基于STK的星敏感器在轨视场仿真分析

针对星敏感器在轨可能会受到太阳光、地气光等杂光干扰而影响其测量精度及姿态有效率等问题,对星敏感器的在轨视场进行了分析研究。给出了太阳光、地气光进入星敏感器视场的条件;基于卫星工具包(STK)软件,提出了一种星敏感器视场分析的仿真方法;结合卫星轨道参数和星敏感器安装方位,在卫星零姿态、正负向侧摆下对杂光进入星敏感器视场情况进行了仿真。结果表明,卫星在轨至少有2个星敏感器在同一时刻满足杂光抑制角要求。文章提出的仿真方法,适用于对任何轨道类型卫星星敏感器在轨视场的杂光分析,仿真结果对星敏感器在卫星上的优化安装具有工程应用价值。     

星敏感器空间辐射效应研究

星敏感器作为一类高灵敏度光电集成部件,易受空间辐射的影响造成性能退化和工作 异常。分析星敏感器的辐射效应机理并制定相应的防护对策,既是当前可靠性增长的基础, 也是今后高性能星敏感器发展的必然要求,而国内尚缺少对这一问题的详细论述。阐述了空 间辐射环境和星敏感器的组成以及工作原理,综述分析了空间辐射效应机理和对星敏感器产 生的影响,并介绍了国外在相应防护对策上的经验,更进一步对影响星敏感器较为严重的瞬 态效应做了较为深入的探讨。
     

星敏感器自主在轨标定算法

在星敏感器在轨测量的星像点偏移和星敏感器光学透镜焦距变化条件下研究了一种自主在轨标定算法.由最小二乘最优估计法在轨标定星敏感器星像点偏移和光学透镜焦距变化,以最小二乘最优估值为量测,用卡尔曼滤波算法设计了星敏感器在轨自主标定模型.仿真结果表明:该算法可准确标定星敏感器星像点偏移和透镜焦距变化.     

资源三号卫星结构稳定性设计与实现

结构稳定性是影响卫星图像定位精度的重要环节。文章介绍了资源三号卫星在系统、相机、结构等方面为提高结构稳定性所采取的技术措施。资源三号卫星采用3台星敏感器与3台测绘相机一体化设计,并对星敏感器支架和相机支架等关键结构进行高稳定设计,提高星上姿态测量基准与成像基准的匹配精度;测绘相机采用低畸变光学系统设计,以提高相机内部稳定性;基于整星有限元模型对相机光轴在轨指向进行了仿真分析,并开展地面试验对设计和分析进行验证。卫星在轨数据表明:相机支架、星敏感器支架等结构在轨稳定性良好,卫星图像定位精度超过任务指标要求,相关设计、分析与试验技术可为后续高精度遥感卫星提供参考。     

空间近场无线能量传输系统电磁屏蔽建模与仿真分析

建立空间近场无线能量传输系统电磁屏蔽仿真模型,开展传输功率、工作电压、传输距离、工作频率对电磁屏蔽影响的仿真分析,研究电磁屏蔽条件下这些参数对线圈及系统效率、功率变化情况及屏蔽效能的影响关系。仿真结果表明:在电磁屏蔽条件下,随着传输距离的增大,屏蔽体的影响逐渐加大;输入电压对屏蔽效能无太大影响;在电磁屏蔽条件下,负载电阻对系统效率的影响较小,但随着阻值的增大,输出功率会有所减小;系统效率和屏蔽效能会随着工作频率的增加而有微幅的减小。仿真模型能解决交变电磁场环境下空间近场无线能量传输系统参数与屏蔽影响准确分析问题;仿真结果可为空间近场无线能量传输系统增加电磁屏蔽后系统参数的设计提供依据。     

卫星射频接收机电磁兼容防护设计方法

射频接收机是卫星测控、导航、有效载荷等分系统的重要组成设备,也是对电磁干扰最为敏感的设备,在对卫星进行电磁兼容性（EMC）设计时,必须充分考虑射频接收机的EMC防护,以保证其在卫星电测、发射和在轨运行时能够在其所处电磁环境中正常工作.文章描述了卫星射频接收机典型的EMC防护设计方法,从屏蔽、电磁泄露防护和天线耦合防护等方面进行了阐述.     

