基于图像位移的低轨卫星自主导航技术

利用高速相机测得的地面图形相对卫星的位移,结合星敏感器测得的姿态信息,基于卫星相对地面的速度是一个非线性变化过程这一事实,实现低轨卫星的自主导航.相对于传统的陆标识别自主导航,该方法不需识别地面物体或景象,只需利用图像之间的位移关系,经相关性分析后,便可获得卫星相对于地面的速度信息.因此,不需要存储地面物体或景象的先验信息,故减轻了存储负担.文中还构建了系统的状态方程和量测方程,采用卡尔曼滤波器进行信息滤波.仿真分析显示,该系统具有较好的自主导航精度,可以应用于低轨卫星的自主导航.     

基于X射线脉冲星的新型卫星天文导航

基于X射线脉冲星导航（XNAV）是一种新型的卫星自主导航技术。使用卫星上的相位测量值和脉冲星钟预报的相位值,可以确定卫星的位置和速度。由探测到的脉冲相位,计算出沿着脉冲星视线方向的卫星相对于地心的距离。同时测量三颗脉冲星,就可以计算出卫星在惯性系下的位置。结合距离测量方程和轨道动力学,设计了广义卡尔曼滤波算法。仿真验证表明,该导航算法能实现卫星的精确导航,定轨精度在百米以内。此外还分析了影响导航性能的因素。     

空间信息网络的中断容忍路由策略

在大规模空间信息网络中,频繁的星间链路(Inter-satellite link,ISL)切换会导致业务中断.与地面网络相比,传统的分布式/集中式路由策略的路由收敛时间过长,其原因是星间链路时延和链路状态同步时间长.在路由收敛过程中,由于缺乏最新的链路状态信息,可能会导致严重的丢包.考虑到卫星星座的星间链路切换是可预测...     

基于星载GPS双频观测值的简化动力学定轨方法

论述了基于低轨卫星星载GPS双频观测值的精密单点定位技术的简化动力学定轨方法的数学模型,分析了简化动力学定轨中的关键问题--伪随机脉冲的设置问题及其对定轨精度的影响.最后结合CHAMP卫星实测GPS数据,利用简化的动力学定轨方法对CHAMP进行定轨.算例结果表明,伪随机脉冲的设置可以有效吸收力学模型误差的影响,因而定轨精度较稳定.根据一个星期的CHAMP星载GPS跟踪数据计算的CHAMP轨道,同德国慕尼黑工业大学TUM计算的CHAMP轨道相比,均方根误差(RMS)在10 cm以内.     

低轨卫星互联网技术架构及地面验证方法

为了满足全时段全地域高速数据速率需求以及应对各国对空间资源日益激烈的竞争,被列入新基建范畴的低轨（Low earth orbit, LEO）卫星互联网已成为最具前景的解决方案之一。基于“通导遥一体化设计”理念,本文提出一种以“星间组网+星上处理+跳波束”为主要特征的系统技术架构。该架构对星间激光通信、高速星上路由处理、宽带跳波束等各项关键技术进行分析,并给出一种针对包含首颗发射卫星的低轨卫星互联网的地面试验验证方法。本文提出的卫星网络体系结构、关键技术解决方案和在轨验证结果,对我国卫星互联网的建设和发展具有有益的探索和借鉴意义。     

GPS+BDS组合的实时定轨技术

为了改善卫星几何分布,提高低轨（Low earth orbit, LEO）卫星实时定轨的精度与可靠性,提出了北斗卫星导航系统（Beidou navigation satellite sy stem, BDS）与全球定位导航系统（Global positioning system, GPS）组合模型。组合模型基于加权最小二乘法（Weighted least square, WLS）,利用伪距观测量建立观测模型,实时估计LEO卫星位置。目前,LEO卫星尚未装备星载BDS+GPS双模接收机,为验证算法可行性,利用GPS/BDS卫星星历文件与STK软件仿真生成实验数据。实验结果表明,BDS+GPS组合模型较GPS系统模型精度至少提高26%。     

中国区域卫星导航系统星座的方案探讨

首先简要介绍了欧洲、日本发展卫星定位导航系统的情况。阐述了我国第二代区域卫星导航系统的必要性。指出了采用因轨道同步卫星和静止星的星座方案的优缺点。用计算机仿真详细研究了倾斜椭圆轨道同步卫星的轨道参数与定位性能关系。设计了一个静止卫星和椭圆同步卫星组成的7星星座，并且评估了该星座在我国及周边地区的性能。仿真计算表明，这种星座能够满足现阶段我国区域导航系统需要。     

