一种高精度区域对流层延迟模型及验证

对流层延迟模型精度是影响我国深空探测干涉测量系统实时处理精度的因素之一。不同于传统的对流层天顶延迟和映射函数单独建模,建立一种同时考虑对流层天顶延迟和映射函数的混合模型。将测站不同仰角的对流层延迟观测数据作为输入,给出模型参数确定算法。通过将EGNOS模型和文中模型的预报值与深空站实测值进行比对,验证模型精度。计算结果表明,利用EGNOS模型,10°仰角时模型预报值与实测值差异高达2.6m,而采用文中模型,仰角大于等于10°时,预报值与实测值差异不超过0.25m,精度提高约1个数量级。文中建立的混合模型对我国深空探测干涉测量系统中数据的实时处理具有较高的应用价值。     

数据融合的对流层天顶延迟估计方法

为提高对流层天顶延迟(Zenith tropospheric delay，ZTD)的估计性能，提出了基于数据融合的ZTD估计方法。估计干延迟采用Saastamoinen模型，估计湿延迟采用Askne模型，地表气象测量设备提供给两模型所需的气压、温度以及水汽压，Askne模型所需的加权温度、温度变化率和湿度变化率由全球气压和温度2w(Global pressure and temperature 2w，GPT2w)模型提供。当气象测量设备不可用时，上述所有气象参数均来自于GPT2w模型。利用国际GPS服务(International GPS service, IGS)提供的数据进行验证，结果表明：当地表测量设备存在时，所提方法较Saastamoinen模型提高了8mm；当全部气象参数来自GPT2w时，本方法较GPT2w+Saastamoinen模型提高了8.1mm；对于季节分明的测站，误差趋势同样具备季节性；对于海拔高和气候干燥的的测站，估计误差较小。     

一种辅助轨道确定的相对干涉测量方法研究

在嫦娥四号中继星任务期间某次干涉测量标校射电源观测无效、微卫星轨控后预报星历无法提供精确时延模型的背景下,提出了一种为微卫星轨控后轨道确定提供辅助约束测量信息的方法。该方法通过迭代相关处理修正时延模型,解决了轨控后微卫星预报星历不准的难题;利用中继星观测估计系统时延并修正微卫星干涉测量观测量,得到了实时条件下微卫星干涉测量观测信息,与事后相关处理结果的偏差约为4. 2ns(约1. 2m)。进一步分析了相对干涉测量中的误差因素,结果表明相对干涉测量的随机误差约2ns,与事后相关处理精度相当。最后,给出了应用于辅助探测器轨道确定的相对干涉测量数据处理方案,为后续相关背景下的干涉测量提供参考。     

基于测角信息的测量数据折射误差修正方法研究

光学设备测量数据因精度高而一般成为雷达精度校飞、实测数据固定偏差估计的比较标准。然而，受各种因素干扰，光测数据同样地包含一定误差，其中光、电波折射误差是其最主要误差之一。因此，如何精确修正测量信号的大气折射误差，往往成为影响数据处理精度的主要因素。首先给出了利用测角信息交会计算目标坐标的方法，并从大气模型入手，针对光学测量数据的特点，建立了精确的光波折射误差修正模型，并给出了在线算法。仿真证明，该方法在保证计算速度前提下，可极大地提高数据处理的精度。     

GNSS观测数据ZTD建模的质量控制方法

针对目前基于GNSS观测数据的对流层天顶总延迟(ZTD)模型缺乏有效质量控制手段的现状,提出了一套综合考虑数据量、网格分辨率以及模型稳定性的ZTD建模质量控制方法,并采用内华达大地测量实验室(NGL)解算的高空间分辨率GNSS对流层数据,选取了近十年德国及周边区域[47°N-55°N,5°E-15°E]183个测站的实测ZTD,对该方法进行了校验。实验结果表明:在该质量控制方法下建立的新模型精度稳定,平均均方根误差(RMS)为3.4 cm,相对于UNB3m、EGNOS、GPT2w+Saas平均改善了42.4%、35.8%、33.3%。本文提出的质量控制方法有效提升了基于GNSS观测数据的ZTD模型的性能,对于ZTD建模研究具有一定的参考价值。     

基于区域网格化的空间目标光学特性计算方法

为了精确计算空间目标光学特性,基于区域分解和网格划分的方法建立了空间目标光学特性计算模型。首先把目标表面分解为若干材料属性单一且易于数学描述的区域;对划分后的区域进行网格划分;对划分后的网格面元进行遮挡与掩蔽分析,给出有效面元的判断准则;最后结合表面材料的双向反射分布函数建立了目标的光学特性计算模型。为了验证计算模型的精确性,搭建了空间目标缩比模型测量平台。当入射天顶角为10°、20°和30°时,缩比模型理论计算结果与实验测量数据的相对均方根误差分别为8.89%、9.39%和8.00%,均小于10%,验证了所建目标光学特性计算模型的准确性。     

