光学遥感微纳卫星在轨实时信息处理系统

总结了在轨实时信息处理技术的发展现状，分析了光学遥感微纳卫星在轨实时信息处理的迫切需求，进而阐述了光学遥感微纳卫星在轨实时信息处理技术应用限制条件，在此基础上提出了光学遥感微纳卫星在轨实时处理系统设计思路。面向几类典型应用探讨了光学遥感微纳卫星在轨实时信息处理系统设计方案，为光学遥感微纳卫星在轨实时信息处理技术应用提供参考。     

遥感微纳卫星载荷平台高精度标定技术研究

遥感微纳卫星平台姿态测量数据与成像载荷实际姿态误差较大,因此在获得更高图像质量、高精度定量化应用方面面临巨大挑战。通过光学载荷在轨小孔成像的方式对恒星星点观测,以实现光学载荷自标定;通过星敏感器和光学载荷在轨分别对恒星星点观测,以实现光学载荷和星敏感器互标定,可对星敏感器和光学载荷安装误差进行修正。地面和在轨验证表明,典型遥感卫星自标定误差优于0.2″,光学载荷和星敏感器互标定误差优于2″, 自标定和互标定可有效地提高光学载荷在轨标定精度。     

一种在轨卫星控制分系统风险等级预测方法

使用2009至2020年某卫星控制分系统质量案例数据，提出一种基于BP神经网络的在轨卫星控制分系统技术风险等级预测模型。挖掘历史相关数据，建立在轨卫星控制分系统风险评价体系。排除风险源中的冗余信息，将重要信息数据离散化后，以BP神经网络进行训练，最终得到在轨卫星控制分系统风险等级预测模型。通过试验验证该模型可准确有效预测在轨卫星控制分系统风险等级，为卫星在轨风险控制提供支持。     

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.     

微小卫星雷达隐身性能的在轨逆合成孔径雷达成像验证

成像雷达是空间目标监视系统中的重要组成部分.为深入评估某微小卫星的隐身性能,对卫星的逆合成孔径雷达(ISAR)成像效果进行预测,从雷达成像角度评估卫星的隐身效果.首先简述用于空间目标成像的ISAR成像的基本原理.然后构造卫星的散射点模型,散射系数采用微波暗室的实际测量值.依据仿真雷达系统参数和卫星实际在轨运行参数,计算卫星ISAR成像所需成像时间.对卫星3种飞行姿态,即卫星顶部指向地球表面的隐身姿态、卫星顶部与飞行方向一致和卫星底部指向地球表面两种非隐身姿态,以及不同信噪比情况,进行ISAR仿真,详细分析每种情况下的运动补偿效果和最终ISAR成像效果,说明了卫星隐身设计的有效性.     

基于无迹卡尔曼滤波的柔性自由翻滚目标姿态估计

在进行在轨维修以及清除等任务时,需要确定航天器的姿态四元数和角速度.失效卫星常处于自由翻滚状态,通常带有柔性帆板,其运动规律相较于刚性帆板更为复杂.一方面,空间失效卫星的姿态确定常使用激光雷达、双目相机作为测量装备,其测量精度常受到光照、磁场等的影响,会对识别精度产生较大干扰.另一方面,柔性航天器的质量特性容易发生变化...     

一种月面采样量的在轨自主测量方法

月面采样量的在轨自主测量是实现月面自主采样的必要环节。本文设计了一种月面采样装置，根据图像信息实现对月面采样量的在轨自主测量。针对图像中目标与背景灰度差较小、背景区域噪声较多的特点，采用了改进型最大类间方差法与连通标记自适应去噪方法，实现了采样区域较为准确的分割。针对单目相机无法直接获取采样区域尺寸的特点，利用已知物体尺寸进行在轨自主标定，结合图像中提取出的采样区域，完成了采样区域尺寸的计算，实现了采样量的在轨自主测量。试验结果表明，在轨自主测量结果与实际结果吻合，本文提出的在轨自主测量方法有效。     

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.     

