火星轨道交会自主导航与制导方法

对火星采样返回任务中的火星轨道交会自主导航和制导技术进行了研究。采用光学自主导航敏感器测量的火星中心方向和视半径，相对敏感器测量的相对位置等观测量，设计了导航滤波器同时估计轨返组合体和上升器的轨道。在导航滤波器设计中，针对光学自主导航敏感器更新频率远低于滤波解算频率的问题，设计了一种连续观测量构造算法，确保每个滤波周期均可进行测量更新，以提高导航精度。基于导航滤波器估计结果，采用T-H制导设计了4脉冲共椭圆交会策略实施轨道控制，从而构成近程交会自主导航和制导方案用于完成火星轨道交会任务。通过数学仿真校验了所提出方法的有效性。     

美国航天器交会技术研究

美国交会对接技术的发展可分为三个阶段：＂双子座＂与＂阿波罗＂飞船,航天飞机,以及后航天飞机时代的项目。自主交会技术的发展,首先基于多种制导和导航敏感器的研发,特别是用于最终逼近段的激光敏感器。制导、导航与控制系统的冗余,以及故障检测与隔离的方法,在轨迹安全性中起重要作用。文章研究美国自主交会方案,包括＂双子座＂,＂阿波...     

交会对接光学成像敏感器设计中的关键问题

自主自动交会对接最后逼近段,通常是以光学成像敏感器作为主要的导航敏感器。本文首先简要介绍国内外交会对接光学成像敏感器的最新研究进展情况,然后就其设计中的几个关键问题进行分析,并给出相关结论。     

自主交会对接测量系统和对接敏感器

自主交会对接的关键技术之一就是测量系统和敏感器。本文首先论述测量系统的设计方案,它采用4种敏感器,互为备分,这是一种具有很高可靠性的测量系统。其次论述对接敏感器的构成、工作原理的技术性能。     

交会对接光学成像敏感器光点布局求解有效性研究

在自主交会对接的最后逼近段,CCD光学成像敏感器作为主要的导航敏感器,其测量的有效性直接关系到交会对接导航信息获取的准确性。目标标志器上的光点个数和光点布局是影响光学成像敏感器测量有效性的重要因素。本文首先给出四光点平面布局真伪解之间的转换关系,在此基础上对增加一个突出光点的五光点布局和增加两个突出光点的六光点布局求解的有效性进行理论分析,对四光点、五光点布局求解出现伪解的情况给出伪解判别条件和解决方法,并通过仿真验证了有效性。     

一种用于交会对接全过程的测量敏感器——复合式激光雷达

本文介绍激光雷达系统的组成和测量原理;提出了一种作为交会对接全过程测量敏感器的复合式激光雷达。所谓复合式就是把激光雷达与光学成象敏感器有机结合起来,远、中距离由激光雷达承担测量任务,近距离测量由CCD光学成像系统来完成。     

国际空间站访问飞行器接口标准探究

<正>一、引言载人空间交会对接技术是现代复杂航天器在轨运行重要的操作活动,也是载人航天活动必须掌握的一项基本技术。对制导、导航与控制、对接及测控与通信等均有很高的要求。通常围绕自主交会对接控制系统、交会对接待命点保持、自主交会对接测量系统及敏感器、交会对接软件工程、高可靠交会对接人机系统、分级智能遥控、对接走廊捕获、地回导引与监视测控站技术等开展标准化工作,提出相关要求。国际空间站作为最大的在轨组     

基于激光雷达测量的空间交会对接相对导航

激光雷达可以作为空间交会对接过程中的相对导航敏感器之一。本文基于线性H ill方程和经典双脉冲交会理论,给出一种两航天器多脉冲交会算法。结合激光雷达的测量值设计相对导航EKF滤波器。仿真结果表明通过滤波,激光雷达能够为航天器交会对接提供足够精度的相对位置和相对速度信息。     

基于CMOS APS的星敏感器光学系统参数确定

基于CMOS APS图象传感器的星敏感器是适应航天技术的发展而产生的新一代姿态敏感器。确定光斑形状和大小、光学系统有效通光孔径、视场和焦距等参数是进行星敏感器光学设计的前提。本文基于选定的CMOS APS图象传感器分别对这些参数进行了分析和计算。确定光斑形状和大小的依据是，减小由于探测器像元对光斑能量分布的采样导致点扩散函数变形，从而引起的利用亚像元技术求星像中心的计算误差。光学系统的有效通光孔径与星敏感器所能探测到的极限星等有关，通过从目标辐射特性直到探测器响应的能量计算可以确定孔径的大小。确定视场和焦距首先要满足星敏感器实现全天自主星图识别所需的导航星捕获概率，其次要考虑与之相关的误差。     