考虑轨控调姿的共面椭圆轨道寻的交会

在交会对接寻的段,为了保证自主测量导航设备的连续跟踪和追踪航天器飞行姿态的稳定,要求寻的段尽量采用水平脉冲进行控制,使对地定向的追踪航天器在寻的轨控期间尽量不调姿或调整的姿态角尽量小。本文考虑轨控前调姿的航天器两脉冲寻的交会问题,提出了轨控调姿定量指标并给出了物理解释和数学定义。根据轨控调姿位置和次数不同,将问题分为首脉冲不调姿、末脉冲不调姿、两次均不调姿和两次均调姿等4类。对于前3类问题,提出迭代求解算法;对于第4类问题,提出非线性规划求解算法。最后,将调姿指标和特征速度的等值曲线叠加,提出了"交会参数设计图",可以快速直观地筛选出满足期望指标的交会参数集,辅助交会策略的制定。仿真结果验证了本文提出方法的有效性。     

面向巨型星座卫星网络的小区呼吸方案

相较于地面网络,低轨巨型星座可以提供覆盖全球的低延迟高带宽互联网服务.卫星网络的时变拓扑和不均匀的用户分布导致了卫星与用户之间的不匹配,进而造成卫星资源的浪费和用户性能的下降.传统地面的小区呼吸在面对用户潮汐时,一般通过与邻居不断协商收敛到最优小区大小,然而这种方法在面对卫星快速移动引起的快速极端流量变化时难以及时收敛...     

基于模糊调节无迹卡尔曼滤波器的地磁定轨研究（英文）

地磁定轨系统适合于对仪器复用率要求高的微纳卫星使用。考虑到地磁定轨系统的性能受限于地磁偏差,本文设计了模糊调节器,并构建了模糊调节无迹卡尔曼滤波器。将地磁偏差建模为随机游走,并将其变化率作为调节器的输入量,经模糊处理后,自适应调节滤波器的参数。SWARM-A卫星的实测数据实验表明,该算法可有效提升地磁偏差的估计精度,从而提升地磁定轨系统的性能。相较于传统的无迹卡尔曼滤波器,该算法的收敛速度更快,精度也更高,其位置误差均方根值为3.1 km.     

圆轨道同步卫星在区域导航系统中应用研究

阐述了我国建立第二代卫星导航系统的必要性和区域性卫星导航系统的特点，进一步研究了倾斜圆轨道同步卫星在区域导航系统中的应用，最后设计了一种静止卫星和倾斜圆轨道同步卫星相结合的星座,并且初步研究了它的性能，通过仿真教育处表明，实现区域卫星导航系统是可行的。     

Impact Analysis of Solar Irradiance Change on Precision Orbit Determination of Navigation Satellites

Solar radiation pressure is the main driving force and error source for precision orbit determination of navigation satellites. It is proportional to the solar irradiance,which is the"sun constant". In regular calculation,the"solar constant"is regard as a constant. However,due to the existence of sunspots,flares,etc.,the solar constant is not fixed,the change in the year is about 1%. To investigate the variation of solar irradiance,we use interpolation and average segment modeling of total solar irradiance data of SORCE,establishing variance solar radiation pressure(VARSRP)model and average solar radiation pressure(AVESRP)model based on the built solar pressure model(SRPM)(constant model). According to observation data of global positioning system(GPS)and Beidou system(BDS)in 2015 and comparing the solar pressure acceleration of VARSRP,AVESRP and SRPM,the magnitude of change can reach 10-10 m/s~2. In addition,according to the satellite precise orbit determination,for GPS satellites,the results of VARSRP and AVESRP are slightly smaller than those of the SRPM model,and the improvement is between 0.1 to 0.5 mm. For geosynchronous orbit(GEO)satellites of BDS,The AVESRP and VARSRP have an improvement of 3.5 mm and 4.0 mm,respectively,based on overlapping arc,and SLR check results show the AVESRP model and the VARSRP model is improved by 2.3 mm and 3.5 mm,respectively. Moreover,the change of inclined geosynchronous orbit(IGSO)satellites and medium earth orbit(MEO)satellites is relatively small,and the improvement is smaller than 0.5 mm.     

