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。     

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     

基于星间距离测量的高精度自主导航

研究利用地球卫星和月球卫星之间的测距信息进行自主导航的方法.基于三体摄动轨道动力学方程和星间测距信息,可以同时确定参与导航的地球卫星和月球卫星的绝对位置;但是在初始位置误差较大的情况下,导航系统的定位性能会受到影响.为了解决这一问题,提出基于"星间测距+紫外导航敏感器"的组合导航方法.采用该导航方法,能够在初始位置误差和紫外导航敏感器测量误差较大的情况下实现高精度自主导航.基于Cramer-Rao下界(CRLB)分析了组合导航系统的性能,并通过数学仿真验证了该导航方法的有效性.     

基于太阳敏感器的静止轨道卫星轨道估计方法研究

为解决目前通过星上配置敏感器进行地球同步轨道卫星自主轨道估计的问题,利用太阳敏感器和红外地球敏感器的测量信息进行轨道估计．根据地球静止轨道的特点,结合Hill方程,利用太阳敏感器和红外地球敏感器的测量信息以及轨道的摄动特性,建立导航系统的状态方程和测量方程．数学仿真结果表明,该方法可以较准确地估计出卫星的经度漂移,是一种可行的地球同步轨道卫星自主导航方法．     

多星敏感器测量最优姿态估计算法

多数利用星敏感器加陀螺组合的姿态确定方法中,由于星敏感器精度较高,使得系统定姿的精度比较高.然而,姿态确定的算法因观测模型和误差处理不当,导致滤波器观测修正能力下降,从而不能有效地估计陀螺的漂移误差.提出了基于星敏感器观测姿态角的误差建模,研究了多星敏感器组合的最优安装构型和观测融合方法.利用加权最小二乘法对观测数据的预处理,使观测方程定常化.再利用陀螺加星敏感器组合的扩展Kalman滤波(EKF,Extended Kalman Filtering)对航天器姿态和陀螺漂移进行估计.仿真结果表明,提出的多星敏感器最优组合的滤波方法能够有效精确地估计卫星三轴姿态和陀螺漂移,且该方法计算量小,有利于卫星定姿系统的在轨自主运行.     

地面姿态模拟光源控制系统研究

太阳敏感器和红外地球敏感器是卫星升空以后进行姿态控制的两个重要部件, 地面姿态模拟光源作为地面测试设备, 用来在地面上给这两个部件提供太阳模 拟信号和红外地球模拟信号. 本文设计了一套由4条光缝组成的模拟卫星自旋转 动的小型太阳模拟光源及针对地球同步轨道高度模拟15.6°张角的南 (北)红外两个地球模拟光源, 并为南北地球敏感器太阳保护探头提供了模拟 的太阳保护光源. 根据地面姿态模拟光源控制系统的组成和总体结构, 通 过分析计算给出各模拟光源之间严格的时序关系, 并对各模拟光源之间的时序 进行了实验测试, 结果表明模拟转速锁相误差不大于1ms, 各模拟光源时序 之间的角度误差小于0.5°.      

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°.      

红外地球敏感器测量值修正算法及其应用研究

 圆锥扫描式红外地球敏感器常用于测算地心矢量,而地球扁率影响地心矢量精度。研究了基于地球扁率的地心矢量的修正算法,并将该方法应用于双圆锥红外地球敏感器,给出了考虑扁率的地心矢量计算方法。仿真结果表明,该方法能有效地提高地心矢量的计算精度。     

星敏感器低频误差分析

介绍星敏感器的误差分类、低频误差定义、误差产生原因及其测试标定方法等.星敏感器输出姿态周期性误差的主要原因为视场空间误差和热弹性变形误差,典型星敏感器采取相应的解决措施后,低频误差可控制在0.8″以内.     

月球车地球敏感器图像地心位置提取算法

地球是月球上可视半径最大的天体,且在天球上运动范围较小,不存在升降现象.当月球车在月球对地面区域活动时,利用地球敏感器对地球成像可实现月球车长期自主天文导航.地球图像地心位置提取是利用地球敏感器进行天文导航的关键技术之一,直接决定了地球敏感器的观测精度.本文通过研究地球敏感器镜头投影模型分析地球成像规律,提出一种不受地相变化约束的地球敏感器图像地心位置提取算法,采用取半搜索法和循环搜索法两步实现地球真实边缘线的充分筛选,并基于此拟合地心位置.半物理仿真实验校验结果表明,本算法能针对不同地相图像有效提取地球中心,外符合平均精度约为9.78"~16.68",在实验条件随机改变的情况下,地心位置外符合精度标准差互差最大不超过0.98".      

