空间物理过程时空协同探测的覆盖分析方法研究

针对空间物理过程时空协同探测任务的定量化探测覆盖分析需求, 在采用时空相关函数方法描述和分析空间物理时空过程的基础上, 提出一种基于θ-t_R覆盖图的探测覆盖分析方法. 通过分析不同设计方案在一定累计时间周期内的θ-t_R覆盖图, 根据其覆盖范围的不同选择所需要的设计方案. 采用该方法对两条共轨道面椭圆轨道的时空协同探测过程进行了定量的覆盖分析, 验证了该方法的有效性.      

基于协同滤波轨迹预测的机动目标RTPN拦截制导律

针对当前空中威胁目标拦截的实际需求,结合拦截器本身的机动能力,基于全覆盖协同策略,提出一种协同探测的现实真比例导引律（RTPN）制导拦截方法。所提方法解决了传统RTPN方法未考虑拦截器饱和过载限制及对任意机动目标捕获区域的确定问题。此外,针对拦截过程中对目标运动轨迹测量误差及协同探测数据丢包所引起的数据融合精度和鲁棒性问题,提出一种分布式协同滤波算法;针对数据传输和拦截器本身动力学响应延迟等问题,提出一种航迹预测算法。仿真结果验证所提方法能够有效解决饱和过载下的捕获区域确定及动力学延迟问题,及协同探测数据融合中数据丢包所引起的鲁棒性和精度问题。     

基于低密度网格覆盖分析的重访星座优化设计

快速重访星座在对地遥感、网络通信、气象观测、近地空间环境探测等领域具有重要应用价值.网格分析法是星座设计过程中对覆盖性能分析最常用的方法，其计算量较大.针对重访星座，结合正多面体球面剖分模型和采样点分组方案，提出一种低密度网格覆盖分析的星座优化设计方法，在保证设计结果精度的前提下，整体计算量减少了80%以上.实验表明，利用该方法优化设计的多组星座构型方案均具有很好的重访特性，且极大地减少了多次优化设计总时间.      

地外巡视探测无人系统自主感知与操控技术发展综述

地外天体探测是空间科学与技术创新的重要途径,是当前和未来航天领域的发展重点之一.地外天体表面巡视探测是拓展探测广度和深度的有效途径.未来月球、火星探测任务对表面探测范围和探测效率的需求明显提高,探测范围从公里级扩展到百公里级以上,移动时速从百米级提高到公里级以上,要求地外巡视探测器具有更强的地外环境适应能力和探测效率.决定地外巡视探测能力的关键因素之一是自主环境感知与操控能力,本文面向我国未来深空探测重大工程任务需求,对地外巡视探测无人系统的自主感知与操控技术发展现状及趋势进行总结分析.     

基于STK的美国天基预警系统仿真研究

正本文基于STK软件对美国天基预警系统进行了仿真和分析。首先调研了美国天基预警系统的组成和星载探测器参数,在此基础上基于STK软件构建了美国天基预警系统的仿真模型,最后从天基预警系统覆盖性能和探测效果两方面分析了该系统的威力范围和探测能力。     

地月L2点周期轨道的月球背面覆盖分析

地月L2点附近轨道具备独特的动力学和运动学特性,是月球背面探测任务的中继卫星首选布设位置。面向未来月球背面探测任务的中继通信需求,分析并研究了地月L2点周期轨道(halo轨道)对月球背面的覆盖。在圆型限制性三体问题模型下,研究并给出了halo轨道族延拓计算方法,基于延拓法设计了地月系大范围南北halo轨道族;给出了中继卫星的月球背面覆盖计算模型,定义了相应的时间覆盖因子;数值仿真了地月系南北halo轨道族的月球背面覆盖情况。研究结果表明:地月L2点周期轨道幅值和类型决定其对月面的覆盖性,幅值较小的轨道的月面整体覆盖性较好,幅值较大的轨道对月球南北极覆盖较好,南北族轨道分别有利于月球南北半球的覆盖。文章研究可为我国"嫦娥4号"月球背面探测任务的中继星轨道设计提供有益参考和借鉴。     

垂直对天顶测量的紫外前向散射探测臭氧总量的可行性研究

选用SBDART模式作为大气辐射传输计算模式,通过模拟计算和结果分析探讨无云的晴天、垂直对天顶观测的紫外前向散射反演大气臭氧总量的可行性.计算表明,穿透能力与探测灵敏度之间的复杂联系使得探测波长应随着sΩ0的增大而波长变长,若用波长对探测,则波长对中较短的波长也应随着sΩ0的增大而增大.另外大气的臭氧总量越少,反演结果受下垫面反照率、气压和仪器精度的影响越大,因而反演误差越大.当强度Ii的测量精度为±1%时,下垫面反照率R和气压P0的分辨率分别达到±0.05和±50 hPa,若用单波长探测,则在大气臭氧总量Ω0和s都较小时,反演结果大于5%;若选用波长对进行探测,由于R和P0的误差对反演结果的影响降低,故精度大大提高.Ii,R和P0在上述精度下,选取适当的波长对进行探测,精度至少可达±4%,当臭氧总量高于350 DU时,可达±2%.      