基于OPNET的低轨卫星的点波束确定算法(英文)

低轨道卫星通信网络具有低时延的全球覆盖优势。文中提出了一种新的低轨卫星的波束判断方法。该方法首先需要确定用户是否在中心波束,如果不在中心波束,通过两个步骤确定用户所在的边缘波束:第一步采用二维波束算法;第二步采用三维波束算法。基于这些算法,在OPNET平台上实现了具有动态节点和网络协议的铱星通信仿真系统,并获得仿真结果。结果显示,最长可视时间准则明显增加了卫星服务的时间,并且验证了波束宽度模型的应用。     

基于最小偏度采样的卫星自主导航SRUKF算法

针对航天器自主导航系统对可靠性、精确性和实时性的要求,将最小偏度采样策略和平方根Unscented卡尔曼滤波(SRUKF)算法相结合,提出了一种改进型SRUKF算法,该算法在保证滤波精度和标准Unscented卡尔曼滤波(UKF)算法相当的条件下,通过引入最小偏度采样减少了采样点数,提高了计算速度,以协方差阵的平方根代替协方差阵参加递推运算,减少了计算机舍入误差.将该算法应用于磁强计/雷达高度计组合导航系统中,仿真结果表明:该算法保证了估计精度,较大地减轻了计算负担,具有算法简单、计算效率较高的特点,能够满足卫星自主导航系统的要求.     

GPS导航定位中周跳探测和修复方法

提出了一种基于双频观测数据的单历元周跳探测和修复方法.该方法分三步实现:(1)将上一历元的模糊度代入当前历元的观测方程,消去模糊度参数;(2)利用拟准检定法检测当前历元是否有异常观测,若有,则判断出发生周跳的卫星;(3)利用LAMBDA方法计算出周跳,与前一历元的模糊度相加,即为当前历元的模糊度.该方法能准确判定出异常观测,即发生周跳的卫星.文中算例与其他方法作了比较,结果验证该方案是可行性的.     

An Orbit Determination Using SGP4 Propagator and Doppler Shifts for CubeSats

The two line elements(TLEs),released by the North American Aerospace Defense Command(NORAD),are chosen for CubeSats' mission operators.Unfortunately,they have errors and other accompanied problems,which cause large deviations in the in-track component.When a TLE value is available at a certain epoch,the dominant error is the angular error.It is proposed to correct the angular error by solving-for the mean argument of latitude at the desired epoch.A batch least squares technique and range rate measurements are used for the correction process.With the assistance of satellite tool kit(STK)software and Matlab,a simulation to verify the orbit determination(OD)technique is implemented.This paper provides an angular correction low cost OD method and presents a complete analysis for various test cases.This approach maintains high accuracy in cross-track and radial and makes great improvement in in-track at the same time,but it is exclusive for circular orbits.When it is applied to an elliptical orbit,the error will be unacceptable.Therefore,the angular error is corrected using the longitude of periapsis which totally mitigates the error at the epoch under consideration.For inclinations less than 20 o,the mean longitude is preferred for the angular correction as it provides more accuracy compared with the mean argument of latitude.     

A Generic Plug-and-Play Navigation Fusion Strategy for Land Vehicles in GNSS-Denied Environment

Achieving accurate navigation information by integrating multiple sensors is key to the safe operation of land vehicles in global navigation satellite system(GNSS)-denied environment. However,current multi-sensor fusion methods are based on stovepipe architecture,which is optimized with custom fusion strategy for specific sensors. Seeking to develop adaptable navigation that allows rapid integration of any combination of sensors to obtain robust and high-precision navigation solutions in GNSS-denied environment,we propose a generic plug-and-play fusion strategy to estimate land vehicle states. The proposed strategy can handle different sensors in a plug-and-play manner as sensors are abstracted and represented by generic models,which allows rapid reconfiguration whenever a sensor signal is additional or lost during operation. Relative estimations are fused with absolute sensors based on improved factor graph,which includes sensors' error parameters in the non-linear optimization process to conduct sensor online calibration. We evaluate the performance of our approach using a land vehicle equipped with a global positioning system(GPS) receiver as well as inertial measurement unit(IMU),camera,wireless sensor and odometer. GPS is not integrated into the system but treated as ground truth. Results are compared with the most common filtering-based fusion algorithm. It shows that our strategy can process low-quality input sources in a plug-and-play and robust manner and its performance outperforms filtering-based method in GNSS-denied environment.