动态环路法磁矩测量技术研究

文章提出了一种新的航天器磁矩测量方法——动态环路法。首先,利用高斯电势级数公式建立了航天器的磁性偶极-四极模型。然后,针对模型中的8个磁矩分量,基于动态环路法的基本测量原理,设计了5组磁通感应线圈;根据8个磁矩分量的磁感应强度分布以及5组线圈的具体形状和位置,给出了各磁矩分量的磁通量表达式和利用积分法计算各个磁矩分量的公式。最后,对在推导过程中由于简化带来的近似误差和利用积分法计算公式理论计算误差进行了初步分析。当线圈间隔L为半径r的5%时,近似误差和积分法理论计算误差分别不超过2%和0.17%。结果表明,该方法不但能够获得航天器的磁矩大小并计算出其磁心坐标,而且还具有测量过程简单、测量速度较快以及测量精度高的优点。     

惯性导航系统/双星距离差组合导航算法的可行性研究

研究由相对于双星的距离差量测与惯性测量系统构成实时的适用于跟踪高动态目标的组合导航系统的可行性。阐述系统工作原理 ,建立了相关的数学模型 ,用拉格朗日乘子法求出了解析解 ,用 Matlab软件验证其结果并作了误差分析。结果表明 :相对于双星的测距差对于惯性测量系统沿双星连线轴向的测量误差算法有十分明显的修正效果 ,但对与双星连线轴正交方向的测量误差 ,其修正能力很差。指出距离差量测本质上是与双星连线轴向相关的一维量测。欲构成对惯性测量三维方向均有修正作用的实时组合导航系统 ,应当在系统中另增加独立的量测量。     

地磁场中卫星不侧置态下磁矩测试方法

对地磁场中卫星不倒置状态下分离卫星Z分量磁矩的测试及数据处理方法进行了研究。利用地球磁场方向特征、卫星剩磁矩与感磁矩在不同测量状态和测量过程中的变化,确定卫星Z分量磁矩含地磁垂直向感磁影响与不含地磁垂直向感磁影响的比例关系,基于积累的不同卫星水平和垂直向的磁测试数据,用近场法计算,获得了卫星Z分量的感磁系数。试验表明:用该法测得的Z分量磁矩测量相对误差不大于30%,工程上有较高的实用价值。     

由磁矩计算磁场强度的公式在航天器磁矩测量中的应用

基于由磁矩计算磁场强度的反立方公式及其一般工程应用,文章提出将反立方公式与球面作图法结合,形成新球面作图法;并重点给出该方法在航天器磁试验磁矩测量中的应用,即在数据采集时应用球面作图法思路,数据处理时应用反立方公式由磁场强度测量值求磁矩.应用该方法对卫星内部有3个点磁矩情况下的总磁矩进行了仿真计算,结果表明,在测量点数...     

固体火箭发动机质心测量技术研究

介绍了一种发动机质心测量方法，它是一种建立在两传感器测质心轴向位置，小量程单传感器测质心径向位置的基础之上，通过添加磁尺建立几何测量系统，测量发动机质心的方法；阐述了这种测量方法的原理、设备结构和计算公式，并对测量误差进行了估算与分析。     

非全姿态惯性平台小角度射前自标定方法

为实现非全姿态惯性平台全装弹状态下的射前自标定,提高导弹射击精度,提出了非全姿态惯性平台在小角度状态下射前自标定方法。通过对导弹飞行过程中平台的受力分析,确定了平台误差模型中产生漂移最主要的六项误差系数,设计了使平台转动到预设角度并自动锁定的控制电路,控制平台在初始和小角度倾斜两位置处锁定,使六项误差系数受到重力加速度的有效激励,最后利用构建的闭环力矩反馈回路进行测漂,分离出各误差系数。精度分析表明,标定精度能够很好地满足系统要求。与传统方法相比,该方案利用小角度倾斜状态实现三轴同时测漂,仅需平台在两个位置间转动一次,其自标定时间缩短为借助转台多位置标定时间的25%。     

基于全张量磁场梯度的磁偶极子定位及误差分析

为了对磁偶极子进行高精度的磁性定位,文章从磁偶极子模型出发,推导出磁偶极子的空间坐标与其产生的磁场及磁场梯度之间的关系式;针对模型及关系式,设计了一种全张量磁场梯度传感器,能够一次测量出精确定位所需的9个磁场梯度值和3个磁场强度值;对比仿真结果和实验结果,发现二者具有较好的一致性,证明了该理论模型的有效性。对于磁偶极子,用半径为0.05 m的梯度传感器对磁矩为2 A·m~2的磁偶极子进行定位测量,在0.5~1 m距离内定位误差不大于10%。文章还对定位测量误差的原因进行了分析,包括梯度测量基线距离及传感器半径对定位误差的影响。     

