测量不确定度在国内航天领域的应用现状

文章简要回顾了测量不确定度理论的发展过程,系统分析了测量不确定度理论在国内航天领域应用的现状,重点分析了航天器研制所涉及的相关领域中标准建立及实际应用情况。最后对在国内航天领域推广测量不确定度的必要性进行了分析,并对推广前景进行了展望,提出了发展建议。     

一种星间相对状态估计方法

编队自主导航是实现分布式遥感系统星间协同观测的基础。为实现分布式遥感系统星间相对状态的精确确定，提出一种基于MEMS激光雷达与纳型星罗盘的星间相对状态估计方法。借助相对姿态、轨道运动学方程建立了星间相对状态的无迹卡尔曼滤波(UKF)算法，解决了MEMS激光雷达测量与参考航天器姿态耦合的问题，并利用预定入轨参数及高精度轨道外推(HPOP)对方法进行仿真校验。结果表明，该方法具有可行性和实用性，估计精度满足分布式遥感任务需求，能够较好解决中远距离星间相对状态估计问题。     

航天器精度测量系统可靠性探讨

文章简要介绍了现代测量技术的发展,对航天器精度测量中的可靠性问题进行了初步探讨,给出了精度测量系统的可靠性框图及数学模型,并对精度测量工作过程进行了故障模式、影响及危害性分析,最后对测量系统的不确定度进行了分析。     

斜装异型陀螺系统信息融合方法研究

陀螺系统构型对航天器的可靠性和姿态控制系统的性能有着重要的影响,越来越多航天器的陀螺系统采用斜置安装方式。同时,航天器陀螺系统常采用不同类型的陀螺组成,达到提高系统可靠性和促进新研产品应用的目的。但是,不同类型的陀螺的动态响应往往存在较大差异,动态响应的差异引起的斜置异型陀螺系统姿态角速度测量误差大。本文首先分析了动态响应不一致对姿态角速度求解精度的影响机理;然后从陀螺安装方式和动态响应补偿入手解决陀螺系统的信息融合问题。仿真结果表明,本文提出的信息融合方法能够有效解决动态响应差异对斜置异型陀螺系统姿态角速度测量的影响。     

基于双目视觉的航天器间相对位置和姿态的测量方法

在光学测量基本原理上建立了双目视觉测量模型,提出了基于双目视觉的航天器间相对位置及姿态的测量方法,并对测量系统中的误差进行分析,得到影响测量精度的因素。仿真结果表明该方法有效,获得的航天器间相对空间位姿信息的精度能满足航天测控要求,对航天器在轨实时应用具有重要参考价值。     

考虑姿轨耦合的航天器高精度实时导航定轨方法

针对近地轨道航天器及其全球导航卫星系统(GNSS)测量数据驱动的实时导航定轨方法,使用轨道动力学原理解析了由GNSS天线安装位置与航天器质心偏差造成的定轨误差。基于航天器在轨的刚体运动特性和对地姿态特征,提出针对安装关系对应的相对速度修正项。使用姿轨耦合的分析方法,明确了基于航天器质心轨道积分和天线测量点位速修正的GNSS测量信息模拟。结合扩展卡尔曼滤波(EKF)形式的实时导航算法,分析了安装关系造成的定轨系统误差。围绕半长轴确定误差的长期变化规律,仿真证明了GNSS测量数据的位速修正在高精度实时导航定轨过程中的必要性。     

自适应航天器态势分析系统

利用深度学习中的卷积神经网络理论,基于单目视觉系统和带有标识物的航天器影像,实现对航天器的三维姿态角、距拍摄点距离和相对拍摄中心偏移量的精准测量。利用机器学习理论实现网络自主学习样本特征,这一方式将大幅降低动态测量的误差。同时,这种测量方式也避免了人工提取特征的复杂过程,实现任意、精准、快速测量,对航天器在组装及发射过程中的姿态估计、距离测算起到关键性作用。     

