匹配数据的平滑滤波技术

讨论了匹配测量数据的平滑，滤波和外推问题，所谓匹配测量数据是指位置参数和速度参数呈求导的匹配关系，提出了利用数据的匹配特性这一先验信息来改善多项式最小二乘滤波器的设计，对测量数据中的位置和测速数据进行统一处理，在最小方差意义下给出了平滑滤波公式及其效率方差比，由于充分利用了先验信息，减少了待估计参数的个数，显著提高了参数的估计精度，仿真计算结果表明该方法能显著改善目标运动参数的估计精度。     

USB观测数据时标偏差影响分析与评估

USB系统是目前中国载人航天和月球探测任务的主要测控网.由于USB测量设备本身以及无线电信号传播媒介以及其他误差因素的影响,USB测量数据中包含了各种误差,需要在定轨时对观测数据进行误差修正.通常,例行的USB测量误差修正包括对流层折射修正、电离层延迟修正和通道延迟修正,但对定轨过程中可能影响观测数据计算精度的时标偏差并未作修正.针对USB测距测速观测数据,详细研究了观测数据时标偏差对观测值计算精度的影响,分析了误差影响特性,建立了相应的误差修正模型,并通过与卫星星历偏差对USB测距测速观测值计算精度影响特征的比较,发现时标偏差对测量的影响与轨道沿迹误差对观测计算值的影响等效,这使得在定轨过程中分离时标偏差的难度较大.提出了基于星载GPS定位数据分离时标偏差的方法,并利用某次任务的实测数据,分离出了该次任务中USB测量的时标偏差.最后针对目前USB数据时标偏差影响和观测误差量级相当的情况,建议将目前的观测时标精度提高到优于0.1ms的水平,使得时标偏差的影响降低到比观测误差小一个量级的水平.     

编队卫星空间状态参数估计量对ATI测速精度影响

基于对影响沿航向干涉(ATI)测速精度的特征量分析,建立了卫星空间状态参数估计量与ATI测速精度特征量,特征量与测速的关联数学模型。仿真给出了不同场景设置下的特征量精度、误差传播矩阵和测量误差传递关系的精度影响因子,以及最终空间状态参数估计量对测速精度的影响。     

空间引力波探测器轨道确定及仿真分析

针对空间引力波探测器的精密轨道确定问题,选取LISA(Laser Interferometer Space Antenna)作为研究对象,建立了探测器的目标仿真环境,模拟生成美国深空网(Deep Space Network,DSN)和中国深空网(China Deep Space Network,CDSN)在不同测站下的测距测速数据,采用非线性加权最小二乘(Weighted Least Squares,WLS)和蒙特卡洛方法(Monte Carlo,MC)分析跟踪弧长、测轨数据类型、测站数量及其分布等因素对LISA探测器定轨精度的影响。仿真结果表明:①增加测站的定轨弧长,可有效提高轨道确定精度,当跟踪弧段达到20 d时,探测器位置确定精度可达92 m;②在现有测量精度条件下,测距信息对定轨精度的贡献较大,测距/测速组合定轨方式与仅利用测距、测速定轨相比,估计的位置精度分别提高了32.23%、99.52%;③采用多测控网定轨模式可以提高多站共视比率,有利于提高定轨精度和收敛速度,DSN/CDSN联合定轨比仅采用DSN定轨的平均位置精度提高43.73%。     

“嫦娥4号”中继星开环测速方案设计与试验验证

针对深空探测器轨道测量任务高精度测速需求,提出了一种开环测速方案。首先,采用窄带模式对深空探测器下行信号进行采集记录,利用傅里叶变换+线性调频Z变换+本地重构相关联合信号处理方法,对探测器主载波信号进行处理,自适应提取探测器主载波频率;然后,基于主载波频率获取反映探测器相对于测站速度运动关系的多普勒频率,并评估多普勒频率的随机噪声水平;最后,将基于本文的多普勒频率与深空站测速基带多普勒频率、累积载波相位测速多普勒频率进行比对,并将3种多普勒频率输入探测器联合定轨程序,进一步评估本方案获取的多普勒测速绝对精度。基于"嫦娥4号"中继星在轨实测试验数据分析表明:所获得的多普勒频率提取精度为10 m Hz,优于深空站基带测速多普勒频率与累积载波相位测速多普勒频率精度;联合定轨表明:多普勒测速绝对精度为0.2 mm/s,有效验证了深空开环测速技术,为后续深空探测器轨道联合测量系统研制奠定了技术基础。     

测速元对弹道定位精确度的影响

对于弹道参数的数据融合问题,过去一般只考虑了多个测距元情况下,弹道位置参数精确度的改善.自从文[1]提出了测速定轨的原理和计算方法以及文[2]利用测速元诊断测距元的测量系统误差以后,使人们对测量系统中测速元的作用有了新的认识.讨论了在主体为测距元的测量系统中,若有一个或若干测速元,这些测量元素对弹道位置参数精确度的影响.结果表明测速元能显著提高弹道参数的精确度.     