高分七号卫星多探头甚高精度星敏感器热设计与验证

根据高分七号卫星对多探头甚高精度星敏感器高热稳定性的任务需求,对多探头甚高精度星敏感器进行热设计。首先,针对星敏感器光轴热漂移优于0.3(″)/℃的高热稳定性技术指标需求,开展星敏感器的结构和内部热设计,确定星敏感器安装法兰和光学镜头镜筒的热控技术指标,根据轨道参数及星敏感器的结构布局制定星敏感器热控设计方案。其次,通过仿真分析,得到星敏感器俯仰(绕X轴)方向和偏航(绕Y轴)方向的热稳定性均优于±0.3″;通过星敏感器热稳定性试验测得星敏感器绕X轴和绕Y轴的热稳定性分别为±0.223″和±0.168″;通过星敏感器热平衡试验测得星敏感器绕X轴和绕Y轴的光轴热漂移分别为±0.55″和±0.16″。在轨测试验证结果表明:星敏感器安装法兰和光学镜头镜筒的温度满足热控指标要求,2个多探头甚高精度星敏感器的光轴夹角为±1.8″,星敏感器热设计合理有效,可为其他航天器星敏感器热设计提供参考。     

捷联惯导/星敏感器组合系统的在轨自标定方法研究

研究了捷联惯导/星敏感器组合系统中对陀螺仪和星敏感器进行在轨自标定的方法。分析捷联惯导系统和星敏感器的误差源,对陀螺仪随机漂移和星敏感器安装误差进行建模并列入系统状态,建立系统状态方程;利用捷联惯导输出的载体位置、姿态与星敏感器输出的姿态矩阵来构造量测,建立量测方程。设计卡尔曼滤波算法,经过滤波计算获得陀螺仪随机常值漂移和星敏感器安装误差的估计值,从而实现组合系统的在轨自标定。仿真结果表明,基于卡尔曼滤波的在轨自标定方法能够标定出85%以上的陀螺仪随机常值漂移和95%以上的星敏感器安装误差。     

基于扩展卡尔曼滤波的星敏感器在轨几何标定

星敏感器在轨几何标定是消除其系统测量误差,提高姿态确定精度的有效手段之一。目前利用星对角距相等进行星敏感器在轨标定时,大多采用最小二乘求得全局最优的静态待标定参数,但没有完全反映出恒星相机工作期间受外太空环境变化导致内部参数发生的微小动态变化。为了进一步提高星敏感器参数的在轨标定精度,文章在对星图识别结果预处理的基础上,引入扩展卡尔曼滤波对当前星图时刻对应的相机参数进行实时标定,动态获取当前最优参数值。利用该文所提方法对"资源三号"01/02星国产星敏感器进行在轨标定,试验结果表明所提方法能够有效标定当前星敏感器的参数误差,其精度优于传统的最小二乘标定方法,验证了该方法具有更好的适应性和可靠性,为星敏感器的在轨几何标定提供了一种技术参考,可用于卫星在轨实时标定或地面卫星姿态后处理。     

飞行器雷电直接效应与间接效应防护综述

雷电直接效应和间接效应对飞行器的安全构成威胁,大量复合材料的使用使飞行器内部电磁环境更加复杂。文章首先总结了雷电对金属材料、不导电复合材料和导电复合材料的直接效应和对应的防护方法,简要介绍了磁力效应,构件搭接处起弧的防护方法。其次,简要分析了雷电间接效应,并针对不同的耦合方式采用不同的防护方法,对于辐射耦合采用屏蔽措施,对于传导耦合采用端口部件防护。最后,总结雷电间接效应防护的几个原则,为飞行器雷电防护设计提供参考。     

一种基于地标的星敏感器低频误差在轨校正方法

针对星敏感器低频误差影响卫星姿态确定精度的问题,根据有效载荷提供的地标信息,提出了一种星敏感器低频误差的实时在轨标定算法。文章给出了地标信息的测量误差模型并以其作为观测量,采用状态扩维的方式,建立了星敏感器低频误差的在轨校正系统模型。根据在轨校正系统模型的特点,推导了简化的平方根容积卡尔曼滤波(SRCKF)算法,有利于其在轨实时运行。仿真结果验证了文章提出算法的有效性,研究结果可为高精度的姿态确定系统设计提供参考。     

一种四通式星敏感器支架结构设计与分析

为了提高在轨几何定标精度,遥感卫星高精度姿态测量和控制是关键环节之一;星敏感器是最精密的姿态测量部件,提高星敏感器的在轨指向精度意义重大。星敏感器的指向误差主要是由星敏感器支架(以下简称星敏支架)受空间环境影响产生的变形所导致。文章针对某遥感卫星星敏感器指向小于2″精度需求,设计了一种四通式星敏支架,可提供3台星敏感器的安装接口,实现星敏感器一体化安装,并对星敏支架的热稳定性进行了研究。采用有限元法对星敏支架进行了刚度分析,并结合最小二乘法分析了在轨极端工况下温度变化引起星敏感器光轴的变形量。结果表明:星敏支架的带载基频为119Hz,整机振动工况下,星敏感器安装面最大响应不超过8gn,可为星敏感器提供良好的力学环境安装界面;在轨期间星敏支架最大温度波动小于0.5℃,星敏感器指向精度为1.2″,能够实现星敏感器指向精度要求,可为后续星敏支架设计提供参考。     