航天器总装精度测量方法分析

航天器总装精度测量是指测量有安装精度要求的仪器的坐标系相对于整星坐标系的位置和姿态。文章介绍了总装精度测量的两类方法,即通过立方镜镜面法线和中心点测量的方法以及通过星体和被测仪器上特征点测量的方法,文章对两类方法作了数学分析,并对各自的应用作了比较。     

航天器GPS姿态估计算法研究

利用全球定位系统（GPS）确定航天器姿态是GPS在航天器上应用的一个重要方面。分析了几种利用GPS进行航天器姿态估计的典型算法，建立了GPS姿态确定的单差和双差观测模型，对GPS姿态估计的递推算法和利用航天器姿态运动信息的滤波算法进行了仿真计算，验证了模型和算法的有效性。最后，对常用的基于GPS的航天器姿态估计算法进行了分析和讨论，给出了算法选择的原则。     

基于归一化神经网络的航天器自适应姿态跟踪控制

针对以变速控制力矩陀螺（VSCMGs）为姿态控制执行机构的航天器在同时考虑惯性参数和执行机构不确定性情况下的姿态跟踪控制问题,提出了一种基于归一化神经网络的自适应姿态跟踪控制方法。设计一个非线性反馈控制器作为航天器姿态控制的基本控制器,利用归一化神经网络设计补偿控制器,用以在线估计和消除包含系统不确定参数的未知不确定函数的影响,避免了标准自适应控制方法需要进行大量不确定参数估计的缺陷。采用神经网络输入归一化技术,简化了闭环系统复杂的稳定性分析过程。理论分析证明了闭环系统的稳定性和姿态跟踪误差的收敛性。仿真结果表明,所提出的控制方法能满足航天器在惯性参数和执行机构不确定性及外干扰存在情况下的高精度姿态跟踪控制要求。
     

现代雷达的特点及测试系统的发展方向

雷达测试在现代雷达系统中占有重要的地位。随着新体制雷达的发展和完善，新一代雷达测试系统将具备综合化、模块化、智能化、数字化、网络化等特点。文章详细分析了现代雷达系统对新一代雷达测试系统的要求，分别从MC^3一体化技术、虚拟仪器技术、网络测试技术以及智能传感器信息处理技术四个方面对新一代雷达测试系统进行了展望。     

陀螺经纬仪在大型航天产品精测中的应用

陀螺经纬仪通常是做某一方向与当地大地北向的方位角关系测量用。文章针对“天宫一号”目标飞行器精测中遇到的问题,即高空不同平台间两台设备需要姿态关系测量的需求,通过对陀螺经纬仪测量原理的研究,借助大地坐标系作为中间传递坐标系,解决了经纬仪测量因互瞄被遮挡无法建立基准镜坐标系间关系的问题。测量误差分析结果验证了这种新方法的可行性,该方法可用于大型航天产品设备安装精度的测量。     

Laser radar based relative navigation using improved adaptive Huber filter

An improved adaptive Huber filter algorithm is proposed to model error and measurement noise uncertainty in this work. The adaptive algorithm for model error is obtained by using an upper bound for the state prediction covariance matrix with augment of chi-square statistical hypothesis test in case of filter deteriorated by wrong residual information. The measurement noise is estimated at each filter step by minimizing a criterion function which was original from Huber filter. A recursive algorithm is provided for solving the criterion function. The proposed adaptive filter algorithm was successfully implemented in radar navigation system for spacecraft formation flying in high earth orbits with real orbit perturbations and non-Gaussian random measurement error. Simulation results indicated that the proposed adaptive filter performed better in robustness and accuracy compared with previous adaptive algorithms.     

