靶场激光测距系统设计研究

激光用于靶场测量具有测量精度高和单站独立定位等优点。由于在飞行目标上安装激光合作目标,激光跟踪测量始终是合作目标部位,这就避免了由于跟踪飞行体部位差异而引起的测量误差。因为是光学测量,光波长比无线电的厘米波还要短四个量级,因而对激光测距的大气折光修正和仰角折光修正要比无线电波的精确得多。我国首先在战略武器飞行体上加装角反射器激光合作目标,用激光测量其初始段或再入段飞行轨迹。我们从七十年代初就开始研究靶场激光测量,不仅在各种电影经纬仪上成功地加装了激光测距系统,在连续波微波雷达上也加装成功。对导弹目标的激光测距,在初始段     

多波段拉曼-荧光激光雷达系统可用于雾霾探测

正近日,兰州大学教授黄建平带领科研团队研制出我国首个多波段拉曼-荧光激光雷达系统。该系统不仅可用于大气雾霾探测的研究及预警,还可用于卫星数据校正、气象观测等领域。"多波段拉曼-荧光激光雷达系统用高功率激光器向天空同时发射三束激光,也就是三个波段。紫外激光与大气颗粒物作用之后,就会释放出荧光,利用大口径的望远镜接收被大气反射回来的信号,共有38个波段。黄建平     

基于序列图像的航天器自主导航降维滤波方法

非合作目标的运动感知与状态估计,是太空领域技术发展的重要组成部分。非合作目标相对状态的精确估计是相对导航的难点问题。传统的非合作目标扩展卡尔曼滤波算法需要结合非合作目标的质心位置,增加了状态变量的维数,提高了系统不确定性,从而会影响状态扩展卡尔曼滤波的收敛速度。提出了一种基于序列图像的非合作目标相对导航方法,该方法在不对质心进行估计的情况下首先对非合作目标姿态进行估计,在完成非合作目标姿态估计后再对其质心进行估计。本文推导了光学相机测量值与目标真实姿态的关系,构建了基于序列图像的测量模型,分别建立了不含有非合作目标质心位置的状态方程和基于非合作目标位置、速度矢量的状态方程,设计了适用于非合作目标状态估计的扩展卡尔曼滤波算法。仿真实验表明该方法可在10 Hz采样频率下经过50次采样（即5 s）内快速收敛,从而有利于空间飞行器的在轨服务与维护。     

激光推进发射微小卫星弹道仿真与分析

建立了初步的激光大气传输模型和光船的三维运动模型,通过对单站大气盘旋入轨模式下的推进弹道仿真分析可知,单站推进模式下激光在稠密大气层中行程较大,激光传输衰减严重。针对上述问题,以激光推进发射微小卫星为应用目标,提出了基于过顶接力和等光程接力两种方式下三站入轨的推进模式,给出并分析了相应的仿真结果,并利用等光程接力方式分析了激光推进发射微小卫星的运载能力。结果表明,三站等光程接力方式可以有效的解决激光传输问题,减小了激光在稠密大气层中的传输距离和激光的传输损失,提高入轨质量。     

空间X射线反射式聚焦系统的同步辐射表征技术

针对脉冲星观测与计时导航等领域对空间X射线望远镜测试与标定的迫切需求，综述了目前国内外基于同步辐射和X射线自由电子激光光源发展的多种高精度的反射式聚焦系统的面形检测、系统标定和反射率计量测量技术。着重介绍了细光束、哈特曼波前传感器、光栅干涉、近场散斑等面形测试方法在不同尺度和面形的反射镜在线测量中的应用，阐明了其在工程应用中的优劣。介绍了同步辐射装置在空间X射线望远镜的在线成像和校准以及反射率计量上已开展的卓有成效工作。期望通过相关综述介绍，可以推广空间X射线望远镜反射元件广泛利用同步辐射等大科学装置进行性能表征实验，以此促进相关领域的进一步发展。国内同步辐射大科学装置的建立和蓬勃发展为大尺度空间X射线望远镜的在线检测、校准和光学性能表征提供了重要支撑。     

