Precision analysis of autonomous orbit determination using star sensor for Beidou MEO satellite

This paper focuses on the autonomous orbit determination accuracy of Beidou MEO satellite using the onboard observations of the star sensors and infrared horizon sensor. A polynomial fitting method is proposed to calibrate the periodic error in the observation of the infrared horizon sensor, which will greatly influence the accuracy of autonomous orbit determination. Test results show that the periodic error can be eliminated using the polynomial fitting method. The User Range Error (URE) of Beidou MEO satellite is less than 2?km using the observations of the star sensors and infrared horizon sensor for autonomous orbit determination. The error of the Right Ascension of Ascending Node (RAAN) is less than 60?$\mathrm{\mu }\text{rad}$ and the observations of star sensors can be used as a spatial basis for Beidou MEO navigation constellation.     

The James Webb Space Telescope (JWST)

The James Webb Space Telescope is a 6.5 m, infrared space telescope designed to be launched in 2013 aboard an Ariane 5. The JWST program is a cooperative program with the Goddard Space Flight Center (GSFC) managing the project for NASA. The prime contractor for JWST is Northrop Grumman Space Technology (NGST). JWST’s international partners are the European Space Agency (ESA) and the Canadian Space Agency (CSA). JWST will address four major science themes: end of the dark ages: first light and reionization; the assembly of galaxies, the birth of stars and protoplanetary systems; and the formation of planetary systems and the origins of life. We discuss the design of the observatory and review recent progress on the JWST program.     

使用GPU并行加速的星表检索算法

提出一种基于GPU的恒星检索并行算法,解决大视场下星表检索在仿真应用中效率不高的问题。首先使用经纬度分区法将星表划分为星区存储,然后在可快速查询的分区星表上,提出构造球面三角形法精确求出探测视场覆盖的星区,以有效减小搜索范围。最后,采用计算统一设备架构(CUDA)计算平台,将并行的视场内恒星检索过程放入GPU下进行并行加速。实验结果表明,与面向CPU的实现相比,所提算法获得数十倍的加速比,并且在大视场、宽星等域下将检索时间控制在毫秒级别,满足了实时仿真要求。     

一种星光折射卫星自主导航系统方案设计

利用星光折射间接敏感地平的卫星自主导航方案具有导航精度高、自主性强的特点,是一种极具应用潜力的自主导航方案。在基于星光折射的自主导航方案中,折射星的准确识别与折射角的精确获取是实现高精度导航的基础。提出了一种基于双星敏感器,利用连续高度星图模拟与匹配技术实现高精度折射星识别和折射角获取的方法,并在此基础上设计了一种新颖的基于星光折射的卫星自主导航系统方案。同时,为了验证该方案的可行性,设计了相关的折射星仿真程序,以轨道高度为686km的对地观测卫星为例进行计算机仿真验证,结果表明在星敏感器精度为3″时,该导航系统平均位置误差约为145m,最大位置误差不超过400m。     

耦合位置误差的机载惯性/星光组合算法研究

针对星敏测量输出的是惯性系下姿态信息,无法直接应用于实际的机载地理系下姿态组合导航,提出了地理系下耦合位置误差的机载惯性/星光组合滤波算法。该算法分析了
惯性姿态到地理系姿态之间的相互转换关系,在建立的地理系下姿态线性化量测方程基础上,通过引入导航位置误差转换矩阵,建立了星敏测量的惯性姿态到惯性导航计算输出的地理系姿态之间的耦合误差模型;同时针对姿态观测时高度通道不可观的特点,增加了气压高度输出为系统的观测量;实现了基于星敏测量的惯性系下姿态对地理系下惯性导航误差的直接修正。姿态耦合误差仿真结果表明该组合导航算法设计成功可行,为星敏在机载环境下的组合导航应用提供了新的思路。
     

基于UKF和信息融合的航天器自主导航方法

X射线脉冲星导航利用X射线辐射脉冲到达时间 (Time of Arrival, TOA)作为信息输入,星敏感器导航利用星光角距等作为信息输入,是两种不同机理的天文导航方法。提出一种将脉冲星TOA和星敏感器星光角距测量结合的信息融合天文自主导航方法,设计了一种利用激光光量子模拟脉冲星X射线辐射光子的半物理仿真系统用于算法验证,并基于无迹卡尔曼滤波(Unscented Kalman Filter, UKF)使用真轨道参数做了仿真试验。结果表明,基于UKF的信息融合方法比基于EKF（Extended Kalman Filter）的信息融合方法性能更好,与仅使用脉冲星或星敏感器的导航方法相比,能将位置估计精度分别提高52.7%和43.6%,速度估计精度分别提高82.2%和70.5%。     

真空下星敏感器地面校准设备观察窗形变及光路分析

观察窗设计是星敏感器地面校准设备高低温真空罐设计中的一项关键技术。观察窗设计的好坏将直接影响地面校准设备的校准精度。由于观察窗受到内外压差时会发生挤压变形,光线通过变形窗时发生偏移,同时观察窗内外介质密度的不同也会引起光线的偏差,最终星敏感器所接受的光线不是原本的入射光线,导致光线校准出现偏差。针对上述问题本文通过应用ANSYS和MATLAB给出一种有效的计算方法,该方法既可以计算出观察窗的形变量,同时在形变的基础上计算出光线传输的改变量,为后续的地面校准提供补偿参数。     

一种改进的三角形星图识别算法

传统的三角形星图识别算法冗余匹配多,对噪声鲁棒性差,为此,在传统三角形算法的基础上,提出了一种改进的算法。该算法思想如下：将观测三角形三个角距组成的平面的法向量向最优主轴投影,利用投影值进行索引,得到候选导航三角形后,利用角距进行匹配,若存在冗余匹配,再利用归一化的星等消除冗余匹配。实验结果表明：与传统的三角形算法相比,两者识别所需时间基本相同,但是改进的算法对噪声的鲁棒性更好,冗余匹配更少,识别率更高。改进的算法在质心偏差为0.5像素,星等噪声为0.5Mv时,识别率高达97.7%,传统三角形算法在质心偏差为0.5像素时,识别率仅为91.4%。     

星敏感器与地平仪组合定姿建模与仿真

根据用星敏感器和地平仪组合的姿态确定算法建立的星敏感器和地平仪测量模型,以及采用的记忆衰减最小二秉滤渡的定姿估计模型,基于RT-LAB实时仿真平台和MATLAB/Simulink数字仿真平台进行了仿真.结果表明:星敏感器和地平仪组合定姿精度较高;用RT-LAB平台进行实时仿真具有方便、高效、精确和开放等优点.     

星敏感器专用图像采集板的研制

研制星敏感器专用图像采集板是提高星敏感器精度的重要手段之一。文章介绍了星敏感器专用图像采集板的结构和基本原理。针对ＰｈｉｌｉＰＳ公司的ＣＣＤ芯片,探讨了有关与ＣＣＤ像元－一对应的图像采集方法及独具特色的电路设计。