基于捷联惯导的船载新型阵列雷达阵面姿态测量系统设计

针对大型船载新型阵列雷达需重新考虑捷联惯导安装设计问题,简单介绍捷联惯导基本工作原理,设计单轴旋转机构激光陀螺捷联惯导新型阵列雷达阵面姿态测量系统,详细说明系统的组成结构,并通过仿真试验给出在组合导航模式下姿态测量结果,证明系统可满足船载新型阵列雷达阵面姿态的精确测量要求。     

激光雷达系统在大尺寸地形扫描中的应用

为了获取模拟月面的三维地形数据,采用激光雷达系统进行专项试验场地形测量。文章分析了激光雷达系统的测量站点布局规划和位置参数设置对大尺寸地形扫描测量的影响,重点研究了激光雷达在景深条件限制下为实现最大扫描面积的有效扫描高度和扫描宽度设置。研究结果可为深空大范围扫描测量深入研究提供一定的参考。     

QCM用于检测航天器表面污染的技术研究

文章简要叙述了QCM(石英晶体微量天平)检测技术在航天器表面污染检测中的作用,主要体现在航天器表面、光学仪器和动力系统的污染检测,低地球轨道空间的原子氧检测,并且对QCM检测中使用的关键方法,热解重量分析法和温度效应进行分析。     

A space based radar on a micro-satellite for in-situ detection of small orbital debris

The increase in the number of satellites in the Near Earth Orbit is exponential. The consequent increase in pollution of the orbital environment is of growing concern to the international community. There are currently only two observation systems available for measurement of orbital debris. Ground based radar and telescopes can detect objects larger than about 7 cm. Passive space based systems provide an accurate statistical estimation of flux for debris smaller than about 0.1 mm in size. Consequently, there is no way of obtaining information about debris in the millimeter-size range. Considering that the relative speed between objects in space is commonly in the km/s range, millimeter sized debris carry enough energy to be deadly to astronauts or to totally destroy the functioning of any satellite. Then National space agencies have recommended launching orbital spacecraft carrying debris detection experiments for gaining a better understanding of small debris.CNES (the French Space Agency) is developing a new family of micro-satellites, that will make possible to put into orbit a totally new system of radar that could measure in-situ flux of debris. We present results of this system analysis, which would cumulate the advantages of both ground-based radar and in orbit passive experiments.The proposed method for detection is quite original and allows the radar to act like a band-pass filter with respect to the debris diameter. The optimum frequency is shown to be in the Ka-band. Two points are critical in the definition of the radar: the average power available and the false alarm probability in the detection criterion. Therefore, we present a special receiver chain in order to optimize the signal-to-noise ratio. The estimate of the radial velocity through Doppler frequency measurement may be used to discriminate orbital debris from meteoroids. This system could be built today using an existing Continuous Wave amplifier. Several hundreds of objects per year could be detected yielding an accurate statistical estimation.The orbital debris radar would be a major contribution to our knowledge of millimeter sized debris. This experiment would contribute to making the current models more accurate at all inclinations. The micro-satellite concept would make the orbital debris radar mission cheap enough for considering a constellation of such satellites.     

基于统一空间测量网络的大尺寸测量方法

近年来,在航空航天、船舶、汽车等领域广泛应用到大尺寸精密测量设备,但其测量精度受使用环境、仪器本身及操作方法等多种因素影响。文章提出了一种基于统一空间测量网络软件平台的大尺寸测量方法,该方法可以将测量过程中所有仪器集成起来,并适当地合成彼此的测量不确定度,优化测量结果。通过激光跟踪仪多次移站的方式来对空间位置点进行测量以验证该软件平台,结果表明统一空间测量网络融合了所有测站的测量结果,融合测量精度优于局部测站测量精度。     

星光折射航天器自主定轨方案比较

当星光透射大气发生折射时 ,用星光折射角精确地反映星光在大气中离地球表面的高度 ,并建立高度、航天器与地球的几何关系。通过对折射角进行观测 ,间接测得地平 ,从而改善了用地平仪直接测地平所造成的航天器自主导航精度低的不足。本文提出了几种利用星光折射的航天器自主定轨方案 ,并作了细致的仿真实验 ,对直接和间接两种测量地平方法以及几种星光折射自主定轨方案进行了分析比较。