利用TDRSS信息的单向多普勒测轨方法

介绍了利用跟踪中继卫星系统（TDRSS）信息的单向多普勒定轨技术。分析了单向多普勒测轨的基本原理和系统组成，采用扩展卡尔曼滤波（EKF）法，推导用于自主定轨算法的卫星轨道测量状态及观测方程。讨论了影响滤波精度的状态变量和动力学模型精度等多种误差源及其该方法能达到的测轨精度。     

天基照相跟踪空间碎片批处理轨道确定研究

随着国内外天基观测空间碎片研究的展开,文章提出了利用跟踪卫星的CCD(Charge
Coupled Device)相机对空间碎片进行轨道探测的方法,首先建立了CCD照相观测模型和基于 照相观测 的空间碎片批处理轨道确定模型。通过对CCD相机底片归算方法的分析可知,利用
CCD相机所获得的观测数据与跟踪卫星的姿态无关,且其精度只与测量和坐标转换计算的精 度有关,在测量和计算中可获得较高的精度。分别对分布密度较高的低轨道和地球同步 轨道区域的空间碎片进行了定轨分析。仿真结果表明,定轨时采用两个跟踪弧段的照相数据 定轨精度大大高于一个弧段照相数据的定轨精度;跟踪卫星距离空间碎片越近,定轨精度越 高;低轨道空间碎片的定轨精度高于地球同步轨道上的空间碎片定轨精度。
     

基于磁强计与太阳敏感器的卫星自主定轨算法

针对低轨微小卫星,为了实现低成本自主定轨,并达到一定的定轨精度,提出了一种基于三轴磁强计和太阳敏感器数据,利用扩展Kalman滤波进行自主轨道确定的方法.分析了国际地磁参考场(IGRF)模型,建立了简化的太阳轨道模型,在此基础上,建立了以轨道位置和速度作为状态量,以地磁矢量的模值和地磁矢量与太阳矢量的夹角信息作为观测量的滤波算法.数字仿真结果表明,该算法是收敛的、有效的,同时通过比较表明引入太阳敏感器数据后,大大提高了定轨精度.     

基于单基线干涉测量的GEO卫星轨道测定与验证

干涉测量具有被动式测量特点,对空间非合作目标轨道监测具有天然优势。利用5.5公里基线干涉测量系统,针对GEO卫星开展了差分干涉测量实验。引入群时延辅助的相时延处理技术,GEO卫星干涉测量噪声约9.4ps。基于"2小时标校-13小时跟踪-2小时标校"的长时差分观测模式,GEO卫星干涉测量误差约0.267ns,定轨解算星历与精密星历最大径向偏差为35.7公里。结果表明,单基线干涉测量可以收敛解算GEO卫星轨道,实现较高精度的GEO卫星轨道被动式监测。     

一种辅助轨道确定的相对干涉测量方法研究

在嫦娥四号中继星任务期间某次干涉测量标校射电源观测无效、微卫星轨控后预报星历无法提供精确时延模型的背景下,提出了一种为微卫星轨控后轨道确定提供辅助约束测量信息的方法。该方法通过迭代相关处理修正时延模型,解决了轨控后微卫星预报星历不准的难题;利用中继星观测估计系统时延并修正微卫星干涉测量观测量,得到了实时条件下微卫星干涉测量观测信息,与事后相关处理结果的偏差约为4. 2ns(约1. 2m)。进一步分析了相对干涉测量中的误差因素,结果表明相对干涉测量的随机误差约2ns,与事后相关处理精度相当。最后,给出了应用于辅助探测器轨道确定的相对干涉测量数据处理方案,为后续相关背景下的干涉测量提供参考。     

单站多普勒跟踪定轨的优化算法

由于低轨道小卫星应用的日益广泛，在轨卫星数目的迅速膨胀，对传统的多个地面站相互协调管理卫星领域模式提出了挑战。小卫星的低成本特性必然要求存在与之相应的地面站设施降低复杂性、降低成本。本文针对当前已提出的单站多普勒定轨方案，进一步研究了多普勒定轨的有关方法，提出和建立了多普勒定轨的优化算法与模型，最后进行了仿真分析与模型的有效性验证。     

基于半参数回归模型的双星系统定轨算法及精度分析

天基测控系统是航天测控的一个发展趋势.给出了双星定位系统的定轨原理;建立了基于半参数回归的双星系统定轨模型,包括对卫星轨道摄动误差的基函数表示和观测残差的函数拟合等;给出了基于半参数回归的轨道估计算法及计算步骤;并从理论上分析了基于半参数回归模型的轨道估计算法能有效的消除非线性因素对参数估计性能和精度的影响,其定轨精度优于经典的最小二乘处理算法;最后通过对卫星仿真观测数据的处理以及卫星定轨精度的分析,表明该算法确实有效,在相同仿真条件下,定轨位置精度和速度精度分别提高了41.5%和41.3%.     

