圆轨道同步卫星在区域导航系统中应用研究

阐述了我国建立第二代卫星导航系统的必要性和区域性卫星导航系统的特点，进一步研究了倾斜圆轨道同步卫星在区域导航系统中的应用，最后设计了一种静止卫星和倾斜圆轨道同步卫星相结合的星座,并且初步研究了它的性能，通过仿真教育处表明，实现区域卫星导航系统是可行的。     

基于人工拉格朗日点太阳帆的导航卫星自主定轨技术

为提高导航星座的自主导航能力,提出一种基于人工拉格朗日点太阳帆的导航卫星自主定轨方法。在导航卫星星间测距的基础上,利用太阳帆提供的空间实时位置信息,来消除导航星座的整体旋转和漂移对自主定轨的影响。选用第一类无奇点根数作为状态变量,利用EKF滤波器融合卫星动力学信息及两类测距信息进行自主定轨。利用GPS导航星座的IGS精密星历进行了仿真试验,仿真结果表明了该方法不仅能够保证导航卫星自主定轨的长期稳定性,且与结合星间测距和星间测向的自主定轨方法相比,定轨精度更高。     

空间反射面天线在轨热分析

首先得出太阳光与地球和卫星在同步轨道上的关系,然后运用ANSYS软件对星载天线反射面进行热分析得出在轨温度场,为进一步的在轨热变形计算以及热控方案的选择提供了必要的温度数据,提供了一种新的地球静止轨道热分析的途径。     

外层空间法前沿问题研究

外层空间法是一个新兴的法律学科，存在许多尚无定论的重大前沿问题。这些问题主要有外层空间的定义与定界问题，发射国的定义问题，地球静止轨道的法律地位问题，卫星遥感地球的法律问题以及卫星直播的法律问题。这些问题的探讨和解决，对外层空间活动的未来发展具有重要意义。     

基于最小偏度采样的卫星自主导航SRUKF算法

针对航天器自主导航系统对可靠性、精确性和实时性的要求,将最小偏度采样策略和平方根Unscented卡尔曼滤波(SRUKF)算法相结合,提出了一种改进型SRUKF算法,该算法在保证滤波精度和标准Unscented卡尔曼滤波(UKF)算法相当的条件下,通过引入最小偏度采样减少了采样点数,提高了计算速度,以协方差阵的平方根代替协方差阵参加递推运算,减少了计算机舍入误差.将该算法应用于磁强计/雷达高度计组合导航系统中,仿真结果表明:该算法保证了估计精度,较大地减轻了计算负担,具有算法简单、计算效率较高的特点,能够满足卫星自主导航系统的要求.     

对偶四元数曲线插值算法在编队卫星中的应用(英文)

传统的编队卫星位置和姿态算法是分开处理的。提出一种新的对偶四元数曲线插值算法,将卫星的姿态结合到轨道中去。首先采用曲线插值算法计算主星的运动轨迹,然后建立从星相对于主星的对偶四元数模型来确定从星的相对位置和姿态,将卫星的位置和姿态进行统一处理。与传统的轨道参数法及四元数法进行误差比较,仿真结果表明该方法不但可以实现编队卫星位置和姿态的统一确定,而且可以满足卫星编队的精度要求。     

北斗三号卫星系统总体设计

北斗三号全球卫星导航系统（The third generation Beidou navigation satellite system， BeiDou-3）于2020年7月31日正式开通运行。BeiDou-3不仅提供定位导航授时服务，同时提供具有北斗特色的多功能服务，包括区域短报文、星基增强、精密单点定位、全球短报文通信、国际搜救等服务。本文从卫星系统设计角度，详细分析介绍了BeiDou-3的功能，并讨论了卫星采用的主要新技术，包括卫星信号体制、星间链路、时频基准、星载综合电子、高效电源以及器部件的自主可控等。最后，对三类轨道的卫星设计进行了综合论述。     