基于力传感器的压力电测系统准静态校准方法研究

针对现有基于落锤装置的比对式准静态压力校准方法中存在的问题,提出了一种通过力传感器来校准压力电测系统的方法。阐述了力监测压力校准方法的原理,介绍了专用力传感器的设计思路,推导了力和压力的理论模型,在此基础上开展了多组校准试验,通过最小二乘法得出了力和压力的线性关系数学模型,并通过多组重复性试验对模型的稳定性进行了考核。试验结果表明,力峰值和压力峰值之间存在良好的线性关系,而且模型的稳定性较高,与现有的比对式准静态校准方法测得的压力峰值相比,模型的计算误差不超过0.95%,该方法可作为一种有效的压力校准方法。     

一种多帧相关滤波的星敏感器像素非均匀性误差校正方法

为了进一步提升星敏感器的星点定位精度,分析星敏感器的像素误差来源和形成机理,提出一种多帧相关滤波的像素非均匀性误差校正方法.根据星图中星点的位置确定质心定位域和局部校正域,利用当前帧星图信息和前一帧的局部校正域信息预测当前帧的校正域,满足校正条件后采用差分法校正质心定位域.实验结果表明,本文方法能够较好地预测星图的非均匀性噪声,提升星点定位精度,具有较好的鲁棒性.     

基于粒子群寻优的高精度星敏感器在轨标定方法

星敏感器结构设计与安装过程会产生多种误差，主要误差源有星敏感器像平面主点误差、主距误差、倾斜误差与旋转误差，这些误差影响了星敏感器在轨标定的精度。本文根据星敏感器的误差模型，提出了一种高精度的星敏感器在轨标定方法。在已知含有误差的像平面的基础上，构造一个虚拟的像平面。当粒子群优化算法使含有误差的像点投影到虚拟像平面上的坐标与无误差时像点的坐标一致时，再利用Quest解算出三轴姿态角求得两个像平面之间的姿态矩阵，得出两像平面之间的关系。结果表明：星敏感器姿态确定精度较高且比较稳定。这种方法与传统标定方法的优势在于不依靠陀螺信息，原理简单，提高了数据的准确性。     

温度计量技术在航空发动机试车台健康管理中的应用

分析了航空发动机试车台温度配置参数传统离线校准方法,针对其存在的反复拆装耗时长且易引发故障、缺少系统综合误差的判定方法等不足,开展发动机试车台静态状态下的整机在线校准方法研究。通过给被校准参数传感器提供标准热源的方式,开展温度传感器及温度通道（温度仪表）在线整机校准。通过对发动机试车台系统模拟仪表显示结果与标准器读数进行比较,确认在线校准的有效性,实现了试车台系统综合误差校准,为试车台健康管理提供支撑。     

一种实时红外地球敏感器信号源的研制

介绍了一种为地球静止卫星用的摆动扫描式红外地球敏感器研制的信号源的基本原理和硬、软件结构；给出了具体的软件实现方法。通过对计算过程的简化、改进，充分利用硬件，特别是８０３１单片机的资源，使信号源的性能能够更好地满足实时工作的要求。     

Evaluation and modification of commercial infra-red transducers for leaf temperature measurement.

Accurate measurement of the leaf to air temperature gradient is crucial for the determination of stomatal conductance and other plant responses in both single leaves and in plant canopies. This gradient is often less than 1 degree C, which means that leaf temperature must be known to within about +/- 0.1 degree C. This is a challenging task, but new, miniature infra-red transducers from Exergen Corporation (Newton, MA) and Everest Interscience (Tucson, AZ) can be modified and calibrated to achieve this accuracy. The sensors must be modified to add thermal mass and the Exergen sensor requires a measurement of sensor body temperature. Significant error is caused by the discharge of a capacitor in the standard Exergen sensor, but we tested it without the capacitor. The sensors respond rapidly to changes in target temperature, but require 2 to 10 minutes to respond to changes in sensor body temperature, which is often the largest source of error. A new, sensitive method for measuring field of view indicates substantial peripheral vision for both sensors and a wider field of view than specified by the manufacturers. Here we describe sensor output as a function of target and sensor body temperatures, and provide a generic (sensor independent) equation that can be used to achieve +/- 0.2 C accuracy with Exergen sensors. The equation was developed and verified using two black body calibrators.     

正弦压力信号幅值测量无差算法研究

正弦压力校准常用比较法,通过比较标准压力传感器与被校压力传感器在同一正弦压力源中的响应完成被校传感器的幅值校准。对正弦压力信号幅值的测量算法进行了研究,提出了一种控制采样频率为标准激励信号频率整数倍的算法,可实现幅值的无差运算,理论推导和仿真实验表明,该算法能有效提高单频校准的准确度。     

基于地标信息的星敏感器低频误差标定方法

针对星敏感器及其安装结构热变形等因素引起的星敏感器低频误差(LFE)影响卫星姿态确定精度的问题,提出了根据有效载荷提供的地标信息,采用最小二乘算法标定星敏感器低频误差的方法.考虑到卫星姿态确定系统是为有效载荷服务的,为了使卫星姿态确定系统输出的姿态信息与有效载荷相一致,从而准确反映有效载荷的指向变化情况,星敏感器低频误差的标定以有效载荷提供的地标信息为观测量进行.仿真结果表明,所提方法能够有效减弱星敏感器低频误差对卫星姿态确定精度的影响,从而提高卫星姿态确定精度.     

正弦压力信号幅值测量无差算法研究

正弦压力校准常用比较法，通过比较标准压力传感器与被校压力传感器在同一正弦压力源中的响应完成被校传感器的幅值校准。对正弦压力信号幅值的测量算法进行了研究，提出了一种控制采样频率为标准激励信号频率整数倍的算法，可实现幅值的无差运算，理论推导和仿真实验表明，该算法能有效提高单频校准的准确度。