深空探测器被动式高精度多普勒测量方法与应用

针对深空探测器的单程多普勒测量需求,研究了被动式高精度多普勒测量方法及其实现技术。该方法基于探测器测控信标残留载波等点频信号和VLBI测站高精度氢原子钟频标,构造出与实际接收信号频率接近的参考信号;再通过本地相关处理,完成高精度开环多普勒测量。其特色在于完全不需要精确的先验轨道模型。所开发的专用被动式多普勒测量设备,在国内第一次成功用于欧空局环火星探测器“MEX”的多普勒测定轨试验。探测器X频段信号5s积分的单程多普勒测量精度达到 0.2mm/s ,与欧空局测量水平相当。采用该多普勒测量数据的MEX定轨结果与欧空局精密轨道在数百米至千米量级一致。     

星载加速度计数据在卫星定轨中的应用

基于传统的动力学法,以加速度计数据替代非保守力加速度,提出了一种用加速度计数据进行卫星精密定轨的模型。用美喷气推进实验室(JPL)提供的GRACE星星载加速度计实测数据进行了验证。结果表明,用加速度计可获得较准确的卫星瞬时加速度,其积分轨道的误差小于纯力学模型,从而提高卫星定轨精度。但由于动力学定轨法的固有特点,其定轨误差会随时间而增大。     

一种基于星间方向观测的初轨计算方法

基于天基网空间监测的技术背景,用一已知轨道的天基观测平台对不明空间目标的方向观测,在定轨精度要求并不太高的要求下,研究了单颗卫星的天基平台定初轨的问题,并提出了一套基于此观测模型的中低轨空间目标的初轨计算方法。通过模拟生成测角资料对方法进行检验,计算结果显示方法在目前提出的定轨精度下是稳健可行的。     

“火星快车”的三程多普勒观测

利用中国VLBI网无线电天线和数字信号采集系统跟踪测量了欧洲航天局的＂火星快车＂（MEX）探测器,并研发了相应的三程多普勒信号提取算法和软件。对探测器8.4GHz下行载波1s采样的最终结果显示,多普勒数据随机噪声为1mm/s,这些数据已成功应用于对火星探测器的轨道确定。     

增加Doppler观测值实现实时动态PPP快速重新初始化

针对实时动态PPP中常常会遇到卫星信号中断或大部分卫星发生周跳而导致重新初始化的问题,可以将GNSS信号短时间中断看作是全部卫星发生周跳,通过研究Doppler观测值在快速重新初始化中的观测模型,进而提出联合伪距、相位、Doppler观测值及电离层延迟变化约束信息的数学模型,对于发生周跳的卫星,通过将周跳参数固定为整数以实现动态PPP快速重新初始化。根据实际算例,从多个角度进行统计分析表明引入Doppler观测值能够提高周跳修复的成功率,从而加快PPP快速重新初始化的过程。     

空间站力矩平衡姿态和动量平衡姿态的研究

研究了空间站的力矩平衡姿态(TEA)及动量平衡姿态(MEA)的求解方法。首先定义了瞬时TEA、平均TEA和MEA的概念并建立了环境力矩在本体系下的数学模型;其次用迭代法确定出瞬时TEA,进一步通过求解非线性方程组计算平均TEA,仿真表明在一个轨道周期中空间站保持在平均TEA时所受外力矩的平均值远小于保持在零姿态的情况;最后提出求解MEA的方法,仿真表明空间站保持在MEA的动量积累及其峰值远小于保持在零姿态的情况。     

基于轮廓特征的X射线脉冲星信号多普勒估计

探测器速度引起的多普勒效应会影响脉冲星信号累积轮廓特征,反之,这种轮廓特征改变可用于多普勒估计。提出了一种基于轮廓特征的X射线脉冲星信号多普勒估计方法。通过建立累积轮廓非齐次泊松模型,获得多普勒效应对累积轮廓的影响。构造轮廓特征函数对该影响进行度量,并利用函数值与周期误差的关系搜索信号周期。在搜索过程中,将离散观测数据转换为连续能量密度函数,消除相位间隔对累积周期的限制。根据周期搜索结果,结合脉冲星先验知识完成多普勒估计。仿真实验验证了该方法的有效性,其多普勒估计精度优于频域方法。     

The Use of Quaternions in the Optimal Control Problems of Motion of the Center of Mass of a Spacecraft in a Newtonian Gravitational Field: I