四十年空间交会对接技术的发展

空间交会对接问世至今,已经有40年历史,在轨成功实现交会对接约300多次。文章首先从技术发展角度分析研究40年来交会对接过去和现在的技术水平、空间活动典型事例;其次讨论在轨服务技术和分析常用7种交会对接敏感器的总体性能,并作相互比较;最后讨论未来交会对接技术发展趋势。     

PRISMA—A formation flying project in implementation phase

The PRISMA project for autonomous formation flying and rendezvous has passed its critical design review in February–March 2007. The project comprises two satellites which are an in-orbit testbed for Guidance, Navigation and Control (GNC) algorithms and sensors for advanced formation flying and rendezvous. Several experiments involving GNC algorithms, sensors and thrusters will be performed during a 10 month mission with launch planned for the second half of 2009.The project is run by the Swedish Space Corporation (SSC) in close cooperation with the German Aerospace Center (DLR), the French Space Agency (CNES) and the Technical University of Denmark (DTU). Additionally, the project also will demonstrate flight worthiness of two novel motor technologies: one that uses environmentally clean and non-hazardous propellant, and one that consists of a microthruster system based on MEMS technology.The project will demonstrate autonomous formation flying and rendezvous based on several sensors—GPS, RF-based and vision based—with different objectives and in different combinations. The GPS-based onboard navigation system, contributed by DLR, offers relative orbit information in real-time in decimetre range. The RF-based navigation instrument intended for DARWIN, under CNES development, will be tested for the first time on PRISMA, both for instrument performance, but also in closed loop as main sensor for formation flying. Several rendezvous and proximity manoeuvre experiments will be demonstrated using only vision based sensor information coming from the modified star camera provided by DTU. Semi-autonomous operations ranging from 200 km to 1 m separation between the satellites will be demonstrated.With the project now in the verification phase particular attention is given to the specific formation flying and rendezvous functionality on instrument, GNC-software and system level.     

空间寻的交会的自主控制

自主交会控制是当代面向21世纪的一项重要航天高技术。本文试图在分析研究国内外已有研究成果的基础上,提出适合我国交会控制发展的技术途径、方案及其制导、导航和控制系统的设计。     

方位角约束自主交会变结构制导律设计

针对空间交会视线相对运动动力学模型具有时变非线性和参数不确定性的特点,提出了一种基于非线性滑动模态的自主交会变结构制导算法。通过将视线运动模型划分为横向和纵向运动模型,分别设计了相应的非线性滑动模态。横向滑动模态是一种由视线角速率、视线角和时间构成的非线性函数,而纵向滑动模态则是由距离、速率以及时间构成的非线性函数。然后,根据Lyapunov稳定性理论分别推导了横向和纵向自主交会变结构制导规律。横向制导实现了带有末端方位角约束的自主接近;纵向制导保证了软交会所要求的距离和速度协同控制。仿真结果表明,设计的方法在只使用相对信息量的前提下克服了交会模型的耦合非线性和参数不确定性,并能适用于不同高度圆轨道和椭圆轨道上的V-bar和R-bar自主交会任务。     

卫星交会的自主导航技术

论述卫星交会自主导航的飞行任务背景和概念 ,综述国内外学者正在进行探索研究的思路 ,以期引起国内学者的的注意、探讨和深入研究。     

中国首次交会对接任务的技术成就和展望

首次交会对接任务的成功实施,使中国突破和基本掌握了航天器交会对接及其组合体的控制与管理技术,标志着中国载人航天工程二期任务取得重大突破,为空间实验室及后期空间站的建设奠定了坚实基础。文章对国内外交会对接技术进行了对比,对所取得的技术成就进行了综述,指出任务成功具有提升国家威望、产生广泛社会效益、带动基础学科发展、推动航...     

非合作空间目标自主交会凸优化制导技术

为解决非合作空间目标机动、自旋、章动等动态特性对自主交会过程带来的困难和挑战，在某飞行器姿轨控一体化推进系统配置的基础上，充分考虑各类约束后构建标准的凸优化自主交会数学模型；着重分析了非合作目标动态特性对制导误差的影响，设计相应的修正策略；以原始对偶内点法作为核心求解器，设计了具备状态预测和更新能力的制导算法；数学仿真验算表明，该方法合理可行，克服了动态特性造成的接近轨迹偏差，良好地适应了非合作交会任务。