USO-KBR测距系统建模与仿真

K频段微波测距(KBR)系统是低-低卫星跟踪卫星(SST-LL)重力测量卫星的关键载荷之一,其性能直接影响地球重力场空间变化率的测定结果,而KBR系统中超稳振荡器(USO)的稳定度对KBR系统整体测距精度有着重要影响。文章根据双向测量载波相位对比原理和USO幂率谱模型,对KBR系统进行了建模。首先,描述了测距系统的基本原理、系统功能组成及适用于KBR系统的数学模型;然后,利用Matlab软件对"重力恢复和气候实验"(GRACE)卫星的KBR系统进行了仿真。仿真结果表明,采用该模型和方法后获得的双向测距中误差(RMSE)为9.81μm,与公布的GRACE卫星KBR系统10μm的中误差相符。文章为KBR系统的工程设计提供了仿真分析工具,可为工程应用提供设计参考。     

高精度星间测距与超稳振荡器研究

高精度K频段微波星间测距系统（KBR）采用双路微波测距技术,测量精度可达到1μm／s,是地球重力场测量卫星的三大有效载荷之一。作为整个系统时间基准的超稳定振荡器（USO）,是实现KBR微米级测量精度的关键。文章在研究KBR测距技术的基础上,对USO进行了研究和设计,研制成功的USO的短期频率稳定度达到了5×10^-13／s（Allan方差）,达到了指标要求。     

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。     

高精度星间微波测距技术

卫卫跟踪（SST）技术是目前地球重力场测量最有价值和应用前景的方法之一。高精度K波段星间微波测距系统（KBR K Band Ranging System）低低卫卫跟踪（SST-Ⅱ）重力卫星的关键有效载荷，它是一微米量级的测距系统，通过处理高精度的星间距离和距离变化率数据，可以恢复出地球重力场。在研究星间双路微波测距原理的基础上，提出了一种KBR系统的基本结构，详细描述了数据处理过程和KBR系统研究需要突破的关键技术，分析了国内目前的研究水平，给出了我国未来开展KBR系统研究的一些建议。     

基于加权最小二乘的星间数据高精度压缩算法

星间双单程测距技术（DOWR）是保证KBR测量精度最主要的手段。KBR星间原始相位测量量作为DOWR的输入数据，其精度对实现星间微米级测距具有重要意义。重力卫星将星上原始相位测量数据下传至地面，在地面进行测距、测速解算。为了解决卫星星地数据传输量大和数传带宽受限的矛盾，并确保下传至地面的原始测量数据精度不损失，文章提出利用分段加权叠加最小二乘拟合算法，对星上测量信息进行拟合压缩下传的方法；并利用该方法，对研发的KBR地面试验系统中实测的相位信息进行分析，结果表明，文中提出的算法压缩比为15.6∶1，压缩精度对测距的影响小于0.01μm量级，对测速的影响小于0.01μm/s量级，该量级的误差对于整个系统微米级测距的影响可忽略。研究成果对我国重力探测卫星KBR系统实现高精度的数据压缩及星地间大数据量的压缩传输具有重要意义。     

超高精度星间距离测量及其在卫星重力场测量中的应用

介绍卫星重力场测量的最新技术——GRACE低-低卫-卫跟踪的基本思想及其关键有效载荷。在此基础上,对高精度KBR星间距离测量的基本原理进行简要分析,并探讨其关键技术。     

K频段测距系统星间高精度指向控制算法

为了避免多路径噪声对低低星间跟踪(SST-LL)重力测量卫星K频段测距(KBR)系统测距精度的影响,基于SST-LL重力测量卫星的超静卫星平台,提出了一种磁控制与喷气控制相结合的KBR系统星间高精度指向控制算法。首先,利用喷气执行机构使卫星快速机动到目标姿态角;然后,利用磁力矩器和喷气执行机构对卫星进行联合稳定控制,在满足省电和节省喷气量的条件下,实现长周期、高精度的天线相对指向控制。利用"重力场反演与天气试验"(GRACE)卫星参数进行仿真验证,结果表明:在正常轨道运行模式下,该算法能实现俯仰和偏航方向优于1mrad的控制精度,可为KBR系统在轨高精度测距提供保证。     

一种重力测量卫星静电加速度计在轨标定算法

静电加速度计是低低跟踪(SST-LL)重力测量卫星的关键载荷之一,其性能直接影响地球重力场空间变化率的测定结果。为了确保静电加速度计长期在轨工作,结合扩展卡尔曼滤波估计算法,提出了一种应用动力学方法确定静电加速度计校准参数的算法。首先建立静电加速度计及K频段测距(KBR)系统的量测模型;然后将高精度地球重力场模型和静电加速度计观测数据代入扩展卡尔曼滤波算法的状态方程中,将KBR系统观测数据代入观测方程中,建立静电加速度计在轨标定模型。数学仿真结果表明:静电加速度计的标度因子和零偏估计误差均在0.2%以内,实现了卫星静电加速度计较为精确的标定。     

