星载TDI CCD相机成像仿真系统的实现

以VC++ 6.0为开发环境, 基于航天TDI (Time Delay and Integration) CCD相机地物点与像点的映射模型, 开发了TDI CCD相机成像仿真软件系统, 建立了由卫星单轴气浮姿态控制仿真台和地面星载TDI CCD相机成像仿真软件系统构成的实时航天TDI CCD相机成像仿真平台, 可动态模拟航天TDI CCD相机在进行标称偏流角调节后卫星姿态角速度误差对航天TDI CCD相机成像的影响, 仿真结果与实际成像结果基本一致.      

虹湾地区高分辨率成像轨控方案

为了获取分辨率更高的全月面图像数据,并对嫦娥三号任务预选着落区之一的虹湾地区进行高分辨率成像,“嫦娥二号”卫星提高了CCD立体相机的分辨率,并通过降轨机动进一步降低轨道高度,在远月点高度100km和近月点高度15 km的椭圆轨道(简称试验轨道)的近月点附近对虹湾地区进行高分辨率成像.由于卫星能源的限制,卫星在该轨道上不能长时间停留.为了保证成像质量,要求太阳高度角必须高于15°.另外,必须有足够的测控弧段来满足测定轨道精度要求.这些约束条件都对该轨道的控制实施方案设计提出了很高的要求.文章结合嫦娥一号任务的工程实践经验,基于中国自身的测控资源和测控条件,对试验轨道进行了特性分析,根据成像约束条件和测定轨要求,给出了试验轨道的控制计算方案,提出了固定开机时刻和燃料最优两种计算方法解算控制参数.计算结果和误差分析结果表明卫星在试验轨道内满足安全和成像要求,确认了该方案的正确性和可行性.     

敏捷卫星立体定位角元素影响分析

为精确开展敏捷卫星效能评估,合理制定机动能力及其测量部件指标,首先针对敏捷卫星利用平台大角度姿态机动,以单线阵CCD相机实现立体成像的特点,分析了单线阵与三线阵立体定位角元素影响差异。其次建立了敏捷卫星立体定位精度评估模型,进行了内、外方位元素与角元素相关性分析,给出了各误差近似解析算法。解析分析定量给出了满足定位精度要求时敏捷卫星立体成像角方位元素及其测量精度指标的取值范围。     

基于退步控制方法的绳系卫星回收张力控制

利用退步控制方法研究了绳系卫星系统TSS(Tethered Satellite System)的平面内回收控制问题,提出了一种新的张力控制律.该控制律设计由两步组成:首先利用退步控制将摆角稳定到目标值,然后通过设计摆角的目标值实现系绳的回收和回收速度的控制.控制率设计了分段连续的目标角度方案和延时环节,可以使TSS回收过程各状态量变化平滑.数值仿真结果表明,该控制律在圆轨道、近圆轨道和大偏心率的椭圆轨道都有很好的控制效果.     

空间TDICCD相机动态信噪比计算方法研究

信噪比是空间光学相机系统的主要设计指标之一,可用于表征相机的辐射性能。文章通过建立遥感卫星轨道模型,分析计算一年中任意时刻用太阳高度角和卫星观测角描述太阳、卫星、地面目标点之间的相对位置关系,并将计算得到的卫星观测角和太阳高度角等参数导入大气传输软件MODTRAN,输出在相机入瞳处的地面目标光谱辐亮度,再根据信噪比的计算方法,最后完成TDICCD相机动态的信噪比计算值。通过该方法,可以计算任一时刻任一观测目标的信噪比,这将有利于判断在某一时刻的能量是否满足观测要求,以随时改变TDICCD的探测器级数,使得成像像质达到最佳。     

多星联合任务规划方法

针对多星对地观测系统联合任务规划问题,考虑卫星载荷具备连续侧摆能力和多种数据压缩模式的新特点,构建了多星联合任务规划模型,在此基础上设计多星联合任务规划和数传调度算法框架,实现了卫星连续侧摆成像规划算法和基于任务优先级的数传任务调度算法,最后采用实际算例进行试验,结果表明文章提出的多星联合任务规划方法能在提高完成任务数量的同时降低卫星资源消耗,满足实际应用需求。     

