有效性，并分析了丢包率对姿态测量精度的影响。

星敏感器在动态跟踪模式下, 移位星像的信噪比衰减, 弱星难以提取, 当探测星数降为2颗时, 定姿误差加大。鉴于对齐灰度叠加不能显著提高动态星像的信噪比, 故提出一种帧间窗口移位灰度叠加法。通过对备选弱星窗口灰度数据进行流水缓存并移位叠加, 增强弱星灰度及信噪比, 使其满足探测阈值条件, 确保星敏感器视场中始终保持不少于3颗星。仿真结果表明: 4帧灰度叠加后弱星信噪比较单帧星图提高了1倍多, 增加一颗观测星后定姿精度更高。

非合作目标航天器的位姿测量一直是各类复杂航天任务中所需解决的关键难题之一。传统的姿态测量算法多采用欧拉角以及旋转矩阵的方式描述目标位姿, 计算参数较多, 算法形式也相对复杂。针对这个问题, 通过单目视觉识别出具有矩形结构特征的目标航天器的一个矩形面, 然后在马达代数框架下, 根据该矩形面两条平行边所在直线方程的差值信息直接计算出目标姿态参数, 最终将姿态解算问题简化为一组四元线性方程组的求解。该算法无需知道目标尺寸, 计算形式简洁, 实时性高, 同时也能很好地保证结果的正交性。数值仿真以及地面验证实验结果表明, 该算法具有较强的稳定性, 测量精度能够满足测控要求, 在交会近距离范围内受两航天器间相对距离的影响较小。

飞机姿态测量是无人机系统目标定位的重要环节。该文拟采用多台北斗天线测姿, 分析了北斗接收天线测姿精度对机载光电平台目标定位精度的影响。为此, 本文建立机载光电平台目标定位系统模型, 用蒙特卡洛法分析目标定位误差,并对飞机姿态测量误差在0.05°~1°范围内以及飞行高度在1 000~8 000 m时的垂直下视和斜视目标定位误差进行比较。实验结果表明, 在姿态测量误差及飞行高度范围内, 垂直下视目标定位高程误差在20 m左右, 平面定位误差为23~65 m; 斜视定位（-60°斜视, 俯仰轴以水平向前为0°）大地高误差为20~30 m,平面定位误差为24~71 m。同时分析了天线摆放及基线长度对测姿精度的影响。目标定位误差主要与飞机姿态角测量误差、北斗系统误差、光电平台方位角和高低角测量误差有关, 还与目标与飞机之间的斜距有关。飞行高度越大, 光电平台高低角越小, 斜距越大, 则目标定位误差越大。基线越长, 测姿精度越高, 当基线垂直时, 横滚角误差最小。

本文综述了星敏感器技术的研究现状和未来发展趋势。首先, 总结了国内外星载星敏感器的发展历程。接着, 根据星敏感器工作原理, 分析讨论了星点质心定位算法、星图识别算法和姿态解算算法等星敏感器关键技术的发展现状。通过讨论星点质心定位精度对星敏感器测量精度影响, 分析了星点质心定位算法以及对应误差补偿的研究现状; 基于星座特征、字符模式和智能行为, 介绍了星图识别算法并进行了对比分析; 根据确定姿态解算算法和动态姿态解算算法分析了姿态解算算法的研究现状。最后, 对星敏感器的未来发展进行了展望, 讨论了航空机载星敏感器、微小型星敏感器和甚高精度星敏感器的发展趋势以及未来重点研究内容。

由于测控成本和有效载荷的限制, 一般采用微机电系统(MEMS)惯性传感器来测量小型无人机的飞行姿态。在MC9S12XS128单片机上通过嵌入式软件编程实现了卡尔曼滤波算法, 并在JZJ-1型自准直仪转台上对MEMS加速度计和陀螺仪的输出信号进行了数据融合试验, 较好地解决了MEMS惯性测量系统的零漂和机械振动干扰问题。