激光星间链路终端指向误差标定中的误差分离研究

针对激光星间链路终端指向误差在轨标定中航天器姿态测量误差影响标定结果的问题，本文提出了基于多链路测量的航天器姿态测量误差分离方法。该方法利用了导航星座中同一航天器同时建立多条链路的特点，获取不同方向的LCT指向误差测量数据。通过同时估计航天器姿态测量误差与LCT自身指向误差参数，实现了航天器姿态测量误差与LCT自身指向误差的分离。仿真结果表明：航天器姿态测量误差对LCT指向误差标定结果有显著影响，利用本方法进行误差分离后，LCT指向误差标定结果最大偏差由分离前的64.9 μrad下降到误差分离(6条链路)后的21.1 μrad，有效降低了航天器姿态测量误差对LCT指向误差标定结果的影响。该方法的有效性取决于链路条数和链路拓扑构型。     

改进的MEMS陀螺静态误差模型及标定方法

静态干扰力矩造成的陀螺角速度测量误差是MEMS(Micro Electromechanical System)陀螺主要的误差源之一,为了增强MEMS陀螺的抗干扰能力,根据外框架驱动式MEMS陀螺工作原理、具体结构,针对比力引起的干扰力矩,采用解析的方法分析了陀螺静态误差,结合试验法确定了陀螺静态误差数学模型,讨论了各误差项的物理起因及误差影响大小,论证了静态多位置法不能标定陀螺与比力平方有关误差项,提出了改进的陀螺静态误差数学模型,设计了10位置静态误差标定方法。试验结果表明:补偿后陀螺在10个静态位置的误差平均值和均方差分别为补偿前的0.83%和40%,提高了陀螺实用精度,为MEMS陀螺的精确标定、补偿提供了理论依据。     

三轴平台快速自标定与自对准方法探讨

为了提高地地导弹的作战效能,探讨了适应机动发射导弹快速发射要求的三轴平台快速自标定与自对准技术。误差标定及补偿是提高惯性系统使用精度的重要手段,但标定的完善性与快速性之间存在矛盾。误差标定及方位对准采用导弹水平状态七位置一体化方案,在约13.6分钟内能自主对准并标定出平台二十一项系数。导弹水平状态标定与对准可以基本消除阵风干扰的影响,且陀螺仪标度因数与漂移的估计采用有参考力矩的零力矩法,保证了标定、对准的快速性与准确性。经仿真验证,测量时间为1分钟时,漂移率估计误差在0.003°/h以内,测量时间为2分钟时估计误差在0.001°/h以内。     

一维综合孔径微波辐射计在轨定标方法

G矩阵反演法是一维综合孔径辐射计普遍采用的图像重构算法，其实现包含两个关键要素：系统响应G矩阵标定和有效的数值反演算法。目前，在轨运行的辐射计采用系统误差分步测量的定标方法。在G矩阵反演法和点源测量G矩阵的理论基础上，对相应点源测量试验过程和水体成像试验过程进行了介绍，并对成像精度进行了分析，验证了整体定标的可行性。接着，提出了在轨G矩阵定标方法，并分析了卫星机动对载荷的影响。相比于目前在轨应用的分步测量系统误差的定标方法，该方法利用外部定标源整体标定系统响应G矩阵，能够简化分步定标各系统参数的定标过程，实现符合设计的成像精度，为后续高精度的图像重构算法提供保证，给一维综合孔径辐射计在轨定标提供了新的思路。     

基于跟踪微分器的姿控喷管故障检测

针对航天飞行器姿控喷管故障的检测问题，提出了一种基于跟踪微分器(TD)的故障检测方法。该方法在考虑测量噪声、安装误差、转动惯量误差、姿控喷管特性、质心偏移等因素的基础上，设计了带低通滤波器的跟踪微分器，用来估计姿控喷管的输出力矩，并根据上述对象的实际偏差设计了无故障时估计力矩随指令力矩变化的力矩包络，即在无故障时估计力矩不会超出包络，通过检测估计力矩是否超出包络来判断是否发生故障。通过数学仿真，表明该方法能有效检测航天飞行器姿控喷管的故障，检测成功率高并且几乎没有误检。     