超低轨道卫星应用离子电推进技术方案

低地球轨道大气环境对诸如科学探测和对地观测卫星的阻尼作用十分明显，而且阻尼随太阳和地磁活动以及昼夜、季节交替变化范围宽。为了保证卫星轨道精度或飞行状态满足任务要求，需要利用推进系统对卫星受到的阻尼进行实时或间歇式补偿以实现轨道或飞行状态的保持。针对轨道高度220~268km的无拖曳飞行和轨道维持应用，基于卫星轨道阻尼变化和有效载荷指标要求分析，研究确定了离子电推进技术指标、推力调节方案、系统组成、推力控制方案和在轨应用策略，并对推力调节方案进行了试验验证。结果表明，与无拖曳飞行卫星任务匹配的离子电推进指标为推力调节范围1~20mN，推力分辨率优于12μN，与对地观测卫星轨道维持任务匹配的指标为推力调节范围1～25mN，推力分辨率100μN。研究提出的针对超低轨道卫星应用需求的高精度推力连续调节离子电推进技术方案，具有工程任务针对性和参考价值。     

X射线实时成像器件缺陷校正方法的研究

对于由射线转换屏和CCD相机组成的X射线实时成像系统而言,成像器件缺陷是影响系统成像质量的重要因素.结合工程实践,分析了射线转换屏缺陷、CCD像元光响应不一致性等成像器件缺陷的特性及其成像规律,提出了一种数学模型和成像器件缺陷校正方法.实验结果表明,该方法对消除成像器件缺陷造成的图像降质有较好的效果.      

空间相机摆扫成像立体定位精度仿真分析

为了验证空间相机摆扫成像立体定位的可行性,考虑成像比例尺变化、摆扫角测量精度、摆扫角稳定度和摆扫角速度等影响因素,建立了以总体设计中影响定位精度的各指标为参数的空间相机摆扫成像几何模型,推导了基于误差传播理论的定位精度计算方法,并对平面定位精度和高程精度进行了仿真,提出了摆扫成像方式条件下提高定位精度的有效措施。结果表明,在成像幅宽较大时,单线阵摆扫成像线阵长度较小情况下和双线阵推扫成像线阵长度较大情况下,可达到相近的定位精度,提高摆扫角测量精度、摆扫角稳定度及时间同步精度,可提高平面定位精度。摆扫成像立体定位精度仿真方法适用于大幅宽成像遥感卫星定位精度指标分配。     

空间相机摆扫成像立体定位精度仿真分析

为了验证空间相机摆扫成像立体定位的可行性,考虑成像比例尺变化、摆扫角测量精度、摆扫角稳定度和摆扫角速度等影响因素,建立了以总体设计中影响定位精度的各指标为参数的空间相机摆扫成像几何模型,推导了基于误差传播理论的定位精度计算方法,并对平面定位精度和高程精度进行了仿真,提出了摆扫成像方式条件下提高定位精度的有效措施。结果表明,在成像幅宽较大时,单线阵摆扫成像线阵长度较小情况下和双线阵推扫成像线阵长度较大情况下,可达到相近的定位精度,提高摆扫角测量精度、摆扫角稳定度及时间同步精度,可提高平面定位精度。摆扫成像立体定位精度仿真方法适用于大幅宽成像遥感卫星定位精度指标分配。     

地球静止轨道遥感卫星相机太阳规避设计

地球静止轨道成像式遥感卫星的光学成像相机在轨工作期间需要避免阳光的照射,针对现有滚动轴姿态机动算法存在规避开始时初始角速度过大的问题,提出一种改进的滚动轴机动太阳规避算法。该算法在规避开始与结束时,设计一定的规避角度余量,将建立机动初始状态的过程由达到规避角度的瞬间延伸到角度余量区间中,延长建立初始状态的时间,减小初始角速度。系统数学仿真和测试验证证明该算法简单可靠,在开始规避时,初始角速度由0.2（°）/s减小到0.014（°）/s,整个规避过程平稳,具有良好的工程应用价值。     