基于人工拉格朗日点太阳帆的导航卫星自主定轨技术

为提高导航星座的自主导航能力,提出一种基于人工拉格朗日点太阳帆的导航卫星自主定轨方法。在导航卫星星间测距的基础上,利用太阳帆提供的空间实时位置信息,来消除导航星座的整体旋转和漂移对自主定轨的影响。选用第一类无奇点根数作为状态变量,利用EKF滤波器融合卫星动力学信息及两类测距信息进行自主定轨。利用GPS导航星座的IGS精密星历进行了仿真试验,仿真结果表明了该方法不仅能够保证导航卫星自主定轨的长期稳定性,且与结合星间测距和星间测向的自主定轨方法相比,定轨精度更高。     

对偶四元数曲线插值算法在编队卫星中的应用(英文)

传统的编队卫星位置和姿态算法是分开处理的。提出一种新的对偶四元数曲线插值算法,将卫星的姿态结合到轨道中去。首先采用曲线插值算法计算主星的运动轨迹,然后建立从星相对于主星的对偶四元数模型来确定从星的相对位置和姿态,将卫星的位置和姿态进行统一处理。与传统的轨道参数法及四元数法进行误差比较,仿真结果表明该方法不但可以实现编队卫星位置和姿态的统一确定,而且可以满足卫星编队的精度要求。     

基于强跟踪滤波器的多传感器组合测姿系统

当无人机机动飞行时,采用加速度计校正陀螺误差的测姿系统不能有效地修正陀螺漂移问题,为此提出了基于强跟踪滤波器的多传感器组合测姿系统.引入GPS速度信息、捷联加速度信息和角速率信息建立了基于欧拉角描述的融合测姿系统模型,采用强跟踪滤波器对姿态进行融合估计,有效地估计出陀螺的漂移误差,从而得到无人机准确可靠的姿态测量,同时可以修正无人机的运动速度.通过建立飞行仿真模型,在给定的飞行航迹段对所提出的多传感器姿态测量系统进行了仿真研究,结果表明:测姿系统能够有效地减小模型误差的影响,估计出陀螺的漂移误差,得到更加准确的姿态测量.     

一种改进的激光捷联旋转矢量姿态算法

激光陀螺最适合于构成捷联惯性导航系统，是当前捷联惯性导航系统的重要应用研究方向，其航姿算法精度对激光捷联惯性导航系统的精度影响很大。本应用激光陀螺当前迭代周期内及前两个迭代周期内的角增量输出，并根据在一个迭代周期内对陀螺仪采样的次数，提出了三种新的航姿算法表达式，并分析了此算法在典型圆锥运动输入下的漂移误差。仿真结果表明与传统的旋转矢量法比较，该新算法具有较高的精度，为改进旋转矢量算法提供了一种新的思路。     

Adaptive Angular Velocity Tracking Control of Spacecraft with Dynamic Uncertainties

The tracking of orientation and angular velocity is a primary attitude control task for an on-orbit space- craft. The problem for a rigid spacecraft tracking a desired angular velocity profile is addressed using an adaptive feedback control. An angular velocity feedback tracking algorithm is firstly developed based on the precisely known attitude dynamics of the spacecraft, and the global tracking of the control algorithm is proved based on the Lya- punov analysis. An adaptation mechanism is then designed to deal with the dynamic uncertainties of the spacecraft. Such an adaptation mechanism enables the controller to track any desired angular velocity trajectories even in the presence of uncertain inertia parameters, although it does not guarantee the inertia tensor being precisely identified. To verify the effectiveness of the proposed adaptive control policy, computer simulations on dynamic equations of a spacecraft are conducted and their results are discussed.     

Satellite Rotation Modulation Measurement System Based on Ultrasonic Motor

Rotation modulation technique is generally used to improve the performance of aviation and marine inertial navigation system.Considering of the performance requirements from current aerospace to MEMS micro-nano inertial device,this paper proposedrotary inertial device modulation technology application methods on the satellite.Firstly,taking the advantage ofultrasonic motor,like high resolution,fast response,electromagnetic compatibility,a lowmagnetic,high-precision and appropriate for use on satellite ultrasonic motor modulation turntable was developed.Then,through theoretical modeling and simulations,the rotation modulation technology was verified to improvethe precise of satellite attitude measurementeffectively,equivalent toimprove the accuracy of MEMS gyro over an order of magnitude.This work helpsachieve the application of rotation modulation technology in aerospace and acceleratethe promotion of the MEMS gyro in satellite attitude measurement.     

