The effect of spatial truncation error on variance of gravity anomalies derived from inversion of satellite orbital and gradiometric data

The spatial truncation error (STE) is a significant systematic error in the integral inversion of satellite gradiometric and orbital data to gravity anomalies at sea level. In order to reduce the effect of STE, a larger area than the desired one is considered in the inversion process, but the anomalies located in its central part are selected as the final results. The STE influences the variance of the results as well because the residual vector, which is contaminated with STE, is used for its estimation. The situation is even more complicated in variance component estimation because of its iterative nature. In this paper, we present a strategy to reduce the effect of STE on the a posteriori   variance factor and the variance components for inversion of satellite orbital and gradiometric data to gravity anomalies at sea level. The idea is to define two windowing matrices for reducing this error from the estimated residuals and anomalies. Our simulation studies over Fennoscandia show that the differences between the 0.5°×0.5°$0.5°\times 0.5°$ gravity anomalies obtained from orbital data and an existing gravity model have standard deviation (STD) and root mean squared error (RMSE) of 10.9 and 12.1 mGal, respectively, and those obtained from gradiometric data have 7.9 and 10.1 in the same units. In the case that they are combined using windowed variance components the STD and RMSE become 6.1 and 8.4 mGal. Also, the mean value of the estimated RMSE after using the windowed variances is in agreement with the RMSE of the differences between the estimated anomalies and those obtained from the gravity model.     

基于视频数据的机场跑道外来物检测

提出了一种基于视频数据的机场跑道外来物(FOD,Foreign Object Debris)检测算法,该算法包括几何校正、背景差分、杂波抑制和伪装消除等4个步骤.其中,几何校正排除了摄像头轻微抖动造成的图像差异;背景差分利用每个像素对应的颜色向量信息,建立背景模型并进行定时更新;杂波抑制和伪装消除利用差分图像和原始图像信息,建立马尔科夫随机场和概率统计模型,在降低虚警的同时提高了检测率.将本算法应用于两组不同光照条件下获取的视频图像,检测不同形状和颜色的FOD目标;采用本算法对机场实测数据进行测试,验证了算法的有效性.     

基于声发射的单层铝板高速撞击损伤类型识别

针对基于声发射技术的在轨航天器遭受空间碎片撞击损伤的评估问题,采用AUTODYN软件进行了弹丸超高速正撞击铝板所产生声发射波动信号的数值模拟,给出了二维模拟结果;对所得到的声发射信号进行小波重构,得到低频和高频部分的信号。通过研究低频和高频信号的峰值变化,发现第一和第二峰值幅度与撞击速度的变化具有一定的规律性,通过低频第二峰值幅度与第一峰值幅度比值将高速撞击损伤模式分为成坑、锥形穿孔和圆柱形穿孔三种类型。
     

遗传算法在星座多星接近轨道优化中的应用

以三颗非共轨的Walker星座卫星为研究对象, 对航天器无需变轨与其接近的可能性进行研究. 将Lambert方法得到的航天器轨道作为初始轨道, 利用遗传算法对初始轨道进行优化. 对初始轨道在参考时刻位置和速度的改变量进行编码,形成对应的种群. 以航天器与星座卫星之间的最近距离为适应度函数, 通过种群的繁殖得到优化结果. 结合仿真算例, 分析了最小二乘算法和遗传算法在轨道优化中的优劣以及接近过程中轨道摄动的影响. 结果表明, 遗传算法适用于所提出的轨道改进问题. 研究结果可为单航天器无需变轨对星座多星接近问题提供理论依据.      

空间碎片防护研究最新进展

空间碎片对在轨航天器的安全运行构成了严重威胁,对航天器的撞击事件频繁发生。随着空间碎片环境的日趋恶化,航天器的防护变得越来越重要。文章从空间碎片环境模型、撞击风险评估、航天器部件损伤、防护材料与结构的超高速撞击试验、撞击试验数据库建设、超高速发射设备、在轨撞击感知、机构间超高速发射设备交叉校验等方面对国内外空间碎片防护研究的进展进行了总结,并在此基础上给出我国未来空间碎片防护研究的发展建议。     

Removing orbital debris with lasers

Orbital debris in low Earth orbit (LEO) are now sufficiently dense that the use of LEO space is threatened by runaway collision cascading. A problem predicted more than thirty years ago, the threat from debris larger than about 1 cm demands serious attention. A promising proposed solution uses a high power pulsed laser system on the Earth to make plasma jets on the objects, slowing them slightly, and causing them to re-enter and burn up in the atmosphere. In this paper, we reassess this approach in light of recent advances in low-cost, light-weight modular design for large mirrors, calculations of laser-induced orbit changes and in design of repetitive, multi-kilojoules lasers, that build on inertial fusion research. These advances now suggest that laser orbital debris removal (LODR) is the most cost-effective way to mitigate the debris problem. No other solutions have been proposed that address the whole problem of large and small debris. A LODR system will have multiple uses beyond debris removal. International cooperation will be essential for building and operating such a system.     

空间碎片现状与清理

分析了空间碎片的严峻现状和空间碎片的10个来源,指出轨道碰撞是产生碎片最多的因素;介绍了空间碎片的观测方法、原理和观测系统的概况,包括正在兴建的观测系统——“空间篱笆”。最后,根据不同轨道高度和空间碎片的数量与大小,提出空间碎片清理原则、要求和9种清理方法。     

空间碎片偏振光谱成像探测技术研究

随着太空探索活动的逐年增多,人类对空间碎片的探测显得越发重要。文章首先介绍了探测空间碎片的意义及其常规的光电探测方法,并分析了探测空间碎片的主要难点;在此基础上,结合空间碎片的具体特征,提出一种对空间碎片进行探测与识别的新方法,即将成像、光谱、偏振三个光学基本量同时使用,通过多元特征融合等识别技术,实现对空间暗、弱、小碎片的高效探测,并对新方法中的关键技术进行了分解和可行性分析。     

星间洛仑兹力编队飞行的平衡点及零速度曲面

提出了一种新的利用星间洛仑兹力控制卫星相对运动的方法:使主星产生自旋磁场,副星带电,通过控制副星所受的星间洛仑兹力进行编队。假设主星产生的人造磁场表现为偶极子并且运动在一条开普勒圆形轨道上,副星恒定带电并在主星附近运动,同时假设星间洛仑兹力只影响副星的运动而不影响主星的运动。推导了副星在主星HCW(当地垂直当地地平坐标系)坐标系下的相对运动动力学方程。针对偶极子与HCW坐标轴X轴重合的情况下,推导了动力系统下的平衡点(并采用稳定性分析方法分析其线性化意义下的稳定性)、积分常数和零速度曲面,证明了有界相对运动的存在。最后用数值仿真验证了上述结论。     

航天器与空间碎片的混合编队重构控制与应用

针对空间碎片清理问题,提出了一种利用航天器与空间碎片混合编队队形重构控制技术捕获碎片的方法。首先,分析了地/月—日系L2拉格朗日平动点附近的限制性三体环境,并建立了编队卫星相对运动动力学模型;其次,提出了以太阳光压力作为航天器与空间碎片编队队形重构的控制力,实现各从星接近空间碎片的目的;最后,设计了基于线性二次型的最优控制器,并在Matlab/Simulink环境下进行仿真实验。仿真结果表明该方法可控制从星到达期望的位置(空间碎片的位置),且太阳帆板的姿态变化在可控范围内,进而证明了该方案可以应用于复杂空间环境下的碎片清理任务。