挠性充液航天器超近程逼近段动力学建模与控制

超近程逼近过程中,服务航天器为刚柔液耦合的复杂系统,单摆等液体晃动模型不再适用,对这种工况下的航天器进行了动力学建模与控制的研究。采用虚功率原理推导了一种新的适用于三轴推力作用下的液体晃动等效模型,通过引入相对位置导引矢量与相对位置误差矢量,建立了相对轨道误差动力学模型,结合相对姿态动力学模型,得到超近程逼近段的刚柔液耦合的相对轨道姿态动力学模型。针对模型存在的不确定性和未知干扰,设计了基于滑模估计器的相对姿轨耦合控制律。通过数学仿真验证了控制律的有效性,仿真中的晃动结果与Flow-3D结果能够吻合,验证了晃动模型的合理性。     

GPS/SINS超紧组合导航的性能分析

GPS接收机在高动态环境下很容易失锁,特别是载体的高动态造成的应力对接收机载波跟踪环影响很大。为了解决高动态环境下的组合导航,分析了GPS接收机载波跟踪环的测量误差和跟踪门限,采用惯导速度辅助GPS接收机跟踪环路的超紧组合结构。超紧组合需要涉及到GPS接收机跟踪环内部编排及高动态环境下的实验数据,难度较大。针对超紧组合仿真专门开发了GPS实时软件接收机、高动态GPS中频信号仿真器和惯导模拟器并构建了一个完整的GPS/SINS超紧组合仿真系统。仿真结果表明,该超紧组合导航系统可以跟踪50g的加速度和10倍音速。     

4种DGPS模块动态定位精度测试与分析

采用RTK-DGPS为参照,对GARMIN GPS15L、Ublox LEA-4S、Gstar GS-87和Gstar GS-89m-J共4种DGPS模块在单机模式、地面伪距差分模式和卫星差分模式下的动态定位精度进行了测试和分析.结果表明:(1)对于GARMIN GPS15L 和Ublox LEA-4S,单机定位精度为米级,使用地面伪距差分定位可分别提高动态定位精度20%和87%;(2)总体上看,DGPS模块的地面伪距差分定位精度优于卫星差分定位,卫星差分定位精度优于单机定位;(3)在视野狭窄地段,无论单机定位、伪距差分定位还是卫星差分定位,动态定位精度都受到一定影响,和视野开阔地段相比,精度明显下降.     

Onboard orbit determination using GPS observations based on the unscented Kalman filter

Spaceborne GPS receivers are used for real-time navigation by most low Earth orbit (LEO) satellites. In general, the position and velocity accuracy of GPS navigation solutions without a dynamic filter are 25 m (1σ) and 0.5 m/s (1σ), respectively. However, GPS navigation solutions, which consist of position, velocity, and GPS receiver clock bias, have many abnormal excursions from the normal error range for space operation. These excursions lessen the accuracy of attitude control and onboard time synchronization. In this research, a new onboard orbit determination algorithm designed with the unscented Kalman filter (UKF) was developed to improve the performance. Because the UKF is able to obtain the posterior mean and covariance accurately by using the second-order Taylor series expansion through the sampled sigma points that are propagated by using the true nonlinear system, its performance can be better than that of the extended Kalman filter (EKF), which uses the linearized state transition matrix to predict the covariance. The dynamic models for orbit propagation applied perturbations due to the 40 × 40 geo-potential, the gravity of the Sun and Moon, solar radiation pressure, and atmospheric drag. The 7(8)th-order Runge–Kutta numerical integration was applied for orbit propagation. Two types of observations, navigation solutions and C/A code pseudorange, can be used at the user’s discretion. The performances of the onboard orbit determination were verified using real GPS data of the CHAMP and KOMPSAT-2 satellites. The results of the orbit determination were compared with the precision orbit ephemeris (POE) of the CHAMP and KOMPSAT-2 satellites.     

Monocular Vision-based Two-stage Iterative Algorithm for Relative Position and Attitude Estimation of Docking Spacecraft

Visual sensors are used to measure the relative state of the chaser spacecraft to the target spacecraft during close range rendezvous phases. This article proposes a two-stage iterative algorithm based on an inverse projection ray approach to address the relative position and attitude estimation by using feature points and monocular vision. It consists of two stages: absolute orientation and depth recovery. In the first stage, Umeyama's algorithm is used to fit the three-dimensional (3D) model set and estimate the 3D point set while in the second stage, the depths of the observed feature points are estimated. This procedure is repeated until the result converges. Moreover, the effectiveness and convergence of the proposed algorithm are verified through theoretical analysis and mathematical simulation.     

地磁暴期间中国中低纬电离层的CIT研究

利用电离层层析成像技术(Computerized Ionospheric Tomography, CIT)处理115°E子午圈附近6个台站的GPS观测数据, 分析了2004年11月地磁暴期间中国中低纬电离层的响应情况. 结果表明, 电离层呈正相扰动, 且不同高度上的响应不同, 800 km以下电子密度有不同程度的增加, 且在峰值高度附近增幅最大, 800 km以上地磁暴的影响并不显著; 伴随地磁能量的注入, 赤道异常峰极向扩展; 随磁扰强度的降低, 电子密度也逐渐恢复至平静水平. 这些结果与以往的理论和观测结果一致, 初步估计扰动是由热层暴环流引起的, 并受到赤道异常峰移动的影响.      

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。
     

基于IMU辅助的高动态GPS信号捕获算法

高动态环境存在较大的多普勒频移,传统的GPS信号捕获方法捕获时间较长。为了快速捕获到信号,提出将惯性测量单元(InertialMeasurementUnit,IMU)辅助与快速傅里叶变换(FFT)相结合的快速捕获算法。该算法通过外部IMU的位置、速度辅助,预先估算高动态载体产生的多普勒频移,缩小频率搜索范围;利用二维FFT方法同时搜索码相位和多普勒频率,降低计算复杂度,加快捕获速度。仿真结果表明该算法可以显著减少捕获时间,提高捕获性能。     

基于特征空间的GPS自适应阵干扰抑制技术研究

讨论了GPS系统中自适应阵干扰抑制的问题,对比研究了最优自适应阵与基于特征空间自适应阵的抗干扰性能。通过理论推导和仿真分析,与最优自适应阵相比,基于特征空间在信号与干扰噪声比性能上略有不如,但其在理论上能够完全抑制干扰,具有更好地干扰抑制比。     

多频GNSS电离层折射误差修正方法CSCD

针对电离层折射误差较大的特点,分别对GPS(Global Positioning System)和BDS(Bei Dou Navigation Satellite System)的单一频率的电离层折射误差进行了分析,并将不同频率进行线性组合,计算出组合后的电离层折射误差。此方法修正了双频一阶项、三频一阶项和三频二阶项电离层折射误差。由于电离层延迟修正的同时会放大观测噪声,为此分析比较了不同频率组合修正后的观测噪声,为最佳频率组合的选取提供了理论方法。