倾斜轨道星敏感器热控设计及在轨分析

倾斜轨道卫星星敏感器空间外热流复杂多变,同时兼具内功率集中、热容小等特点,这为星敏感器的热设计带来了很大的困难。文章以某临界倾角轨道卫星星敏感器热设计为背景,在详细外热流分析的基础上,提出了一种倾斜轨道星敏感器热设计方案,利用热分析软件Thermal Desktop对此热控系统进行了具体的热分析。星敏感器在轨遥测温度在-19.8^-5.1℃之间,满足温度指标要求,表明星敏感器热设计合理、有效,可为今后倾斜轨道星敏感器热设计提供设计依据。在此基础上,文章利用在轨遥测数据对星敏感器热分析模型进行修正,得出入轨初期星表主要热控涂层退化约为50%的结果,这对于分析近地轨道卫星在轨温度具有一定的参考意义。     

固体运载火箭抗强电磁脉冲优化设计方法

本文分析了火箭在飞行过程中的强电磁脉冲(EMP)环境，建立了箭上敏感设备受强电磁脉冲干扰的优化设计模型，包括传导干扰及辐射干扰两种设计模型。针对起飞质量对火箭总体参数设计的制约问题，以最小质量增量为目标函数，采用模拟退火(SA)算法，对箭上典型电气系统抗强电磁脉冲防护进行优化设计研究，为箭上敏感设备抗强电磁脉冲指标与质量增量提供了平衡选取方法。优化结果表明,火箭在飞行过程中典型电气系统的抗强电磁脉冲性能指标达到要求的同时，实现了火箭质量增量最小的目标。     

资源一号02B卫星分系统间抗电磁干扰的措施

数据采集分系统上行链路在整星EMC试验中受到干扰,文章描述了为抗干扰采取的屏蔽、隔离等相关措施。结果表明:姿态与轨道控制分系统两台星敏感器对外传导发射干扰和HW数传分系统编码器对外辐射发射干扰均已减弱,并且改善了数据收集分系统工作的电磁环境,从而使其上行链路干扰从15dB减少到4dB,证实所采取的EMC抗干扰措施有效,数据收集分系统、姿态与轨道控制分系统和HW数传分系统之间是电磁兼容的。     

资源一号02B卫星分系统问抗电磁干扰的措施

数据采集分系统上行链路在整星EMC试验中受到干扰,文章描述了为抗干扰采取的屏蔽、隔离等相关措施。结果表明：姿态与轨道控制分系统两台星敏感器对外传导发射干扰和HW数传分系统编码器对外辐射发射干扰均已减弱,并且改善了数据收集分系统工作的电磁环境,从而使其上行链路干扰从15dB减少到4dB,证实所采取的EMC抗干扰措施有效,数据收集分系统、姿态与轨道控制分系统和HW数传分系统之间是电磁兼容的。     

中国海洋一号卫星红外地球敏感器受日、月干扰的机理分析及软件保护措施

中国海洋一号卫星使用的红外地球敏感器为圆锥扫描式,根据轨道的特性和在星上的安装位置,信息输出要受到太阳光线和月亮反射光线的干扰。本文分析了圆锥扫描式红外地球敏感器在轨飞行中受太阳和月亮光线干扰的机理,并给出卫星在轨观测数据及理论分析和数学仿真结果,提出在轨运行中避免日、月光影响的保护措施。     

遥感卫星高精度高稳定度控制技术

对遥感卫星高精度高稳定度控制技术进行了综述。给出了国内外高稳定度多挠性遥感卫星控制、快速机动控制、高精度姿态确定、自主智能控制等典型应用,以及未来发展趋势。分析了挠性多体卫星结构-控制一体化设计、卫星在轨试验和高精度姿态确定等关键技术。讨论了挠性多体卫星动力学建模仿真及地面试验验证,H∞控制、自适应滤波前馈等卫星姿态控制方法研究与应用,卫星结构模态与无干扰力矩在轨辨识,以及基于陀螺、星敏感器及其误差、卫星动力学模型、在轨热变形标定等高精度姿态确定技术。     

航天器弱电磁信号处理设备综合防护技术

航天器弱电磁信号处理设备极易受到来自数据管理、姿态控制、供配电等电子设备的噪声干扰而无法正常工作。文章分析了弱电磁信号处理设备受航天器平台干扰的机理和干扰源识别方法,提出低频电缆整束屏蔽、穿舱电缆孔缝屏蔽、舱外设备支架屏蔽和舱体结构电磁隔离等多种抗干扰防护措施。实践证明这些措施可有效实现弱电磁信号处理设备的抗干扰防护,具有工程应用价值,可供航天器总体电磁兼容性设计参考。     

分体式主动像元星敏感器高温度稳定度热设计及在轨验证

星敏感器是航天器姿态控制和天文导航系统的重要组成部分。遥感卫星在轨运行时,须降低其星敏感器温度波动,减小热环境变化带来的星敏感器光轴指向偏差,以提高卫星的姿态控制精度。文章以某太阳同步轨道卫星为例,采用常规热控措施实现分体式主动像元星敏感器安装法兰及支架高温度稳定度(T±2℃)的热设计,并在轨实施取得满意效果,可为后续分体式星敏感器热设计提供参考。