用宽视场实时测量系统进行多目标测量时轨迹识别的一种方法

本文给出了利用宽视场实时光学测量系统进行多目标弹道测量时识别多目标轨迹的一种方法。该方法分两步完成,即先进行单站目标测量点轨迹识别,然后进行站间测量点的轨迹匹配。在单站轨迹识别中,先利用多项式拟合进行预测,根据跟踪门进行轨迹分裂、延伸,然后按多帧预测偏差量对各分裂轨迹进行x~2检验,形成可能轨迹,最后对可能轨迹进行判诀。在站间轨迹匹配中,利用轨迹上多点共面条件行列式绝对值之和进行轨迹匹配判决。文中还粗略分析了单站轨迹识别及站间轨迹匹配方法能可靠识别的目标测量点密集度极限。仿真实验表明,本文给出的轨迹识别方法可行,识别极限的分析结果也基本正确。     

多站无源探测系统中多目标数据关联方法研究

主要研究了非合作多站无源探测系统的多目标数据关联问题。多目标条件下时差定位方法的主要问题就是多目标的数据关联,文中依据非合作测量数据和时差定位的特点,提出一种利用多普勒测量信息约束同一目标时差测量值的数据关联方法,推导出目标数据关联方程,仿真结果显示了该方法的有效性。     

空间非合作目标惯性参数的Adaline网络辨识方法

空间在轨操作中,航天器在对空间非合作目标的抓捕行动常常导致航天器本体的姿态和空间轨迹发生变化。为克服空间非合作目标对航天器本体动力学、运动学的影响,使控制系统做出精准及时的姿控策略调整,确保航天器正常在轨工作和轨迹姿态的高精度,需对抓捕的非合作目标的惯性参数进行辨识。针对传统辨识方法依赖广义逆求解导致的辨识过程运算量大,且数值容易产生剧烈振荡,造成辨识结果不稳定等不足,采用基于归一化最小均方（NLMS）准则的Adaline神经网络方法进行空间非合作目标惯性参数的辨识。首先,基于动量守恒理论建立抓捕后的航天器-机械臂-空间非合作目标系统模型;然后将辨识方程的系数矩阵作为网络的输入和输出,空间非合作目标的惯性参数作为神经网络的训练权重,基于迭代步长可变的NLMS准则实现对目标惯量参数的快速、准确辨识;最后,在构造的ADAMS/MATLAB联合仿真平台上进行了验证。仿真结果表明,基于NLMS准则的Adaline神经网络是一种快速、准确辨识目标惯量参数的有效方法。     

叶片型面非接触测量系统设计与实现

针对航空叶片形状复杂、技术要求高、自动检测难度大等特点,本文基于锥光偏振测头和四轴运动平台搭建了非接触式光学测量系统.通过系统标定实现了数据统一,采用激光偏振全息测头采样技术与多轴联动定位技术相结合的测量方法,实现了航空发动机叶片型面的快速测量,通过对标准棒、模拟叶片的实际测量,验证了该四轴激光测量系统可实现对叶片型面的非接触、高精度测量.     

傅里叶望远镜原理及改进研究

傅里叶望远镜是利用激光主动成像、光学合成孔径等技术的空间目标高分辨力成像技术,美国地球同步轨道卫星激光成像国家实验基地(Geo Light Imaging National Testbed,GLINT)是一项研究采用傅里叶望远镜技术对地球同步轨道卫星成像的计划。本文介绍了傅里叶望远镜的基本原理,阐述了GLINT的组成及简单原理,说明了目前GLINT经过必要改进可以应用于对低轨卫星成像。     

空间目标地基光电探测与识别技术的发展

空间目标地基光电探测与识别技术是空间态势感知的主要技术手段之一。首先归纳了空间目标的典型光学特征,分析了用于轨道与光学特征探测与识别的两类光电望远镜特点,梳理了国外空间目标光电探测与识别技术的发展历程,简要总结了空间目标地基光电探测与识别技术和应用需求间的主要问题,展望了空间目标光电探测与识别技术的未来发展方向。     