USB测距测速数据误差建模和评估

统一S波段（UnifiedS-band,USB）系统是目前中国载人航天和月球探测任务的主要测控网。文章对中国USB系统的测距测速数据的误差构成进行了详细分析,给出了传播媒介、相位中心偏差、时标偏差、通道时延以及卫星星历误差的修正模型,并通过对实测数据的残差分析,对目前中国USB测量数据的精度进行了评估,给出了USB测距和测速数据的实际精度。最后,针对目前USB数据的处理和应用情况,提出了数据处理上需注意的一些问题。文章的结论对今后改善中国USB系统的测定轨精度具有一定的参考价值。     

关于多普勒频率转换成距离变化率公式的讨论

利用多普勒效应原理对雷达测速的转换公式进行了讨论，指出在飞行器高精度轨道测量中，现行的测速转换公式存在较大的误差；给出了新的包含二阶项的测速转换公式，并导出了一个简便实用的直接在测量数据上进行该项误差修正的方法，同时进行了误差特性分析。实际计算表明：轨道测量数据进行二次修正后，匹配程度明显优于修正前。     

毫米波调频引信的优化二维FFT信号处理算法

针对毫米波调频引信对目标距离速度信息联合估计的问题，提出一种基于相对距离评价函数优化的二维快速傅里叶变换（FFT）信号处理算法。首先，通过分析二维FFT算法实际测距测速精度与FFT点数的关系，建立了优化数学模型，利用相对距离评价函数对数学模型求解，得到FFT点数最优解；然后，采样将差频信号数据转换成二维数据矩阵，分别对矩阵的行列进行相应FFT变换；最后，通过提取峰值点的坐标估计目标的距离速度信息。结果表明:该算法有效提高了传统二维FFT算法的测距测速精度，并且满足实时性要求，能够同时提取毫米波调频引信的目标距离速度信息。      

多表冗余惯导数据融合算法及在自对准中的应用

针对多表冗余惯导系统的自对准问题，基于某型三正交两斜置冗余的十表惯导系统，对仪表数据融合算法进行了研究。通过分析和仿真验证了最小二乘估计的数据融合算法在提高系统自对准精度中的有效性，并在静态对准试验的基础上，构造了基于仪表零偏稳定性的加权矩阵。试验结果表明:相较于只使用正交仪表的数据，数据融合可以有效提高系统自对准精度，使斜置冗余仪表的数据得到充分利用，改进算法精度比马尔可夫估计有所提高。      

基于TLE的弹道系数计算方法及应用分析

针对仅使用两行要素（Two Line Element，TLE）作为数据源的应用需求，研究了基于TLE轨道衰减的弹道系数计算方法。介绍了一种常用的基于两组TLE的直接计算法，分析TLE选取间隔对结果精度的影响；提出了一种基于多组TLE的迭代计算方法，以降低异常TLE对计算结果的影响；从弹道系数计算效果、在再入预报中的应用等方面对这两种方法进行比较分析。结果表明，两种方法各有优劣，基于多组TLE的迭代计算法稳定性更高、受TLE精度的影响更小；由于数据区间更短，基于两组TLE的计算结果对短期轨道衰减特性反应得更准确，用于临近再入时的预报效果更好。     

A ballistic limit equation for hypervelocity impacts on composite honeycomb sandwich panel satellite structures

During a recent experimental test campaign performed in the framework of ESA Contract 16721, the ballistic performance of multiple satellite-representative Carbon Fibre Reinforced Plastic (CFRP)/Aluminium honeycomb sandwich panel structural configurations (GOCE, Radarsat-2, Herschel/Planck, BeppoSax) was investigated using the two-stage light-gas guns at EMI. The experimental results were used to develop and validate a new empirical Ballistic Limit Equation (BLE), which was derived from an existing Whipple-shield BLE. This new BLE provided a good level of accuracy in predicting the ballistic performance of stand-alone sandwich panel structures. Additionally, the equation is capable of predicting the ballistic limit of a thin Al plate located at a standoff behind the sandwich panel structure. This thin plate is the representative of internal satellite systems, e.g. an Al electronic box cover, a wall of a metallic vessel, etc. Good agreement was achieved with both the experimental test campaign results and additional test data from the literature for the vast majority of set-ups investigated. For some experiments, the ballistic limit was conservatively predicted, a result attributed to shortcomings in correctly accounting for the presence of high surface density multi-layer insulation on the outer facesheet. Four existing BLEs commonly applied for application with stand-alone sandwich panels were reviewed using the new impact test data. It was found that a number of these common approaches provided non-conservative predictions for sandwich panels with CFRP facesheets.     

