应用双向时间传递的重力卫星时标误差自主测量

星间时标误差的自主测量对于中国自主研发地球重力卫星具有重要意义. 提出利用双向时间传递法实现重力卫星时标误差的自主测量, 设计了测量方案, 建立了包含卫星运动导致的链路非对称、电离层效应、设备零值以及随机测时误差在内的测量模型. 结合地球重力卫星相关特性, 分析了时标误差测量中各误差源的影响及相应的误差校正方法. 以GRACE重力卫星为例, 利用提出的方法和校正措施, 星间时标误差自主测量精度可以达到0.62ns, 其中误差主要来自系统零值标定误差和随机测时误差.      

GPS 测量大气折射模型研究

在精密ＧＰＳ测量中,大气折射改正误差是最大的误差源之一。研究大气折射理论,建立更加符合实际的模型,推导精确的改正公式,已成为ＧＰＳ测量研究中最重要的课题之一。文章对大气层折射理论进行了深入研究,建立了新的大气层模型,推导出了新的更精确的折射改正公式     

星载观测平台的视线测量误差分配

面向光学卫星观测平台的视线测量精度需求,研究了一种基于区间分析理论的误差分配方法.基于先进的卫星、转台、相机结构,建立了惯性系下空间相机与目标间的视线矢量测量模型及测量误差模型.根据区间分析理论,给出了误差灵敏度的评价方法.根据星载观测平台的工作空间,得到了各项误差源在三个轴向上的全域最大灵敏度.以全域最大灵敏度为权重系数,建立了星载观测平台视线测量的误差分配模型,通过遗传算法将13项误差源的可行区间松弛致最大.Monte Carlo仿真验证了该误差分配方法的有效性,该方法也同样适用于机载、车载等观测平台的误差分配研究.     

星载观测平台的视线误差分析

为分析星载观测平台各项误差源对视线测量精度的影响,研究了一种基于多参量的视线测量误差建模与评价方法.不同于以往卫星、相机的空间测量方式,针对卫星、转台、相机的观测结构,构建了从惯性空间到光学传感器像平面的目标成像模型及星载观测平台视线测量模型.通过推导星载观测平台视线测量误差与观测中13项误差源的关系,提出一种基于灵敏度分析的误差评价方法,并在三个轴向上分析了各项误差源对星载观测平台视线测量精度的影响.利用蒙特卡罗仿真试验验证了理论模型的有效性.结果表明,卫星轨道误差、卫星姿态误差、载荷平台角振动误差、内外框架转动误差、像平面目标像点的位置量化误差是影响星载观测平台视线测量精度的主要因素.该方法能够科学评估各项误差源对星载观测平台视线测量精度的影响,对星载观测平台的总体设计具有重要的应用价值.      

差分 GPS 鉴定地基雷达测量系统精度的方法研究

提出了利用差分ＧＰＳ分析地面雷测系统跟踪误差的思想,详细分析了各种误差源,建立了一组简洁的差分ＧＰＳ模型,构造了测量数据的比对分析算法以及具有良好抗野值能力的误差偏差最优统计算法,并利用模拟数据进行了仿真计算     

低温环境下红外辐射标定技术研究

低温环境下红外场景生成装置的标定是对低温红外目标特征评估和精准探测的前提。通过标定过程中热辐射-光子-电子转换测量的传递途径,建立基于红外热像仪灰度的低温标定模型,用最小二乘法进行拟合,得到模型中的辐射出射度响应函数和系统固有偏置。搭建了低温标定实验装置,根据热像仪对低温辐射源不同辐射出射度的测量结果,得到标定方程。分析了理论值和实际测量值的误差,在低温黑体辐射出射度9.79W/m2处,热像仪的辐射出射度误差最大,为-0.17W/m2,此时的灰度误差为-9.91DN。     

基于最小二乘拟合法的分布式POS全局估计方法

针对无法保证各子阵天线附近均安装高精度子惯性测量单元（IMU）的问题，提出了一种基于最小二乘拟合的分布式位置姿态测量系统（POS）全局估计方法。首先，建立了考虑一维柔性变形角的主/子传递对准误差模型；然后，采用卡尔曼滤波（KF）估计已安装子IMU的子阵天线运动参数；最后，在已获取运动参数的基础上，采用最小二乘拟合估计未安装子IMU的子阵天线运动参数。半物理仿真实验结果表明，所提方法精确实现了阵列天线运动参数的全局估计，且未安装子IMU的子阵天线运动参数估计精度与相邻的子阵天线运动参数估计精度相当。      

新型快速传递对准方法

针对惯性导航系统的动基座传递对准问题,提出了速度加姿态加角速率组合匹配法.用来自主、子惯导的3组参数信息作观测量,通过卡尔曼滤波法迅速准确地估计出失准角及安装误差角等状态量,以便精确地对子惯导系统进行初始化.根据传递对准的基本原理,设计了载体结构挠曲运动统计模型,建立了状态方程及量测方程.同条件仿真结果表明:这种方法与速度加姿态匹配和速度加角速率匹配的对准精度相当,但估计速度约为这两种方法的2倍.可用于机载或舰载战术导弹武器系统,有效减小导航误差和制导误差.     