图像信息反馈的目标航天器跟踪控制方法

定义目标航天器图像形心与像平面中心为跟踪误差,并将该像平面误差直接引入跟踪控制闭环,提出一种增益切换的目标航天器跟踪PD控制律,在由推力器开关控制特性定义开关函数的基础上,给出PD控制器增益切换策略。由于直接使用目标航天器在像平面中的视觉特征误差量,避免了视觉相机内参数标定和目标航天器位姿信息求解等过程,简化了服务航天器的系统配置,同时控制器增益切换实现对测量误差、推力器偏差、转动惯量偏差以及干扰力矩等多种不确定性因素进行补偿,提高了跟踪控制系统稳定性及抗干扰性能。最后,基于Lyapunov稳定性理论给出控制器参数估算方法,并理论分析了增益切换PD控制律的收敛性,数学仿真表明该控制律能够对复杂机动目标以及考虑多种不确定性因素等情况进行快速跟踪,校验了视觉跟踪控制策略的有效性及对多类型不确定性的鲁棒性。     

基于标准磁块模型的赤道作图法误差分析

赤道作图法是卫星及其部件磁矩测量和计算的主要方法，其测试结果受到多种因素的影响。文章首先介绍赤道作图法（亦称近场分析法）的基本原理，分析该方法在测量和计算磁矩过程中的部分误差来源；然后基于标准磁块模型研究模型磁偏心距、环境磁场波动与赤道作图法测试误差的关系；同时提出近远场梯度差分的方法以提升磁矩计算结果的准确度。利用改进方法对标准磁块模型进行测量和数据处理的结果表明，该方法的测量（计算）误差可控制在3%以内。     

重力测量卫星KBR系统相位中心在轨标定算法

针对低低跟踪(SST-LL)重力测量卫星K频段测距(KBR)系统相位中心在轨标定问题,提出了一种应用预测卡尔曼滤波算法的KBR系统在轨标定算法。首先,以磁力矩器和姿态控制喷气发动机为执行部件,对一颗卫星施加一定的组合力矩,使其绕另一颗卫星进行周期性姿态机动;然后,将星敏感器数据代入预测卡尔曼滤波算法中估计出卫星姿态;最后,根据KBR系统观测值与卫星姿态角之间的关系,利用扩展卡尔曼滤波算法估计出KBR系统相位中心的位置。数值仿真结果表明:KBR系统相位中心可以被实时估计,当存在较大的卫星姿态动力学模型误差时,KBR系统相位中心的标定误差仍在0.3mrad以内,证明此算法估计精度较高且鲁棒性强。     

空间冗余陀螺仪在轨标定方法

针对航天器冗余陀螺仪误差系数的在轨标定问题,利用模型置换方法建立 了冗余情况下的隐式标定模型,该模型结构简单,能够充分利用所有陀螺仪的测量信息。并 以美国EOS-AQUA卫星的冗余陀螺仪为背景,利用仿真方法分析了该模型的优良性能。结果表 明,利用模型置换方法能够有效提高误差系数标定精度,相对误差小于10％。
     

捷联惯导加速度计尺寸效应误差建模及其标定

高动态条件下,加速度计（简称加计）的尺寸效应将成为捷联惯导系统精确导航的重要误差源。这个误差源于加计组合中三个加计振动中心（有效的加速度测量点）的不重合。从几何角度对加计尺寸效应误差进行了建模。设计了三类基于精密三轴速率转台的加计尺寸标定方案,即匀角速度旋转、匀角加速度旋转和正弦角加速度旋转方案。以旋转过程中捷联惯导系统的速度输出作为量测,利用Kalman滤波器可以实现对加计尺寸系数的有效估计。利用分段定常系统可观性分析方法研究表明,三类旋转标定机动均能使系统状态完全可观测。仿真结果证明了三类标定方案的有效性,而以匀角速度旋转方案估计过程最平稳,以正弦角加速度旋转方案估计精度最高。     

三星时差定位系统的有源校正算法

针对三星时差（TDOA）定位系统中，由星历误差和时间同步误差导致无法精确定位的问题，提出一种基于正交投影的两步迭代有源校正算法。该算法首先利用正交投影将时间同步误差从观测方程剔除，然后引入一个与辐射源位置和星历误差有关的中间变量，通过对中间变量的最优估计消除星历误差对定位精度的影响，最后利用中间变量求解出目标辐射源位置。仿真结果表明，所提算法定位性能的仿真值和理论值均可以达到克拉美-罗界（CRLB），当TDOA观测噪声较小且有3个以上参考源时，可以完全校正星历误差和时间同步误差对定位精度的影响。