基于目标特性的航天器太阳光压面积计算方法

太阳光压是影响深空探测航天器轨道确定与预报精度最主要的摄动力.针对实际任务需求，采用了一种基于目标特性的光压面积建模与计算方法，根据航天器形状、尺寸、表面材料以及材料光学特性等信息，实现了分析型光压模型的建立与求解，提高了计算效率和精度，可快速计算目标在光照方向上的光压面积、投影面积以及光压比例因子等参数.通过长方体光压面积理论值与仿真值的对比，验证了该方法的准确性和有效性.针对复杂结构探测器开展了光压面积计算，可为深空探测航天器精密定轨中的光压模型解算、定轨及预报提供参考.      

基于双阶涡旋光束的旋转测速精度提升方法

涡旋光束因其独特的螺旋型波前结构,在对旋转物体探测时会产生与转速成正比的旋转多普勒频移,双阶涡旋光束的转速测量精度是单阶的2倍,但探测过程的噪声干扰会引起测量精度的下降。首先,通过分析双阶涡旋光束的旋转物体速度测量机理,给出测量精度影响因素分析。其次,在给出测量系统设计的基础上设计物体转速提取算法思路。最终,对高斯噪声、乘性噪声、探测器累积时间和光束模式纯度这四种情况对于测速精度的影响进行分析。结果表明,高阶双阶涡旋光束能有效提升噪声环境下的测速精度,提高模式纯度至94%以上,探测器累积时间控制在0.49s以上可以获得更好的测速精度。     

太阳空间探测进展与展望

摘要：为了探索太阳空间探测活动的发展方向,在广泛调研太阳空间探测任务的基础上,综合考虑任务实施年代、轨道设计、探测要素、技术特点和成果影响力,选取了10个典型空间太阳探测器,对其科学目标、有效载荷、卫星平台特性和科学发现进行了分析,提炼总结了太阳空间探测的进展和发展趋势。总体而言,太阳探测器运行轨道逐步多样化,有效载荷探测要素更加丰富,探测精度、时空分辨率等显著提升,但仍存在大量问题待解决。在分析现阶段成果和待解决问题的基础上,提出了太阳空间探测的发展展望,指出了全方位、多要素探测是破解太阳物理和空间天气预报发展瓶颈的可行途径。     

基于特征图形匹配法的高效星图识别方法

针对目前星敏感器使用的星图识别算法存在的冗余匹配、匹配时间长、识别率低等缺点,对星图识别算法进行了研究,提出了一种高效星图识别方法。该算法首先对传统星表进行处理,取出冗余信息,重新分配天区,使每个天区的导航星数目均匀,将分区以及处理后的星表信息重新存储并作为导航星库,然后通过对拍摄的图像进行处理并提取特征信息,与导航星库中的特征信息进行匹配,从而改善传统星图匹配算法出现冗余匹配、匹配时间过长及识别率低等缺点。完成算法设计后,选取视场为15°×15°的大视场星敏感器,对该算法进行仿真验证分析,可以发现该算法可以实现部分天区与拍摄星图匹配时间在20ms以内,全天区星图的识别和匹配时间在15s以内,识别率达到98%以上,印证了该算法可以提高识别的成功率并且缩短识别时间,使识别算法具有高效性。     

一种模拟CCD星图的方法

星识别算法在空间飞行器自主姿确定系统中是不可缺少的。同时将ＣＣＤ所拍摄的星图作为算法的输入,无论是软件调试还是地面试验,抑或是对各种算法的评估,也是必不可缺少。     

宽带多媒体通信卫星多波束覆盖国土的优化研究

覆盖和染色方案的确定是研究多波束通信的前提。通过研究中国大陆区域的六边形覆盖和频率分配(染色)问题。根据建立的覆盖模型和分析,利用MATLAB提供的函数和地图信息设计了覆盖求解算法,解决了覆盖问题,并给出了染色方案。最后对进一步研究提出了展望。     

一种快速全天星图识别算法

对星敏感器全天识别算法进行了研究,综合考虑三角形匹配识别法和四面体识别法的优缺点,提出一种改进的快速全天星图识别算法.该算法通过优化导航星对角距筛选方法,节省存储空间;同时引入K矢量法用于加快星图识别中角距匹配的速度;在三角形识别不唯一时,引入第四颗观测星进行四面体识别,提高识别成功率;并在三角形识别结束后增加投影验证功能以避免误识别.仿真结果表明,该算法合理有效,可节省存储空间,减小星图识别时间,提高识别正确率,具有很好的实用价值.     