单天基平台测向的空间非合作目标跟踪

针对仅含角度测量信息的单个天基平台可观测性较弱的问题,提出了一种含脉冲机动检测的空间非合作目标跟踪算法,并设计了非合作目标实时跟踪数据处理流程.该算法利用抗差估计技术和UKF（Unscented Kalman Filter,无迹卡尔曼滤波）算法构造目标跟踪滤波器,并综合残差多项式拟合和新息分布特征等方法实现目标机动检测,在天基平台观测信息类型有限和观测几何较差的情况下,可以同时排除孤立野值和成片测量野值的影响,实现非合作机动目标的连续稳定跟踪.数值实验验证了算法的可行性和有效性,也表明了跟踪精度和可靠性与测量精度密切相关.     

激光测控通信技术研究进展与趋势

激光测控通信技术作为航天测控通信领域的一项新技术,具有作用距离远、测量精度高、通信速率快、抗电磁干扰能力强等优势。介绍了美国、欧盟、日本和俄罗斯在激光测控通信技术领域的最新研究进展和计划,总结了典型激光测控通信系统的主要性能指标,分析了激光测控通信技术的发展趋势,并结合我国激光测控通信技术研究现状提出几点发展建议。     

提高深空异步激光测距精度方法研究

异步激光测距的作用距离远,有望实现对地球同步轨道以及深空航天器的精确测量。在对相关文献深入研究的基础上,全面分析了异步激光测距基本原理,对其钟差和测距公式进行了重新推导,提出了一种适用于深空异步激光测距的精确公式,并给出了迭代求解方法。通过理论仿真分析,在脉冲时间测量误差5ns时,对匀速飞行目标,该方法距离测量精度可达到5～6m,比其他方法高出2～3个数量级。     

Orbits for radiatively cooled space telescopes

This paper first outlines the assumed mission requirements for a radiatively cooled space telescope such as EDISON. A summary of relevant characteristics (payload, operating orbit, launcher, lifetime, etc.) for current and proposed cooled telescope missions is then given. This summary includes cryogenic and radiatively cooled missions since in both cases the reduction of heat input to the telescope aperture is a dominant factor in the orbit choice. These missions span the entire range of possibilities from low earth circular, through higher elliptical and circular orbits out to deep space locations such as the Sun-Earth (S-E) libration points and the lunar surface.A full listing of the factors affecting mission selection is then given. The most important points are illustrated by reference to the orbits chosen for ISO, FIRST and SIRTF and those recommended in recent studies of EDISON. Launcher capabilities for direct insertion and the onboard propellant for large velocity changes associated with orbit raising are major constraints in achieving the large payload mass to high orbit which EDISON mission requires. Although it is fairly demanding in launch/boost energy, an orbit about the L2 S-E libration point offers important advantages for a radiatively cooled infrared telescope. Further studies of this orbit and the associated aspects of service module and payload design for the L2 location of EDISON are recommended.     

The Lunar Reconnaissance Orbiter Laser Ranging Investigation

The objective of the Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) Laser Ranging (LR) system is to collect precise measurements of range that allow the spacecraft to achieve its requirement for precision orbit determination. The LR will make one-way range measurements via laser pulse time-of-flight from Earth to LRO, and will determine the position of the spacecraft at a sub-meter level with respect to ground stations on Earth and the center of mass of the Moon. Ranging will occur whenever LRO is visible in the line of sight from participating Earth ground tracking stations. The LR consists of two primary components, a flight system and ground system. The flight system consists of a small receiver telescope mounted on the LRO high-gain antenna that captures the uplinked laser signal, and a fiber optic cable that routes the signal to the Lunar Orbiter Laser Altimeter (LOLA) instrument on LRO. The LOLA instrument receiver records the time of the laser signal based on an ultrastable crystal oscillator, and provides the information to the onboard LRO data system for storage and/or transmittal to the ground through the spacecraft radio frequency link. The LR ground system consists of a network of satellite laser ranging stations, a data reception and distribution facility, and the LOLA Science Operations Center. LR measurements will enable the determination of a three-dimensional geodetic grid for the Moon based on the precise seleno-location of ground spots from LOLA.     