轨道随机不平顺对车辆／轨道系统横向振动的影响

基于车辆－轨道耦合动力学理论，建立了车辆－轨道垂横耦合模型，利用时域数值积分法在时域仿真得到耦合系统的横向随机振动响应，再用周期图法估计出车辆、轨道横向随机响应功率谱密度，利用谱分析详细研究了轨道高低、水平、方向和轨距不平顺对车辆、轨道横向随机振动的影响。结果表明，车辆及轮轨横向表现为低频振动，主要受轨道方向和水平不平顺影响；钢轨和轨枕的横向振动频率分布很广，其低频段主要受轨道方向和水平不平顺影响，而高频段的振动主要由轨面垂向短波不平顺激发。     

结合遗传算法和优化Q-law算法的小推力轨道转移

提出了一种将遗传算法和优化的Q-law算法相结合的新轨道转移算法.为了合理利用能源,文中引入相对推进效率作为是否施加推力的门限.遗传算法用于搜索最短时间的优化轨道转移路径,将轨迹优化问题转化成有约束的参数优化问题,从而避免了两点边值求解难题.在轨道转移末端,为了提高目标转移精度并避免高频振荡,文中采用了结合模糊逻辑的优化Q-law算法.针对某一卫星轨道转移进行了数字仿真.结果表明,本文算法能够在实现最优时间轨道转移的同时,兼顾能源的消耗,并提高轨道转移精度.     

GPS组合系统在飞机进场着陆中的应用

本文研究了用全球定位系统/捷联惯导/无线电高度表(GPS/SINS/RA)组合导航系统进行飞机精密进场着陆的可行性。提出了系统的组合方案。建立了组合系统的数学模型,应用组合卡尔曼滤波技术,按18颗导航星的布置方案,应用GPS仿真器,在考虑飞机沿3°倾斜角下滑线进行着陆飞行时,对组合系统进行了计算机仿真。仿真结果表明,当GPS接收机采用P码,或采用C/A码再使用差分和伪卫星技术时,组合导航系统能够达到国际民航组织(ICAO)提出的精密进场着陆时的定位精度要求。     

基于X射线脉冲星的新型卫星天文导航

基于X射线脉冲星导航（XNAV）是一种新型的卫星自主导航技术。使用卫星上的相位测量值和脉冲星钟预报的相位值,可以确定卫星的位置和速度。由探测到的脉冲相位,计算出沿着脉冲星视线方向的卫星相对于地心的距离。同时测量三颗脉冲星,就可以计算出卫星在惯性系下的位置。结合距离测量方程和轨道动力学,设计了广义卡尔曼滤波算法。仿真验证表明,该导航算法能实现卫星的精确导航,定轨精度在百米以内。此外还分析了影响导航性能的因素。     

Impact Analysis of Solar Irradiance Change on Precision Orbit Determination of Navigation Satellites

Solar radiation pressure is the main driving force and error source for precision orbit determination of navigation satellites. It is proportional to the solar irradiance,which is the"sun constant". In regular calculation,the"solar constant"is regard as a constant. However,due to the existence of sunspots,flares,etc.,the solar constant is not fixed,the change in the year is about 1%. To investigate the variation of solar irradiance,we use interpolation and average segment modeling of total solar irradiance data of SORCE,establishing variance solar radiation pressure(VARSRP)model and average solar radiation pressure(AVESRP)model based on the built solar pressure model(SRPM)(constant model). According to observation data of global positioning system(GPS)and Beidou system(BDS)in 2015 and comparing the solar pressure acceleration of VARSRP,AVESRP and SRPM,the magnitude of change can reach 10-10 m/s~2. In addition,according to the satellite precise orbit determination,for GPS satellites,the results of VARSRP and AVESRP are slightly smaller than those of the SRPM model,and the improvement is between 0.1 to 0.5 mm. For geosynchronous orbit(GEO)satellites of BDS,The AVESRP and VARSRP have an improvement of 3.5 mm and 4.0 mm,respectively,based on overlapping arc,and SLR check results show the AVESRP model and the VARSRP model is improved by 2.3 mm and 3.5 mm,respectively. Moreover,the change of inclined geosynchronous orbit(IGSO)satellites and medium earth orbit(MEO)satellites is relatively small,and the improvement is smaller than 0.5 mm.     