不规则区域成像覆盖星座构型优化设计

近年来卫星对地观测需要呈现逐年上升趋势.从单个目标点的对地观测卫星星座构型设计方法入手,推广为设计满足不规则大范围成像区域重访时间需求的卫星星座.以卫星数目最少及满足重访时间要求为优化目标,采用改进的模拟退火算法,结合改进的等面积网格点覆盖法,提出了一种针对不规则区域成像全覆盖的卫星星座构型优化设计方法.分析了光照因素对重访时间、所需卫星数目以及星座构型的影响,并通过仿真分析验证了算法的可行性.      

未知环境下无人机集群协同区域搜索算法

针对无人机集群在无先验信息的未知环境中协同搜索的问题,提出了一种以覆盖率为实时搜索奖励的无人机集群协同区域搜索算法。首先建立覆盖分布地图（CDM）来描述任务环境,并采用Hadamard积实现CDM的快速更新,继而基于CDM计算覆盖率来定量描述实时搜索效果。将无人机集群视为一个控制系统,基于分布式模型预测控制理论建立系统的预测模型,并将预测周期内最大覆盖率增量设为奖励函数,采用差分进化算法进行求解,得到最优解作为系统的最优输入。仿真结果表明,所提算法能够对区域进行覆盖搜索,在出现突发情况时,覆盖率远高于平行搜索方法。      

A few metrological aspects of the Gaia mission

The ESA space astrometry mission Gaia is designed to measure the positions, parallaxes and proper motions of more than one billion stars of our Galaxy brighter than 20 magnitude. The expected astrometric accuracies are in the range 7–25 μas for the point-like sources down to 15 mag. To achieve this staggering performance, several issues of highly accurate metrology must be solved and implemented on the spacecraft. In this paper, I discuss first some constraining principles to perform global astrometry in space, and then a couple of examples of the metrological issues currently faced by the design or to be encountered during the operations. One concerns the optimisation of the sky coverage with a scanning instrument like Gaia, and the other deals with the instrument stability and how the stringent requirements are met in practice.     

弯管式卫星网络与区域路由

卫星网络(SN)主要包括两种体系结构:星上处理(OBP)和弯管(BP).OBP由于性能高而得到广泛关注,而BP由于成本低仍然被一些系统所采用.BP系统没有星间链路(ISL),但需要地面信关站的支持.不同的BP系统有不同的信关站布局,系统不兼容将造成重复和浪费.区域路由(AR)方法是一种通用性较强的路由方法,既可以应用在OBP系统中,也可以应用在BP系统中.使用该方法可以让多种BP系统共享卫星和信关站资源.文中介绍了AR原理及其计算机模拟结果;引入了"连通分析",综合考虑了系统的连通性和覆盖率,深化BP系统的分析.      

海上夜间飞行的实时仿真

自然场景仿真是虚拟现实技术的重要部分,夜间海上飞行时,星空、月亮以及海面的倒影是独具特色的自然场景.为营造沉浸感强的夜海飞行虚拟现实系统,用粒子系统实现了星空的模拟,将星体动态闪烁现象演化为粒子生命的概念,并按照主导算法加扰动的思想实现星空随机性模拟;用特殊纹理融合算法模拟月亮及星月在海面的镜像,特殊纹理经过制作、着色和融合3个过程,并根据夜空景像在海面倒影的亮度衰减规律确定融合因子,将纹理和背景按照融合因子进行深度融合;最终实现了较逼真的夜海飞行虚拟现实系统.      

基于贪婪算法的近空间平台区域覆盖优化设计

为了实现近空间多平台对任意区域的协同覆盖观测,提出了一种近空间区域性覆盖优化设计方法.该方法针对问题建立了NP-hard集合覆盖模型,应用随机贪婪算法设计并优化平台的位置参数以及采用的波位.随机贪婪方法从贪婪算法得到的一个解出发,随机移除一定比例的平台,再用贪婪策略加入若干个平台,改进了原始贪婪算法对优解空间搜索不足的缺点,因此提高了解的优度,同时也避免了应用遗传算法、蚁群算法等智能搜索算法在解决此类问题时对全部子集族庞大的存储和复杂的计算.利用STK(Satellite Tool Kit)卫星仿真软件对四川汶川地区的优化设计结果进行了仿真,仿真结果给出了在100%覆盖的情况下平台的各参数信息,验证了该优化设计方法的有效性和智能性,为近空间区域覆盖设计提供了有力参考.