交会对接最后逼近阶段的CCD相机测量方案

本文提出在交会对接最后逼近阶段,采用任意安装的CCD相机及激光二极管阵列,测量追踪飞行器相对于目标飞行器的位置和姿态的方位角法和成像法测量方案,以及在采用单机和多机时的算法,并进行了分析比较。采用单机时,精度很高,而采用双机或多机,算法简单,速度快。将两者结合起来,可以较好地解决该阶段的测量问题。     

空间飞行器交会对接相对位置和姿态的在轨自检校光学成像测量算法

空间飞行器交会对接的最后逼近阶段，通常采用光学成像敏感器来测量跟踪飞行器和目标飞行器之间的相对位置和姿态。考虑到飞行器在轨运行期间，CCD相机受空间环境的影响，其内参数会发生变化的实际情况，提出了一种单CCD在轨自检校光学测量方案，其主要特点是飞行器在执行测量任务时，可同时进行相机内参数的自检校。首先根据严格的中心投影共线条件方程，推导出目标飞行器光学特征点坐标和对应的像点坐标与内参数及相对位置和姿态的严格解析关系；然后建立了内参数及相对位置和姿态的解析表达式；提出了目标航天器上光学特征点的布设要求。通过严格的理论分析和数值仿真，单CCD在轨自检校光学测量方案具有可靠性高、精度高、算法易实现、适应能力强等优点。     

含无序量测的多传感器目标跟踪滤波算法

由于通信链路的随机时间延迟和星上传感器测量的预处理时间的不同等因素,导致在目标飞行器的测量中产生无序量测现象。为解决该问题,提出了一种基于扩展卡尔曼滤波的前向预测多步滞后无序量测处理算法。该算法首先采用扩展卡尔曼滤波算法估算出目标飞行器的状态方程和协方差方程,然后在滤波过程中利用前向滤波更新的方法,将协方差方程更新结果去相关后,累积到当前协方差方程滤波结果中,从而有效解决了目标飞行器测量中的无序量测问题。最后,将该算法与扩展卡尔曼滤波算法、丢弃算法进行了对比仿真。仿真结果表明,采用该算法处理目标飞行器的位置和飞行速度,得到的测量误差较小,在整个观测时间内,测量误差的收敛性较好,能够实现对目标飞行器的精确测量和跟踪。     

X-38飞行器质量特性测量方法

质量、质心和转动惯量是再入类飞行器的重要参数,其测量精度对飞行器控制至关重要。详细介绍并对比分析了X-38飞行器质量特性测量方法,测量结果表明:采用三点法c质量和三个方向质心位置,采用单点悬挂法和弹簧工作台可以准确测量三个方向的转动惯量。X-38飞行器的质量特性测量方法对于类似的再入飞行器质量特性测量具有很好的参考意义。     

高超声速飞行器雷达散射截面分析

为完善高超声速飞行器（HCV）雷达散射截面（RCS）的工程计算方法，综合应用几何光学法（GO）、物理光学法（PO）、等效电磁流法（MEC）等高频近似方法计算飞行器各散射中心的RCS贡献。结合理想二面角反射器RCS的经验公式，提出等效照明面积概念，并用于计算翼身组合段的RCS。采用后向面判别法和深度缓冲器算法分析面元之间的遮挡关系，计算了整个高超声速飞行器的RCS。计算结果与矩量法结果吻合，可满足工程分析和飞行器多目标优化设计的需要。     

飞行器自主交会对接逼近阶段单台CCD测量方法研究

提出了一种利用单台CCD相机来实现自主交会对接最后逼近阶段的测量与控制任务。通过对安装在目标飞行器上的四个共面编码标志的测量，来实时计算追踪飞行器上CCD相机的外参数。利用求得的相机外参数和已知的坐标系间的转换参数，可以求得追踪飞行器坐标系与目标飞行器坐标系间的转换参数，从而得到两者间的相对位置和姿态系数。本文还通过了一组试验验证了该该法的可行性。     

飞行器散射中心的超辨力诊断

高／超分辨力微波成像诊断测量是隐身飞行器设计的重要手段。本文讨论飞行器的分辨力微波成像诊断测量技术，研究了四种微波成像算法，给出了微波暗室测量条件下，利用各种算法对飞机模型成像的结果。     

基于石墨烯强化传热的微小飞行器热控设计

文章针对微小飞行器电子设备高度集成化带来的热控风险，以某微小飞行器为研究对象，在分析其轨道参数和结构性能的基础上，提出采取不同厚度的石墨烯导热层等温强化传热的热控设计方案；通过热分析软件建立飞行器在轨状态的热模型，仿真计算飞行器在高温和低温工况下的外热流及不同厚度的石墨烯导热层方案下的瞬态温度分布，并对结果进行对比分析。结果表明，采取石墨烯导热层等温强化传热的热控方案可明显降低微小飞行器内部单机的温差，解决高低温工况下单机温度波动较大的问题。同时，通过实验方法验证了利用石墨烯导热层实现微小飞行器等温化的可行性。     

多飞行器协调航迹规划方法

针对多飞行器的协调航迹规划展开研究，提出了一种基于协同进化的多飞行器协调航迹规划算法。在该算法中，不同飞行器的潜在航迹形成它们自己的子种群，并在于种群内部进化。不同飞行器间的协调关系由航迹的评价函数来实现。同时，通过使用特定的染色体表示方法和进化算子，该算法可以有效利用各种环境信息，处理各种航迹约束，并实时地生成三维航迹。     