基于OPNET的低轨卫星的点波束确定算法(英文)

低轨道卫星通信网络具有低时延的全球覆盖优势。文中提出了一种新的低轨卫星的波束判断方法。该方法首先需要确定用户是否在中心波束,如果不在中心波束,通过两个步骤确定用户所在的边缘波束:第一步采用二维波束算法;第二步采用三维波束算法。基于这些算法,在OPNET平台上实现了具有动态节点和网络协议的铱星通信仿真系统,并获得仿真结果。结果显示,最长可视时间准则明显增加了卫星服务的时间,并且验证了波束宽度模型的应用。     

A Generic Plug-and-Play Navigation Fusion Strategy for Land Vehicles in GNSS-Denied Environment

Achieving accurate navigation information by integrating multiple sensors is key to the safe operation of land vehicles in global navigation satellite system(GNSS)-denied environment. However,current multi-sensor fusion methods are based on stovepipe architecture,which is optimized with custom fusion strategy for specific sensors. Seeking to develop adaptable navigation that allows rapid integration of any combination of sensors to obtain robust and high-precision navigation solutions in GNSS-denied environment,we propose a generic plug-and-play fusion strategy to estimate land vehicle states. The proposed strategy can handle different sensors in a plug-and-play manner as sensors are abstracted and represented by generic models,which allows rapid reconfiguration whenever a sensor signal is additional or lost during operation. Relative estimations are fused with absolute sensors based on improved factor graph,which includes sensors' error parameters in the non-linear optimization process to conduct sensor online calibration. We evaluate the performance of our approach using a land vehicle equipped with a global positioning system(GPS) receiver as well as inertial measurement unit(IMU),camera,wireless sensor and odometer. GPS is not integrated into the system but treated as ground truth. Results are compared with the most common filtering-based fusion algorithm. It shows that our strategy can process low-quality input sources in a plug-and-play and robust manner and its performance outperforms filtering-based method in GNSS-denied environment.     

编队卫星相对轨道与姿态一体化耦合控制

采用单个连续小推力推力器以及反作用飞轮作为执行机构的编队卫星相对轨道与姿态耦合控制问题。采用单个连续小推力推力器时,相对轨道控制推力作用时间较长,同时在任意时刻或一段时间内推力矢量不能指向空间任意方向,且其依赖于卫星当前姿态和姿态机动能力;一些编队任务对姿态确定精度有较高要求,为了能够提供较高的姿态测量精度,星敏感器应避免对准太阳,因此姿态动力学的非凸性和非线性使得编队耦合控制问题进一步复杂化。考虑以上约束,采用高斯伪谱法把连续控制问题直接转换成离散形式非线性规划问题。最后以双星编队队形初始化最优控制为例进行数学仿真,结果表明了该方法的有效性和实用性。     

GPS／DNS组合导航系统研究

通过误差分析的方法，给出了用卫星全球定位系统ＧＰＳ的位置、速度信息作为观测量的ＧＰＳ／ＤＮＳ组合导航系统的数学模型。在此模型的基础上应用卡尔曼滤波器，估计出导航参数误差并对系统进行校正，从而实现了ＧＰＳ与多普勒导航系统（ＤＮＳ）的组合。ＧＰＳ／ＤＮＳ组合导航系统克服了多普勒导航系统定位误差随时间发散的缺点，使得导航精度与时间无关，弥补了ＧＰＳ实时性的不足。仿真结果表明，该组合方案可获得高的导航定位精度。该系统丰富了组合导航系统内容，且体积小、成本低，便于工程实现，具有实用价值。     

GPS精密点定位的数据处理

在GPS精密点定位数据处理中,通常采用所谓无差分模型.然而,GPS单站观测量也可通过不同差分组合以减少未知参数数目,且在理论上与无差分模型等价.文中利用实际GPS观测数据,比较了不同点定位差分模型的定位精度和其他指标.     

陆地战车的FSINS/DR/北斗双星信息融合技术

针对陆地战车的自主性定位需求,提出了一种新型光纤捷联惯导系统（FSINS）／DR／北斗双星组合导航系统方案,研究了多种子导航系统的测量信息融合技术。提出并介绍了Fiber—SINS／DR／北斗双星组合方案的设计思想与结构组成,讨论了信息融合的具体方法,并且针对融合后的测量信息设计了一种实用卡尔曼滤波器,最后进行了跑车实验。结果表明,组合方案设计合理,能够有效地提高惯导系统的定位精度,同时满足陆地战车的自主性定位要求。