静电陀螺漂移误差模型的比较研究

本文对静电陀螺伺服测漂所得的试验数据进行分析处理,对常用陀螺漂移模型进行修正,结果表明,改进模型中陀螺转子变形的奇次谐波与电极碗横向错位耦合产生的干扰力矩,对高精度静电陀螺导航系统的影响是不容忽视的。与常用模型相比,用改进模型拟合试验数据,漂移速度残差将显著减小,因此改进模型进一步完善了陀螺漂移误差补偿模型,对提高导航系统精度具有实用意义。文中还根据静电陀螺的工作环境和伺服测漂的(?)验条件,对影响陀螺漂移精度的干扰源作了分析,并根据不同测试时间段漂移模型系数的变化趋势,提出了用时变参数漂移模型处理试验数据的构想。结果表明,与常系数漂移模型相比,它可以进一步减小漂移速度残差,得到更为满意的结果。     

非线性飞控系统的滑模PI混合模糊逻辑控制

针对一类空间飞行器的非线性姿态控制问题，首先通过变换将其强耦合模型分解成若干个子系统，把各子系统之间的耦全、未建模动态和外界扰动视为系统的不确定性。而后提出了一种结合滑模控制与比例积分控制的模糊逻辑控制器，运用李亚普诺夫原理对系统的稳定性进行了分析。用这种控制器对系统进行分散鲁棒自适应控制，仿真说明相对于传统滑模控制器，它具有响应速度快，跟踪精度高，鲁棒性强的优点。     

基于天文观测技术的惯性导航系统的空中对准

提出了一种基于CCD星敏感器的捷联惯性导航系统的空中对准方法.应用双线性方程求解被观测星在星敏感器坐标系中的坐标值及传统最小二乘微分校正法求解捷联惯性导航的姿态,该姿态值与捷联惯性导航解算姿态的差值就是惯性导航系统的失准角.作为Kalman滤波器的观测量,计算机仿真结果表明,天文姿态信息有效地校正了陀螺漂移和初始失准角引起的位置和速度误差.     

机动弹头姿态解耦控制方法研究

对大机动弹头再入飞行段姿态稳定控制系统的设计问题进行了分析与研究。根据飞行控制要求 ,考虑了影响较大的气动力和气动力矩因素 ,建立了一个完全表征大机动情况下弹头运动的非线性动力学模型。然后采用非线性解耦控制理论设计了机动弹头的姿态控制系统。仿真结果表明 ,该方法能够保证系统良好的稳定性能。     

天平校准不确定度的一种评估方法

建立了一套完整的天平校准不确定度评估流程:单独评估校准系统的不确定度、基于检验载荷的残差,通过偏差极限和精度极限评估其它各误差源引入的不确定度、合并得到校准不确定度结果。以BCS-100天平校准系统为例,选择天平TG624C重复校准7次,实现了该评估方法。评估结果表明:(1)天平安装的滚转角和加载时天平的角位移,二者引入的不确定度为主要分量,应作为技术改造的重点;(2)Q、Z和My 3个小量单元,受Y和Mz 2个大量的干扰,其不确定度值稍大;(3)精度极限相比于偏差极限要小很多。建立的整套评估方法对于其他校准系统也是通用的。     

带滑移铰空间机械臂惯性轨迹跟踪的反馈控制

利用多体动力学方法对浮动基带滑移铰车间机械臂的运动学，动力学作了分析，首先，根据系统结构几何关系并结合系统对总质心的动量矩守恒关系，导出其末端抓手动速度与关节铰速度之间的广义Ｊａｃｏｂｉａｎ关系，然后，利用系统动力学方程及运动的广义Ｊａｃｏｉａｎ关系，研究了载体位置，姿态不受控情况下，共末端抓手跟踪惯性空间期望轨迹的反馈控制规律。研究结果表明，在系统动力学参数及动力学模型精确确定，跟踪误差及需要的