基于序列红外图像的弹道导弹中段目标检测跟踪方法

针对弹道导弹中段目标检测跟踪问题,将卡尔曼滤波应用基于红外图像的弹道中段目标检测数据滤波和预测,建立了中段目标的状态方程和量测方程。针对卡尔曼滤波中系统噪声和量测噪声的自协方差阵难于确定的问题,研究了卡尔曼滤波参数选择设置方法,利用实际检测结果对不同噪声参数条件进行了试验,得到了应用于弹道导弹中段目标检测跟踪的滤波器参数设置规律,为弹道导弹中段目标检测跟踪技术提供了参考。     

考虑射程损失的高超声速飞行器突防弹道分析与设计方法

研究了高超声速飞行器突防机动造成速度损失进而影响射程的问题。高超声速飞行器在面对拦截威胁时需要靠自身机动进行躲避,而机动躲避将会使得飞行状态产生偏离,进而影响高超声速飞行器射程。针对此问题,首先分别建立弹道式和滑翔式高超声速飞行器运动学和动力学模型,然后考虑突防机动过程中造成的速度、弹道倾角等弹道参数变化,分别对弹道式和滑翔式高超声速飞行器的射程与弹道参数关系模型进行构建,得到突防机动-射程变化关系。之后, 通过数值仿真对突防机动-射程变化二者之间的关系进行验证,结果表明弹道式和滑翔式高超声速飞行器的机动均会导致射程变化,且变化规律与理论分析基本一致,验证了所提出突防机动-射程变化模型的正确性和有效性。最后,基于突防机动-射程变化模型,针对两种高超声速飞行器分别给出对射程变化影响较小的突防机动策略,为提升飞行器飞行性能提供理论和方法基础。     

复合材料防弹板性能小样本分析

二维配对升降法小样本统计分析方法可在较少的试验量下,获得高可靠度的结果.在靶试数据基础上运用该统计方法,推导出三种复合材料防弹板在确定置信度和一定穿透率下的临界穿透速度、最小全穿透速度和最大不穿透速度,以及一定未穿透概率下的临界面密度.得到三种防弹板的穿透率—着速关系曲线.      

靶场光电外测数据修正及弹道精确复现方法

在导弹实验靶场采用多套光电外测设备测量弹道时，一方面不同设备在交接工作时会引起位置偏差；另一方面，利用位置参数中心微分平滑方法解算速度和加速度时,存在跳变和噪声过大的现象。二者都会导致测量的弹道与实际飞行轨迹不符,不利于与内测参数进行精度比对。本文针对光电外测设备交接引起的外测偏差，分析了误差主要是由常值误差、时间不对齐误差和随机误差组成，提出了多站交接点位置偏差分段修正方法，并且利用多项式拟合的算法对速度噪声平滑。最后，采用导弹试验的光电外测数据进行方法验证，修正了交接设备带来的位置偏差，较好地复现了飞行器的飞行弹道，既保证了弹道曲线的连续性，又满足了弹道的平滑性。     

Micro-particle impact flux on the timeband capture cell experiment of the Eureca spacecraft

Measurements of hypervelocity impact fluxes (in both thick and thin targets) detected by the University of Kent at Canterbury's Timeband Capture Cell Experiment (TiCCE) (flown on ESA's Eureca spacecraft) are presented. The foil perforations are used to derive the ballistic limit values, or the maximum thickness of A1 perforated, for the impacting particles. This data is then combined with the thick target data to derive a unified ballistic limit flux. A significant enhancement in the observed large particle flux compared with LDEF is found, possibly due to the pointing history of Eureca compared to the Earth's orbital direction. Comparisons are also made to predictions from ESABASE modelling. Preliminary results of a study of perforation morphology are also presented, providing insight into particle shape, density and directionality.     

非一致终端约束下火星大气进入段制导律设计

针对小升阻比的火星探测器在火星大气进入过程中所面临的难点问题,对火星大气进入过程制导方法进行了研究。首先在确知探测器弹道系数和升阻比的前提下,考虑过程量及开伞条件约束,优化设计再入飞行的初始再入角。然后考虑非一致终端约束和飞行器的有限机动能力,设计参考轨迹剖面,并确保其能提供足够的裕度来应付各种参数不确定性。最后设计标准轨道法制导律,完成轨迹有效跟踪,并通过六自由度仿真验证了算法的合理性,为火星着陆项目中大气进入段制导方案设计提供参考。     

成型压力等因素对UD66靶板弹道性能的影响

文中对Dyneema UD66超高分子量聚乙烯纤维复合材料在不同成型压力、面密度和弹击速度下的弹道吸能进行了研究.因此在优化成型压力的研究中,对UD66复合材料靶板的层间结合力、厚度与体密度做了研究.结果表明,成型压力在2.5MPa左右时吸能达到最大值.在UD66复合材料靶板弹道吸能规律的研究中,对UD66靶板弹击后变形和破坏做了分析.其研究结果对今后防弹复合材料的优化设计有很好的参考价值.