机器人铣削加工动态变形误差预测与在线感知

航天舱段零件的机器人铣削加工中,强激励铣削力作用下的动态加工变形是影响加工精度的重要因素,复杂工况下动态误差的离线理论预测难以准确反映实际变形误差。为此,考虑加工过程中复杂工况下不确定性因素对动态变形误差的影响,本文提出了融合在线测量位姿、力数据的动态误差预测方法。首先,建立动态变形误差理论预测模型,引入加工误差预测偏差项;其次,结合有限实验数据对预测偏差的影响因素进行主成分分析(PCA),提取信息贡献率大的主成分作为特征向量,利用支持向量机(SVM)建立预测偏差关于特征向量的动态误差预测回归模型;最后,构建基于机器人关节位置和切削力测量数据的加工动态误差预测模型,实现动态误差在线感知,为加工精度控制提供数据基础。     

基于空间变异特性的格网电离层延迟估计方法

广域增强系统采用格网模型校正用户电离层延迟误差,为保证理想的校正效果,必须精确估计格网点电离层延迟。电离层延迟的空间相关性是完成这一估计的理论依据。针对传统反距离加权法因不能准确描述这种空间相关性而使得估计效果受限的问题,依据空间统计学原理建立了电离层延迟空间变异函数模型,提出一种新的权值计算方法,并通过实际观测数据进行了仿真验证。结果表明,相比于传统方法,这一方法能明显改善格网点电离层延迟估计效果,尤其在穿透点观测数据稀疏的区域,其改善效果更为明显。     

红外地球敏感器测量误差分析及修正方法

红外地球敏感器作为卫星平台重要设备，在对地指向、姿态测量和天文自主导航等方面发挥着重要作用，高精度的地球敏感器量对于提高卫星姿态控制和天文自主导航精度具有重要意义。本文通过分析地敏测量误差的影响因素，提出随季节变化的地球CO2辐射特性是影响地敏测量精度的重要因素;根据地球辐射模型构建了地敏测量修正方法，结合在轨实测数据分析验证，证明可以大大降低由地球辐射不均匀引发的误差，有效压缩地敏在轨测量误差。     

导弹气动特性工程计算通用程序设计与研究

以三级以下弹箭常见的气动外形为计算模型，编制了气动特性工程计算通用程序（ADM系统），该软件适用于计算马赫数0～10、飞行攻角0～30°范围内多种火箭和导弹的气动参数。利用风洞实验数据详细检验了计算误差，除跨音速段外，升力、阻力系数计算误差分别小于3％和3．5％，压心系数误差小于1％。经过防雹火箭和探空火箭使用验证，该程序用于火箭设计是可靠的。     

连线干涉测量信号处理方法及实验验证

干涉测量技术是深空探测任务中高精度获取导航数据观测量的重要技术手段。阐述连线干涉测量原理,详细推导干涉测量信号处理算法,用于准确提取反映航天器测角信息的时延观测量。分析信号处理数学模型,通过仿真验证算法的有效性。由于连线干涉测量具有严格的时间同步特性,同时消除了传播介质公共误差对信号的影响,通过搭建连线干涉测量实验系统实际采集地球同步卫星信号进行分析,结果表明实验成功获取了清晰的干涉条纹,得到高精度的时延观测量信息,从而验证了连线干涉测量信号处理方法的有效性。     

一种弹道修正弹SINS任意滚转角快速粗对准方法

针对弹道修正弹药出炮口后滚转角处于随机状态,捷联惯导系统(SINS)失准角过大时卡尔曼滤波收敛困难的问题,提出在卫星拒止环境下利用神经网络快速估计初始滚转角的改进方法。在炮口处布设少量导航信标,建立反向传播(BP)神经网络拟合初始滚转角与观测量间的非线性映射模型。针对信标辅助下姿态弱可观的问题,引入惯导测量参数作为输入,提高网络估计精度。采用主成分分析法进行特征提取,简化网络结构。仿真结果表明,与基于非线性卡尔曼滤波的对准方法相比,本算法可实现任意滚转角下的快速粗对准;对射角、初始俯仰角误差未在训练范围内以及存在布设误差等场景也进行了测试,与未优化的BP网络相比,对准精度更高,鲁棒性更好。     

连接单元干涉测量技术应用于嫦娥二号卫星测轨实验

为了支持月球、火星等探测任务,我国正在组织开展深空干涉测量信号处理中心的建设工作。在嫦娥二号卫星在轨运行期间,利用连接单元干涉测量系统对卫星下行的数传信号进行采集记录,应用自行开发的数据处理软件获得了清晰的干涉条纹,同时时延计算结果与理论轨道具有较高的一致性,精度优于纳秒级。测轨实验验证了数据处理算法的正确性,证明了应用连接单元干涉技术进行卫星测轨的可行性。文章的分析和结论可为后续深入开展深空干涉测量信号处理中心建设提供技术储备。     

