多敏感器卫星姿态确定的联邦滤波器设计

针对由惯性测量组件、星敏感器、数字式太阳敏感器和红外地球敏感器构成的卫星姿态确定系统 ,提出采用联邦滤波器进行信息融合。设计了多敏感器信息融合的联邦滤波器结构和算法 ,推导了卫星姿态确定的误差状态方程和各子系统的量测方程。仿真分析结果表明 ,采用联邦滤波器对多敏感器卫星姿态确定系统进行信息融合 ,能够以较小的计算量实现高精度的信息融合 ,并且还能使高精度的信息融合具备容错性能     

基于双观测器的卫星姿控系统敏感器故障隔离

卫星的姿态测量部件通常包括光学敏感器和惯性敏感器,这两类敏感器的故障隔离是卫星闭环姿控系统故障诊断的难点之一。利用双观测器方法实现两类敏感器的故障隔离,由卫星姿态运动学方程可知,这两类敏感器的输出存在解析冗余,可建立一个"虚拟"系统。对这个系统设计两个不同的观测器,其中一个是Kalman滤波器,能检测两类敏感器的故障;另一个是隔离观测器,能检测光学敏感器的故障,通过比较这两个观测器的输出残差,达到故障隔离的目的。将该方法应用于包含太阳敏感器、红外地球敏感器和陀螺的卫星姿控系统的故障诊断,数学仿真结果验证了这种方法的有效性。     

红外地球敏感器两种安装构型的性能比较

比较了两种安装构型的红外地球敏感器确定姿态的算法及其相应的性能。第一种构型：两个敏感器垂直安装;第二种构型：两个敏感器相对安装。研究结果表明两个红外地球敏感器相对安装的构型改善了卫星姿态确定的性能。     

太阳模拟器两轴回转控制系统研究

太阳敏感器是卫星控制系统中的一个重要部件,装星之前需要通过地面试验验证其各项功能及技术指标.本文针对太阳敏感器的地面测试设备——太阳模拟器两轴回转控制系统展开研究.该系统采用伺服电机与绝对式光电编码器相结合的方案,包括偏航与俯仰两个回转控制机构,主要用于改变太阳模拟器光轴的方向.给出了回转控制系统的组成和工作原理,并对影响系统精度的因素进行了分析.实验表明,回转系统的角度控制精度优于0.03°,满足该地面测试设备设计时提出的0.04°精度指标.      

利用摆动地球敏感器两个探测器输出的姿态确定

摆动地球敏感器是地球同步通信卫星控制系统的重要部件。这种敏感器主要用于卫星的姿态测量,测量量作为控制系统的输入信号计算控制输出量。摆动地球敏感器有4个探测器,目前在轨卫星的基本使用方法均为至少使用3个探测器的测量信息进行姿态确定。本文给出了使用2个探测器测量确定卫星姿态的计算方法,并结合实际情况给出了使用策略。这种姿态确定方法大大拓宽了地球敏感器的使用范围,增加了地球敏感器的冗余性,延长了部件的使用寿命。     

基于联合滤波器的高精度卫星定姿系统设计

设计了由陀螺、GPS姿态敏感器、红外地平仪和太阳敏感器构成的太阳同步极轨卫星姿态确定系统。提出联邦滤波器结构和算法,推导了各子系统的量测方程和姿态确定系统的误差状态方程。为规避对量测值进行非相关处理,采用减小GPS姿态敏感器输出的姿态滤波值作为系统滤波器量测值的频率的方法。仿真结果表明,采用联邦滤波器对多敏感器卫星姿态确定系统进行信息融合,具有计算量小、精度高、可靠性好等优点。     

一种利用CES软件鉴别月球干扰的方法

月球和太阳干扰圆锥扫描红外地球敏感器(CES)导致卫星姿态波动,使若干颗中低轨道卫星在轨出现整星进入全姿态捕获模式.针对这一问题提出了一种利用CES软件鉴别月球干扰的方法,并进行了地面试验验证,试验结果表明该方法不仅可以给出"见月球"标志,并且可以剔除月球和太阳对CES姿态测量的影响.试验结果与在轨飞行遥测数据完全吻合,证明该方法完全有效.     

摆动扫描式地球敏感器电信号源研究

摆动扫描式地球敏感器常采用电信号源作为激励参与卫星地面测试.为更真实揭示敏感器自身特性以及减小信号源误差,推导了敏感器测量方程和扫描方程,分析了电信号源的误差来源,并提出了改进的地球敏感器信号源实现算法.该方法概念清晰,计算量小.试验测试结果表明该算法提高了地球敏感器信号源精度.     

红外地球敏感器地面静电放电模拟试验方法研究

 设计了红外地球敏感器的地面模拟卫星静电放电试验方法。对卫星的空间环境以及结构特点的分析结果表明,地球同步静止轨道卫星表面存在静电放电的可能性。通过静电放电试验找到了红外地球敏感器易受干扰的部位并提出了解决措施。     

离轴反射式星敏感器地面标定设备光学系统设计

在星敏感器随航天器升空完成姿态测量任务之前,需在地面对其进行标定试验.为满足星敏感器更高精度标定要求,针对常规地面标定设备光学结构在应对大口径、长焦距、宽光谱需求时存在的弊端,设计了一种离轴光管作为准直光学系统,研究了离轴光管装调方法,并对像质进行了评价.重点研究了一套照明系统对星点亮度进行精确控制,采用LED阵列式背光板为光源,并利用照度计对光源亮度进行多次测试,测得的数据表明可对7个连续星等进行模拟,相邻星等间亮度模拟误差小于0.8%.所设计的光学系统可为研制深空探测星敏感器提供地面标定基础.      