频率稳定度测量系统的参考频率源

近年来,无线电通讯、雷达技术、空间技术、计测技术等对其频率源的短期频率稳定度的要求越来越高。频率源的短稳指标甚至成为一些工程系统的主要误差源.随着频率源短期频率稳定度性能的迅速提高,建立适应各种频率短稳指标测试用的测量系统,业已提到日程上来。在有源法短稳测试系统中,参考源的低噪声特性在测试系统中起着决定性的作用.本文就有源频率稳定度测试系统对参考源的一般要求和选择方法以及如何充分利用所选用的参考源等进行了讨论,并对两个所选用的参考源系统的性能指标做了简单介绍.     

电缆长度辅助的光纤陀螺测斜仪组合测量方法

为实现光纤陀螺(FOG)测斜仪高精度长时间测量,结合测井作业方式,提出基于卡尔曼滤波技术的电缆长度信息辅助的组合测量方法.介绍了捷联惯性测量系统(ISS)误差模型和电缆长度测量模型,设计了组合测量方法的总体方案,建立了组合测量系统误差状态模型及量测更新模型.采用半实物仿真计算对本文提出的组合测量方法进行了验证.仿真结果表明:14 400 s的仿真过程,井斜角误差小于0.02°,工具面角误差小于0.12°,方位角误差小于0.98°,位置误差小于47.5 m.相比纯惯性测量,误差得到了有效的抑制,保证了仪器长时间保精度的测量,提高了仪器的性能.      

空间预警系统的视线测量误差特性研究

在空间预警系统中 ,深入分析和研究视线测量误差的特性很重要。根据已建立的红外凝视相机误差模型 ,对视线测量误差的点分布、误差传播矩阵和误差空间图进行了研究 ,得到了一些很好的结论。此外在不考虑卫星观测平台误差的情况下 ,还设计了直接产生随机测角误差的算法。     

A novel system parameters design and performance analysis method for Distributed Satellite-borne SAR system

As a promising new technology emerged in recent years, the Distributed Satellite-borne SAR (DSS) system with Interferometric Synthetic Aperture Radar (InSAR) imaging capability has been recognized by the remote sensing community as an integrated part of the spaceborne earth observation system. However, most researches on DSS were focused on individual aspects of system design/analysis and data processing, while few studies have been dedicated to establishing a standard methodological framework for universal DSS system design. Aiming at this problem, the topics of DSS system error analysis and design method are investigated in this paper. Firstly, a rigorous error propagation model of height measurement is theoretically derived from the DSS InSAR imaging geometry, and the impact of each error sources in this model on the height measurement accuracy is analyzed individually. In particular, the baseline length and its measurement error in the InSAR imaging plane are identified as the dominant factors. Second, a new method for DSS system design is proposed based on our analyses with the error propagation model. This method consists of two important phases, namely collaboration design and monostatic design. The major objective of collaboration design is to determine the configuration and parameters for the coordination between satellites in the DSS system. Afterwards, the key parameters for single satellite and the payload are determined by the monostatic design. Thirdly, a system performance analysis method is developed to comprehensively evaluate the performance of the pre-designed DSS system. In the next section, a typical example of DSS system design is given to demonstrate the effectiveness of the proposed system design and analysis methods. The target DSS system has the same goal and hardware configuration as the TanDEM-X mission. Finally, the conclusion is drawn with our major findings are presented.     

SINS快速传递对准建模与仿真

针对空间武器捷联惯性导航系统SINS(Strapdown Inertial Navigation System)动基座快速、精确初始对准问题,建立了空间环境下武器SINS的动基座误差模型,并考虑武器SINS的惯性器件误差.根据姿态传递对准原理,推导了姿态匹配方式下卫星与武器SINS姿态角之差的量测方程.在此基础上,建立了空间武器SINS传递对准的数学模型,设计一种快速对准卡尔曼滤波器.计算机仿真结果验证了该模型的有效性.在10s时间内,可获得与卫星姿态测量系统姿态精度相当的对准精度,同时还能实现武器SINS惯性器件误差的准确标定.      