The problem of optimal control is considered for the motion of the center of mass of a spacecraft in a central Newtonian gravitational field. For solving the problem, two variants of the equations of motion for the spacecraft center of mass are used, written in rotating coordinate systems. Both the variants have a quaternion variable among the phase variables. In the first variant this variable characterizes the orientation of an instantaneous orbit of the spacecraft and (simultaneously) the spacecraft location in this orbit, while in the second variant only the instantaneous orbit orientation is specified by it. The suggested equations are convenient in the respect that they allow the general three-dimensional problem of optimal control by the motion of the spacecraft center of mass to be considered as a composition of two interrelated problems. In the first variant these problems are (1) the problem of control of the shape and size of the spacecraft orbit and (2) the problem of control of the orientation of a spacecraft orbit and the spacecraft location in this orbit. The second variant treats (1) the problem of control of the shape and size of the spacecraft orbit and the orbit location of the spacecraft and (2) the problem of control of the orientation of the spacecraft orbit. The use of quaternion variables makes this consideration most efficient. The problem of optimal control is solved on the basis of the maximum principle. Several first integrals of the systems of equations of the boundary value problems of the maximum principle are found. Transformations are suggested that reduce the dimensions of the systems of differential equations of boundary value problems (without complicating them). Geometrical interpretations are given to the transformations and first integrals. The relation of the vectorial first integral of one of the derived systems of equations (which is an analog of the well-known vectorial first integral of the studied problem of optimal control) with the found quaternion first integral is considered. In this paper, which is the first part of the work, we consider the models of motion of the spacecraft center of mass that employ quaternion variables. The problem of optimal control by the motion of the spacecraft center of mass is investigated on the basis of the first variant of equations of motion. An example of a numerical solution of the problem is given.     

超宽带无线电引信接收机时域建模与仿真

为得到弹目交会过程中超宽带无线电引信接收机的时域输出信号,实现高速交会条件下引信接收机的性能优化,推导了取样积分微分电路的时域数学模型,提出了一种基于无载波信号时域多普勒效应的接收机输出信号时域仿真方法.弹目接近速度对接收机输出信号的影响研究表明,输出信号频率与弹目接近速度成正比;信号幅度与弹目接近速度关系曲线存在速度驻点.选择合理的积分、微分电容可设置恰当的速度驻点,提高引信的抗干扰性能.     

多普勒盲区条件下的改进粒子滤波跟踪算法

机载预警雷达采用脉冲多普勒体制,具有良好的低空探测性能,但其存在不可忽略的多普勒盲区问题。在目标跟踪的过程中,该盲区容易造成目标航迹中断和重起批。针对多普勒盲区条件下的目标连续跟踪问题,提出了一种基于多假设运动模型的改进粒子滤波跟踪方法。该方法根据多普勒盲区对目标状态的约束形成多个可能的运动模型,粒子在每个模型下再进行带有状态约束的更新,当新出现的量测值落入任何一个运动模型形成的粒子云内,则航迹关联成功。仿真结果表明,该算法在不同盲区范围条件下,针对不同机动能力的目标均具有较高的航迹关联率,能够实现目标的连续跟踪。     

地月空间星地双向单程测量高精度模型

针对使用星地双向单程测量技术实现给定场景下的地月空间高精度测量问题,建立了地月空间纳秒级星地时差解算模型与米级瞬时距离解算模型,定量分析了模型中各因素的量级,并对模型中收发时延、引力时延、定轨误差和大气延迟等多种因素引入的时差和距离估算误差进行了定量分析。仿真数据的处理结果校验了误差量级理论分析的准确性,时差估算的均方根误差优于7.6ns,瞬时距离估算均方根误差优于2.4 m。建立的模型可以对地月空间星地DOWR测量数据进行高精度处理,实现地月空间高精度时间比对,支持未来中国载人登月等任务及地月空间高精度导航技术。     

薄壁Y型三通管内高压成形及补料比的影响

面向航空航天轻量化制造对超薄三通管的需求,开展了不锈钢和铝合金薄壁三通管内高压成形研究。通过内高压成形实验研究,给出Y型不锈钢三通和铝合金三通内高压成形典型缺陷,采用合理的加载路径和预成形工序,实现了径厚比(原始管材直径和壁厚的比值)为183的超薄不锈钢Y型三通管和径厚比为40的铝合金薄壁三通管内高压成形。通过不同补料比Y型三通管内高压成形实验研究,分析了补料比对Y型三通管壁厚和形状的影响,指出因Y型三通管两端非对称,补料比是Y型三通管内高压成形的关键工艺参数。     

精密定轨中三类经验加速度的有效建模方法

根据瞬时速度脉冲、逐段常量经验加速度和周期性摄动加速度模型的特点,分别给出敏感矩阵的有效计算方法,以及最小二乘批处理的设计矩阵和法方程矩阵的分块结构。该建模方法将灵敏度矩阵数值积分规模和存储规模降为O(n),而传统方法为O(n 2)。应用GRACE-A星载GPS观测数据对法方程的计算效率测试,结果表明：对于瞬时速度脉冲和逐段常量经验加速度模型,当采用伪距观测量时,法方程构建效率提高1倍;当采用伪距加载波相位观测量时,效率提高3.5倍。对于周期性摄动加速度模型,效率没有明显提高,主要原因在于模型参数较少,矩阵分块建模方法的优越性尚未体现。