太阳辐射对环火段通信链路的影响分析及参数设计

深空探测的上合阶段(superior solar conjunction,SSC)，太阳强辐射成为影响地面站接收噪声温度计算分析的关键性因素之一。针对太阳辐射引起的高传输误码率甚至通信中断问题，以火星探测为例，提出一种定量化计算环火段太阳 地面站 探测器夹角∠SEP的方法，结合角度关系分析了环火段SSC阶段太阳对链路产生影响的原因，重点分析了地面站接收太阳噪声温度与空间链路、空口参数以及天线波束特性之间的关系。研究及仿真试验表明，当天线口径一定时，地面站的接收噪温峰值Tsmax和太阳对地面站的影响时长ti均与通信频率成反比; 在通信频率一定时，Tsmax与天线口径成正比，t_i与天线口径成反比；当天线口径固定为34m时，S频段下的Tsmax高达12830K，是Ka频段下的1.8倍，S频段的ti比Ka频段下的ti表现在∠SEP上延长近0.5°。当通信频率固定为S频段时，70m口径天线与18m口径天线相比，Tsmax高出1920K，但是ti表现在∠SEP上缩短约0.53°。结合太阳辐射对通信链路的影响分析，给出了不同∠SEP下的链路参数设计建议，为火星探测链路中的参数设置提供参考。     

基于LED光源的运动式太阳模拟器控制系统

为了解决编码式太阳敏感器装星后现场的功能测试，研制了一种基于LED光源的运动式太阳模拟器，为该测试提供模拟的太阳光信号和太阳光矢量信号.基于太阳模拟器组成与工作原理，对光源辐亮度和矢量运动的控制系统进行研究.根据太阳光信号要求，通过光源选取与功率计算确定LED型号和个数，并采用压控恒流源驱动技术对光源辐亮度进行线性调节.根据太阳光矢量信号要求，通过负载扭矩与功率计算选取GUS-60型超声电机，采用16位绝对式编码器对运动角度进行测量，以数字信号处理器为主要器件对电机进行闭环反馈控制.测试结果表明，光源控制系统能够实现辐亮度在0～527.4W·m-2内线性可调，矢量运动装置在-15°～40°内的运动角度控制精度优于±0.01°，满足编码式太阳敏感器的测试要求.      

恒星地球模拟器的光学系统设计与精度模拟分析研究

为实现对敏感器的地面标定与精度测试, 需研制一套恒星地球模拟器, 要求其星间角距模拟精度优于10", 地球张角模拟精度优于0.05°. 通过设计高精度准直光学系统与高精度紫外准直光学系统, 实现了对星点位置与地球图像的无穷远距离模拟; 提出了星点位置模拟误差修正方法与地球图形模拟误差修正方法, 提高星间角距和地球张角的模拟精度.实测星间角距与地球张角模拟结果表明, 该模拟器的星间角距模拟精度优于10", 地球张角模拟精度优于0.02°.      

数字式地球敏感器信号源的研究

在卫星地面系统测试中,地球敏感器信号源(以下简称地球信号源)为地球敏感器提供电激励信号,参加控制系统开路、闭路试验。根据某公司的新一代数字式地球敏感器,本文详细叙述了数字式地球敏感器信号源的设计原理,给出了硬件组成图和软件流程图,分析了影响系统误差和随机误差的因素,并给出了一些解决办法。     

一种卫星天文自主定轨定姿方法研究

利用安装在卫星上的太阳敏感器和紫外敏感器测量出的卫星—太阳、卫星—地球和卫星一月球方向矢量，并利用雷达测高仪测出的地心距作为观测量，提出采用广义卡尔曼滤波方法实时地确定卫星绕地球飞行的轨道，同时确定出卫星的对地姿态．对自主定轨进行了数学仿真，分析比较了采样周期、轨道倾角、轨道偏心率和轨道高度等因素对定轨精度的影响．总结了其变化规律，该方法可用于提高卫星自主定轨精度．     

Solar sail near the Sun: Point-like and extended models of radiation source

Some modifications of solar sail radiation pressure forces on a plate and on a sphere for use in the numerical simulation of ‘local-optimal’ (or ‘instantaneously optimal’) trajectories of a spacecraft with a solar sail are suggested. The force model development is chronologically reviewed, including its connection with solar sail surface reflective and thermal properties. The sail surface is considered as partly absorbing, partly reflective (specular and diffuse), partly transparent. Thermal balance is specified because the spacecraft moves from circular Earth orbit to near-Sun regions and thermal limitations on the sail film are taken into account. A spherical sail-balloon can be used in near-Sun regions for scientific research beginning with the solar-synchronous orbit and moving outward from the Sun. The Sun is considered not only as a point-like source of radiation but also as an extended source of radiation which is assumed to be consequently as a point-like source of radiation, a uniformly bright flat solar disc and uniformly bright solar sphere.     

Model of the all-sky He II 30.4 nm solar flux

Because of the orbit characteristics of the vast majority of spacecraft, the solar flux has been generally measured at Earth or in the plane of the ecliptic. So far, most published studies did not consider the fact that the extreme ultraviolet (EUV) solar flux is largely anisotropic. Indeed, in the EUV, the distribution of very contrasted bright and dark features at the surface of the Sun produces both the obvious rotational (longitudinal) modulation of the flux, but also a strong latitudinal anisotropy. Although largely ignored up to now, the latitudinal anisotropy affects the physical conditions in the corona and heliosphere. We describe an empirical model of the all-sky He II 30.4 nm flux based on EIT/SOHO data. The 30.4 nm flux was found to be strongly anisotropic. The anisotropy I_pol/I_eq between the fluxes computed for viewpoints located above the solar poles and within the solar equatorial plane ranges from 0.9 at solar minimum to 0.6 at solar maximum. A 20% asymmetry was also discovered between the north and south polar fluxes.