一种高分辨率的相差测量技术

在重力场探测和气象实验卫星(GRACE:Grace Recovery And Climate Experiment)中星间测距精度达μm级,工作频率选用K/Ka频段,即测相分辨率需达到千分之一至万分之一,加之相噪影响,研究高精度的频率估计和相位积分估计技术是一个重要课题。测相需采用数字化精跟、锁相和相差测量技术,研究快速、准确和稳定的锁相算法。文章以GRACE卫星的KBR系统(K-Band Ranging System)为背景,提出一种数字化高分辨率的相位检测算法,通过软件对算法进行仿真,验证其可行性。     

星载GPS的毫米级编队卫星相对定位

在比较分析编队卫星相对定位与陆地相对定位技术的基础上,结合陆地相对定位技术和 卫星精密定轨技术提出了基于GPS进行编队卫星相对定位的方法及原理。文章采用2004年4月 1日到10日的GRACE卫星实测数据进行了相对定位计算,并采用KBR观测数据对本文相对定位 结果和JPL单独定轨结果进行了外部检核,检核结果表明：1. 与直接采用单独定轨结果相 比,该方法可以明显提高卫星的相对位置精度。2. 利用本文方法计算的两颗GRACE卫星相 对位置精度约为4.5 mm。
     

激光跟踪仪现场测量不确定度检测

为了满足现场测量的要求,掌握AT901-B激光跟踪仪的测量精度随测量环境改变而变化的规律,通过试验,对激光跟踪仪测量精度随时间变化、测量距离变化和测量角度变化的规律进行了研究,得到测量不确定度的变化规律,为不同测量环境下的现场测量提供了测量精度评价参考。     

“嫦娥”着陆器悬停、避障、缓降试验中的姿态和位置测量

针对"嫦娥"着陆器悬停、缓降、避障试验过程中的姿态和位置测量需求,提出了全站仪、经纬仪及陀螺经纬仪三种测量方案。分别给出了测量计算数学模型,分析了测量系统误差,并对每一测量方案优劣性进行了评估,确定了最佳测量方案。     

某数字摄影测量系统精度量化评估方法

受到测量试验中被测目标尺寸及结构、控制场布局、测量网形等现场因素的影响,工业数字摄影测量系统的实际测试精度达不到理论精度。文章以V-STARS摄影测量系统为例,针对大型平面天线热变形测量需求,创新性地提出了线型测量精度和面型测量精度的指标,对摄影测量系统的实际测量精度进行了定量评估。测量结果表明,该测量系统的实际测量精度满足0.1 mm的测试精度要求。该精度标定方法可为各类型摄影测量系统的实际测量精度评价提供一种直观、可靠的手段。     

摄影测量技术及其在航天器变形测量中的应用

文章介绍了摄影测量技术的测量原理,系统调研了近年来摄影测量技术在国内外航天器变形测量领域的发展概况,分析总结了该技术的发展趋势和关键技术,并结合我国的具体国情提出了当前变形测量技术发展的建议,为我国在航天器大型复杂部件微变形测量技术的发展提供借鉴和参考。     

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。     

卫星表面材料体、面电阻率测试方法及电压对体、面电阻率影响的研究

对卫星表面材料的体电阻率、面电阻率的测试方法进行了研究,并设计了测量电极系统,测量了常用热控涂层的体、面电阻率,研究了测量电压对测量结果的影响。     

太阳翼展开试验装置导轨摩擦力自动测量系统设计

太阳翼是卫星发射成败的关键部件,为满足卫星型号太阳翼地面零重力展开可靠性验证,研制了一套高精度导轨摩擦力自动测量系统。该系统采用自动化测量、高精度传感器和无线通信网络等技术,对某卫星型号展开试验装置导轨进行摩擦力测试,验证了该测量方法的可靠性。将测量结果与人工手持测力计测量进行对比,有效解决了测量结果不稳定、测量数据离散、测量效率低等问题,并可获取导轨全行程摩擦力实测数据。该系统的应用提高了导轨摩擦力测量精度,增强了卫星太阳翼地面零重力展开可靠性,提高了卫星太阳翼生产效率。     

双星TDOA/FDOA定位系统的目标定位精度分析

根据双星时差/频差(TDOA/FDOA)的定位原理,推导了目标定位精度模型,分析了目标定位精度与轨道高度、星间基线长度、TDOA测量精度、FDOA测量精度、卫星速度测量精度、卫星位置测量精度等误差源之间的关系。分析结果表明:测量因素中的FDOA测量精度和卫星速度测量精度,是影响双星定位的关键因素;而TDOA测量精度和卫星位置测量精度,对目标定位精度的影响较小。     

航天器介质充电效应模拟试验中的非接触式电位转接测量技术

航天器充放电效应地面模拟试验中需要测量的一个重要参数是介质的充电电位。文章基于介质充电电位的非接触式转接测量技术,分析了测量中引起误差的各个因素,讨论了减小测量误差和提高转接测量分辨率的方法,并进行试验验证。据此设计了一套介质电位非接触式转接测量系统,其测量分辨率达到10 V以下,且由电荷泄漏引起的测量误差1%,能够满足航天器介质充电电位的测量要求。     

距离距离变化率测量系统布站方法研究

距离距离变化率测量系统是一种精度较高的外弹道测量系统,其测量精度与布站有密切的关系,本文针对该测量系统,分析了测量的误差源,推导了精度计算公式,给出了精度评定函数,并给出了在一定约束条件下最佳布站的算法,上述工作对该系统在实践中的应用具有重要意义。