小生境多目标蚁群算法在飞行器总体设计中的应用

飞行器总体设计直接影响飞行器的战术技术指标,往往需要反复很多次的设计过程以确定最终设计方案,因此迫切需要研究并采用优化方法以快速获得性能较优的飞行器总体方案。蚁群算法是群智能算法的典型代表之一,本文针对飞行器总体设计中的多目标优化问题,以多目标蚁群算法为基础,引入小生境技术,提出小生境多目标蚁群算法,并以某飞行器为应用对象,对其进行了多目标优化设计,最后对优化结果进行了分析。     

基于双目视觉的返回舱着陆横向速度测量

通过分析返回舱在着陆时所具有的水平速度也可能对着陆安全构成威胁的事实，论述了为返回舱增加横向缓冲装置的必要性，由此提出亟需解决的问题——在返回舱着陆下降过程中测量其水平运动速度。提出了全新概念的以视觉图像为唯一信息来源的返回舱水平速度测量方法，仅以双目摄像机系统作为传感器，避免了对返回舱原有传感器系统的改造。通过对着陆区域地面图像的采集和在线处理，利用双目交会测量原理得到返回舱当前的大地坐标和姿态。仿真实验证明，方法简单易行，测量结果可靠。     

ToF相机在空间非合作目标近距离测量中的应用

针对已有测量手段在空间非合作目标近距离测量中的问题,本文主要分析了ToF（Time-of-Flight）相机在空间应用中的可能性。首先总结了空间非合作目标近距离测量现状及已有测量手段;随后介绍了ToF相机的原理及发展,并以非合作目标典型特征为例对其性能指标进行分析;接着将ToF相机与现有空间近距离测量手段进行性能比较;并对其中的关键技术进行梳理;最后对ToF相机的未来发展趋势及其在空间中的应用进行展望。     

"嫦娥二号"卫星CMOS相机技术及应用

"嫦娥二号"卫星上装载了1台降落相机和3台监视相机,相机采用CMOS成像技术,突破了轻小型低功耗高度集成化相机设计技术、自动曝光技术、高速彩色图像静态压缩技术以及开窗和亚采样技术,对月面、卫星太阳翼展开、490N发动机工作以及定向天线展开等卫星关键动作进行了成功拍摄,是中国CMOS成像技术在深空探测领域的首次成功应用,...     

预警卫星前馈复合控制研究

预警卫星在轨工作期间,星载扫描相机将对关注区域进行南北往复扫描,凝视相机对发现的目标进行跟踪探测。文章以美国天基红外系统为背景,研究了相机扫描运动对星体产生干扰力矩作用下的姿态稳定控制问题,在星体反馈控制基础上增加了相机扰动的前馈补偿控制。针对扰动力矩大于执行机构最大输出力矩的问题,基于动量矩守恒定律,设计了用于补偿相机扰动力矩的前馈控制器,实现了卫星姿态的反馈控制加前馈补偿的复合控制方法。仿真结果表明该方法能够较有效地抑制相机运动引起的姿态扰动。     

Pose measurement of large non-cooperative satellite based on collaborative cameras

In recent years some communications satellites lost their ability due to the failure of mechanisms to deploy, which resulted in large cost. A space robotic system is expected to perform the on-orbit repairing mission. This is a tremendous challenge since the targets are generally non-cooperative, i.e. no facilities used for relative state measurement are mounted on the targets. Moreover these targets are very large. Limited by the FOV (field of view), a monocular camera cannot supply enough information of the targets in close range. In this paper, a method based on two collaborative cameras is proposed to determine the pose (position and orientation) of a large non-cooperative target. Firstly, we designed a sensing system used for the non-cooperative measurement, according to the investigation of the characteristics of communications satellites. A rectangular feature, which is common in the configuration of a satellite, is chosen as the recognized object. Secondly, we proposed that two cameras share the recognition task in a collaborative behavior, i.e. each provides partial image of the rectangle, and the full feature is then obtained by fusing their information. Lastly, the corresponding algorithm of image processing and pose measurement is addressed. Simulation results of typical cases verify the proposed approach.     

月面采样相机的热设计与热分析

月面采样相机安装于月球无人采样返回探测器的机械臂上,其质量小,热耗较大,长期工作在高温环境中,故温度水平成为影响相机能否正常工作的重要因素,须予以分析。文章根据相机工作模式和机械臂的姿态运动特性,构建出适应机械臂运动的热分析模型,提出几种实现相机高温散热的方法,通过对比分析,分别确定了基于OSR涂层和白漆的热控方案,并推演了散热窗口的临界模型,为后续器外设备热设计提供借鉴思路。     

基于双目视觉的返回舱着陆横向速度测量

通过分析返回舱在着陆时所具有的水平速度也可能对着陆安全构成威胁的事实,论述了为返回舱增加横向缓冲装置的必要性,由此提出亟需解决的问题———在返回舱着陆下降过程中测量其水平运动速度。提出了全新概念的以视觉图像为唯一信息来源的返回舱水平速度测量方法,仅以双目摄像机系统作为传感器,避免了对返回舱原有传感器系统的改造。通过对着陆区域地面图像的采集和在线处理,利用双目交会测量原理得到返回舱当前的大地坐标和姿态。仿真实验证明,方法简单易行,测量结果可靠。     

采用经纬仪测量航天相机视轴的方法分析

在卫星地面总装时,需要测量航天相机视轴之间以及相机视轴与其他敏感仪器或整星坐标系坐标轴之间的角度关系。文章以某线阵CCD相机的安装测量为例,介绍了使用经纬仪系统确定航天相机视轴的方法以及相机与相机之间、相机与整星坐标系坐标轴之间角度关系的测量。分析中对相机的光学系统进行了简化,重点介绍了测量方法的数学模型,并通过误差传递公式分析了测量精度,最后针对该测量方法的不足提出了改进措施。