应用激光测高仪提高测绘卫星定位精度的研究

双线阵立体测绘卫星定位对外方位元素的测量精度要求高,然而布设控制点成本高,缺少全世界范围内的控制点。针对这一问题,提出应用星载激光测高仪提高定位精度的方法。首先,分析了双线阵立体测绘卫星和激光测高仪的误差特性,即测绘相机定位精度受外方位角元素影响比较大,激光测高仪高程精度受角元素影响相对较小。然后,论证了用激光测高仪提高定位精度的可行性。在相同的卫星平台定向辅助数据下,激光测高仪高程精度要比测绘相机高得多,可以作为高程约束提高定位精度。最后,应用光束法平差原理对激光测高数据作为高程约束进行了仿真试验。结果表明,加入激光测高数据可将双线阵立体测绘卫星的高程精度由8.0m提高到约3.5m。此方法可为实现全球无控制点测绘提供一定参考。     

同波束干涉测量差分相时延观测模型研究及验证

针对月球轨道交会对接地面高精度引导需求,对同波束干涉测量差分相延观测模型进行分析验证。根据甚长基线干涉测量几何时延观测量同一波前的定义,推导出同波束差分时延观测量的观测模型。并提出一种精确的同波束干涉测量差分相时延闭合算法,同时结合SELENE任务实测的数据计算差分相时延闭合值,用于对观测模型进行验证。实测数据计算结果表明,采用本文提出的精确算法显著地消除同一波前差分相时延闭合值中的趋势项,差分相时延闭合值的精度在0.5ps~1ps范围内,验证了观测模型的正确性。该研究对于后续的月球交会对接地面高精度测定轨任务分析设计将具有一定的参考价值。     

正方形三面角反射器近场电磁散射理论模型

为了建立整机近场电磁雷达散射截面（RCS）的理论模型，以三角形三面角反射器回波响应图为参考，拟合正方形三面角反射器的电磁散射RCS数学模型。同时以正方形三面角反射器方向图曲线的数值对理论模型进行验证。其精度为：算术平均误差d=1.3dB,标准偏差S＝1．5dB，从而说明本模型可以参与整机理论模型的建模。     

自适应预测补偿的迭代制导方法及其应用研究

针对迭代制导完成后入轨参数或终端程序角修正问题,研究一种基于模型参考的自适应预测补偿迭代制导算法在运载火箭上的应用。该算法在经典迭代制导算法的基础上,根据预测的迭代终端程序角和飞行视加速度的参考模型,对关机点参数进行补偿,依据补偿后的终端指标重新规划飞行轨迹,进而得出满足入轨参数或终端程序角偏差修正的制导指令,提升迭代制导对入轨参数偏差或终端程序角的修正能力。此外,阐述了经典迭代制导的基本算法,概括了自适应预测补偿迭代制导算法的基本原理,并以大推力直接入轨、终端程序角大偏差以及满足终端程序角约束为例,给出相应工况的自适应预测补偿的迭代制导算法。仿真结果表明：该算法对入轨参数和终端程序角偏差具有一定的修正能力。     

Characteristics of Near-Polar Atmosphere/Thermosphere of Mars at Altitudes of 125–145 km: The Data of a Radio Occultation Experiment onboard the <Emphasis Type="Italic">Mars Global Surveyor</Emphasis> Spacecraft

Using data from a radio occultation experiment onboard the Mars Global Surveyor spacecraft, altitude variations of the scale height of the neutral atmosphere in the northern and southern hemispheres of Mars are analyzed. The averaged altitude gradient of temperature for neutrals in the thermosphere is estimated. The revealed variations of the scale height of the neutral atmosphere at zenith angles of less than 82° indicate that the near polar atmosphere is not isothermal at altitudes of 125–145 km, which experimentally confirms predictions of models of the Martian atmosphere. It is shown that when one approaches the terminator the near polar atmosphere is cooled and the effects of variation of the solar zenith angle modulate the local time effects in both hemispheres.     

深空网干涉测量数据对嫦娥五号定轨能力分析

针对嫦娥五号探测器(CE-5)开展基于深空网测量数据的定轨能力分析.首先从测量原理分析了深空网VLBI数据的误差源,然后利用CE-5的精密轨道评估了 VLBI数据的误差,最后基于实测数据与协方差分析理论,分析UXB与VLBI数据的定轨能力.结果表明:转移阶段,单独利用深空网测量数据可以获取优于1 km的转移轨道精度,标...