一种敏捷卫星积分时间计算方法

敏捷卫星成像过程中姿态变化灵活,积分时间变化剧烈,传统卫星积分时间计算模型已无法满足精度要求。因此,提出一种改进的积分时间计算模型,在星地斜距计算和摄影点地速计算两方面作了改进。星地斜距计算时利用地表数字高程模型修正理论的斜距值,摄影点地速计算中增加姿态角速度对卫星本体坐标系角速度矢量的影响,并设计了整个算法在星上数管分系统中的实现方案。最后在星载嵌入式环境下进行了仿真计算,并与地面仿真计算结果进行了比对分析。两者比对偏差在0.01‰以内,可以满足相机成像质量要求。     

倾斜轨道小卫星太阳高度角分析与机动方案设计

针对倾斜轨道小卫星必然会面对的光学姿态敏感器受阳光干扰的问题,分析太阳高度角的变化规律,提出了计算太阳高度角的经验公式,并在此基础上提出了平台偏航姿态机动方案,可以使光学姿态敏感器规避阳光干扰,并可以简化整星热控和帆板驱动设计,提高了整星的可靠性.     

一种卫星天文自主定轨定姿方法研究

利用安装在卫星上的太阳敏感器和紫外敏感器测量出的卫星—太阳、卫星—地球和卫星一月球方向矢量，并利用雷达测高仪测出的地心距作为观测量，提出采用广义卡尔曼滤波方法实时地确定卫星绕地球飞行的轨道，同时确定出卫星的对地姿态．对自主定轨进行了数学仿真，分析比较了采样周期、轨道倾角、轨道偏心率和轨道高度等因素对定轨精度的影响．总结了其变化规律，该方法可用于提高卫星自主定轨精度．     

磁带机运转对星载CCD相机成像的影响

利用Ｌａｇｒａｎｇｅ方程,建立了磁带轮转动和卫星姿态振动相互影响的仿真模型,并用数值计算方法计算了卫星的姿态振动,仿真分析了对星载线阵ＣＣＤ成像质量的影响。     

一种空间目标高精度指向控制方法

针对空间动目标指向任务对卫星提出的高精度控制需求，研究了卫星星体/快反镜二级复合系统的指向控制问题，给出了一种空间运动目标高精度指向控制方法。首先，基于近圆轨道Clohessy Wiltshire方程获得追踪卫星与目标卫星的位置信息；然后，基于扩展Kalman滤波算法进行多信息融合确定追踪卫星姿态参数，并实时解算出追踪卫星载荷光轴与目标卫星的相对姿态，获得跟踪指向所需的方位角和俯仰角；最后，通过星体一级姿态控制和基于快反镜的载荷光轴二级指向控制，实现对目标卫星的快速、高精度指向。仿真结果表明，该方法可以在保证快速性的同时实现动态指向控制误差小于072″。该方法可以实现对空间目标的高精度指向控制，为未来空间中激光通信等航天任务提供技术支持。     

星上运动部件对气象卫星姿态影响的研究

以中国下一代静止轨道气象卫星为对象,分析了有效载荷扫描镜运动和太阳翼步进运动对卫星姿态的影响。结果表明,有效载荷的正常扫描运动和太阳翼的步进运动对卫星姿态的影响很小,但有效载荷的黑体校准运动对卫星姿态的影响很大,必须进行补偿控制,否则卫星有效载荷扫描镜的指向精度无法满足设计要求。     

挠性卫星自适应姿态跟踪控制

具有较强变轨或姿态机动能力的卫星,在轨运行过程中其质量特性随着液体燃料的消耗而不断变化,卫星的惯量特性也随之变化,使卫星质量参数呈现不确知的特性。如何在惯量矩阵未知情况下实现挠性卫星的姿态跟踪控制是研究的重点。考虑目标姿态角速度可以时变的一般情形,设计了基于误差四元数的自适应姿态跟踪控制律,给出了稳定性证明。数学仿真结果表明该控制律能够在卫星转动惯量未知情况下,保证卫星本体姿态和跟踪目标姿态。     

静止气象卫星系统图象同步角的计算

同步角的计算是从静止气象卫星获得高精度图象的首要问题之一。同步角的精度不仅与卫星的轨道、姿态的确定精度有关,还和卫星的动力学稳定性以及观测时间有关。