Modeling and analysis of Earth’s gravity field measurement performance by inner-formation flying system

The Earth’s gravity field can be measured with high precision by constructing the purely gravitational orbit of the inner-satellite in Inner-formation Flying System (IFS), which is independently proposed by Chinese scholars and offers a new way to carry out gravity field measurement by satellite without accelerometers. In IFS, for the purpose of quickly evaluating the highest degree of recovered gravity field model and geoid error as well as analyzing the influence of system parameters on gravity field measurement, an analytical formula was established by spectral analysis method. The formula can reflect the analytical relationship between gravity field measurement performance and system parameters such as orbit altitude, the inner-satellite orbit determination error, the inner-satellite residual disturbances, data sampling interval and total measurement time. This analytical formula was then corrected by four factors introduced from numerical simulation of IFS gravity field measurement. By comparing computation results from corrected analytical formula and the actual gravity field measurement performance by CHAMP, the correctness and rationality of this analytical formula were verified. Based on this analytical formula, the influences of system parameters on IFS gravity field measurement were analyzed. It is known that gravity field measurement performance is a monotone decreasing function of orbit altitude, the inner-satellite orbit determination error, the inner-satellite residual disturbances, data sampling interval and the reciprocal of total measurement time. There is a match relationship between the inner-satellite orbit determination error and residual disturbances, in other words, the change rate of gravity field measurement performance with one of them is seriously restricted by their relative size. The analytical formula can be used to quantitatively evaluate gravity field measurement performance fast and design IFS parameters optimally. It is noted that the analytical formula and corresponding conclusions are applied to any gravity satellite which measures gravity field by satellite perturbation orbit.     

卫星姿态控制系统执行器微小故障检测方法

针对卫星姿态控制系统执行器微小故障检测问题,提出一种基于神经网络干扰观测器的微小故障检测方法。该方法利用卫星姿态控制系统内的冗余关系,分别构建陀螺干扰观测器和干扰力矩观测器,对系统内的测量误差、扰动等进行估计,并对故障检测观测器进行扰动补偿,提高对执行器微小故障的检测能力。仿真结果表明,与基于解析模型的方法相比,该方法能够较精确地对解析模型的误差进行补偿,明显降低了检测阈值,实现了对扰动掩盖下的微小执行器故障检测。      

推力架测试系统误差的研究

针对卫星推进系统小推力测量的特点,主要是分析推力架系统所带来的推力误差,对引起推力误差的因素进行了分析研究,并提出了误差相应的解决方法和试验数据处理方法     

一种平面约束辅助测量的深空探测器自主天文导航方法

深空探测任务中自主导航测量误差是影响深空探测自主导航系统精度的主要影响因素。针对抑制自主导航测量误差的问题,提出一种平面约束辅助测量的深空探测器自主天文导航方法,该方法在对系统非线性不等式几何平面约束建模的基础上,利用序列二次规划(Sequential Quadratic Programming,SQP)非线性规划方法,对深空探测器自主天文导航系统的非线性不等式约束进行非线性规划,直接辅助减小深空探测器自主导航系统的量测误差;利用CKF-SQP量测优化非线性约束滤波方法,对深空探测器自主导航系统的状态进行估计,进一步减小系统随机误差。仿真结果表明:所提方法可以有效抑制测量误差,实现深空探测器高精度自主导航。该方法可为深空探测器提供一种可行的高精度自主导航方法。     

深空测角测速组合导航系统时间配准方法研究

深空测角测速组合导航系统通过测角信息与测速信息融合,获取探测器位置、速度等参数,具有连续、自主、实时、高精度的优点。在深空测角测速组合导航系统多源信息融合过程中,要求各敏感器数据必须是统一时间基准。基于天文测角测速组合导航系统基本原理,阐述了在实际系统中,测角敏感器、测速敏感器由于时间基准误差、采样周期不一致、数据传输时延等都会造成时间不同步,而时间误差对位置和速度测量信息会带来很大的影响。本文分析时间误差在深空测角测速组合导航系统位置估计和速度估计中的作用机理,研究基于内插外推方法的时间配准方法,实现了测角敏感器与测速敏感器量测信息的同步。数学仿真结果表明,内插外推时间配准算法可有效抑制时间误差,提高深空测角测速组合导航系统导航精度。     

基于抗差自适应滤波的轨道在线检测

针对测量机器人在大型导轨检测中的应用设计了一套动态跟踪检测系统。由于受各种干扰的影响,系统测量得到的测量值与目标真实状态往往不尽相同,因此提出了一种基于Singer模型的抗差自适应滤波算法。首先,采用Singer模型建立目标的运动模型;在此基础上,发展了抗差自适应滤波技术来进行在线测量数据处理;最后,进行了轨道检测的跟踪测量应用。结果证明,该系统未经滤波处理时的测量误差能够达到mm级,通过滤波能够对测量数据进行平滑处理,准确定位误差点,降低了检测误差,能够满足长轨道在线检测的准确度要求。