基于连续同伦算法的天基仅测角初定轨方法

要进一步提高天基短弧初定轨的精度,在观测资料精度较高的情况下,仅考虑二体问题是不够的,还应考虑轨道摄动的影响。因此,基于无摄初轨的单位矢量法原理和矢量斜分解方法,给出了考虑摄动的天基仅测角初定轨单位矢量法。针对天基仅测角观测条件方程组求解过程中易出现迭代不收敛或收敛到平凡解的问题,引入连续同伦算法求解观测条件方程组,提出了单星观测方式下的空间目标天基仅测角初定轨方法,并通过数值仿真算例验证了该算法在较大范围的收敛性和数值稳定性。     

空间目标光电巡天策略的优化

随着空间目标与碎片数量的激增,传统的基于目标跟踪的空间目标光电监视手段已不能满足需求,近年出现了面向空域的空间目标巡天观测。针对空间目标巡天观测的特点,同时考虑空间目标观测的目标个数和数据量,提出了一种空间目标巡天观测策略,并建立了相应的空间目标光电巡天优化数学模型。模型中通过0-1变量的使用,实现了目标函数和约束条件的线性化,十分有利于大规模问题的求解,能够更好地满足实际需求。仿真计算表明:策略简单,易于实现,并且有很好的效果;通过优化,只需要少量望远镜即能实现大批量空间目标的监视,并保持一定的观测数据量,为空间目标光电监视策略提供了新的思路。     

The Near-Earth Asteroid Rendezvous Laser Altimeter

In 1999 after a 3-year transit, the Near-Earth Asteroid Rendezvous (NEAR) spacecraft will enter a low-altitude orbit around the asteroid, 433 Eros. Onboard the spacecraft, five facility instruments will operate continuously during the planned one-year orbit at Eros. One of these instruments, the NEAR Laser Rangefinder (NLR), will provide sufficiently high resolution and accurate topographical profiles that when combined with gravity estimates will result with quantitative insight into the internal structure, rotational dynamics, and evolution of Eros. Developed at the Applied Physics Laboratory (APL), the NLR instrument is a direct-detection laser radar using a bistatic arrangement. The transmitter is a gallium arsenide (GaAs) diode-pumped Cr:Nd:YAG (1.064-µm) laser and the separate receiver uses an extended infrared performance avalanche-photodiode (APD) detector with 7.62-cm clear aperture Dall–Kirkham telescope. The lithium-niobate (LiNbO3) Q-switched transmitter emits 15-ns pulses at 15.3 mJ pulse^-1, permitting reliable NLR operation beyond the required 50-km altitude. With orbital velocity of 5 m s^-1 and a sampling rate of 1 Hz, the NLR spot size provides high spatial sampling of Eros along the orbital direction. Cross-track sampling, determined by the specific orbital geometry with Eros, defines the resolution of the global topographic model; this spacing is expected to be <500 m on the asteroid's surface. Combining the various sources of range errors results with an overall range accuracy of 6 m with respect to Eros' center-of-mass. The NLR instrument design, perfomance, and validation testing is decribed. In addition, data derived from the NLR are discussed. Using altimetry data from the NLR, we expect to estimate the volume of 433 Eros to 0.01% and its mass to 0.0001% accuracies; significantly greater accuracies than ever possible before NEAR.     

双星编队对空间非合作目标的仅测角跟踪方法

针对单星仅测角对目标跟踪误差较大和不良测量条件下跟踪精度下降的问题,提出利用编队卫星对非合作目标进行联合跟踪的方法。采用考虑地球非球形J2引力摄动的轨道动力学模型,建立多视线测量模型,融合编队卫星对目标的观测数据。然后,基于新息设计增益调节矩阵提高滤波器在测量故障条件下的鲁棒性。最后,建立仿真模型进行验证。仿真结果表明,相比单星跟踪,该方法的位置误差和速度误差分别减少了27.06%和26.96%。在系统存在异常量测时,相比常规滤波,该方法也具有更高的精确性和更好的鲁棒性。