近地卫星利用光学敏感器的自主导航方法

基于光学敏感器的卫星自主导航技术是利用红外地球敏感器（IRES）和星敏感器（ST）等姿态测量部件提供的测量信息,通过计算含有轨道信息的星光角距和地球视半径角,修正由轨道动力学模型递推得到的轨道参数。通过系统状态模型和观测模型的离散化和线性化,得到扩展卡尔曼滤波算法的递推关系,并在此基础上进行数学仿真。仿真结果表明,该方法的收敛速度和收敛精度都比较好。由于该方法不需要增加额外的星载敏感器,因此具有很好的应用前景。     

旋转大气下火星探测器轨道捕获

针对大气辅助捕获下多次穿越的方式,分别建立探测器气动捕获段在静止大气和旋转大气模型下的轨道动力学方程并进行相应的动力学仿真,分析旋转大气对轨道捕获的影响.根据仿真结果,给出了在两种大气模型下完成目标捕获时,任务耗时以及探测器所受的热量、过载情况,通过给定不同目标轨道近火点高度,得出两种大气模型下卫星轨道的轨道参数变化形式.结论表明:当目标轨道近火点高度较低时,旋转大气对探测器轨道参数的变化形式影响较大,应该考虑旋转大气的影响.     

星图运动模糊及其复原方法

研究了载体角运动及振动对星敏感器成像的影响,推导并建立了不同飞行状态下星图模糊的数学模型.在此基础上讨论了多重运动模糊机理,提出采用分步复原方案去除多重星图模糊,以保证高动态环境下星敏感器工作的精确性及稳定性.仿真结果表明,载体运动造成的星体质心提取误差与具体运动形式及参数有关,并通过比较复原前后星敏感器的定姿效果,验证了模糊星图分步复原方法的有效性.      

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.     

航天器天文导航中星敏感器最佳安装方位研究

航天器自主天文导航中,通常用星敏感器和地平仪测量的星光角距作为观测量,星敏感器安装方位角是影响导航精度的一个重要因素.针对星光角距作为观测量的自主天文导航方法,分别采用扩展卡尔曼滤波EKF(Extended Kalman Filter)和Unscented卡尔曼滤波UKF(Unscented Kalman Filter)2种滤波方法进行仿真计算,研究了星敏感器安装方位角对导航精度的影响规律,得出星敏感器的最佳安装方位角,并考察了其在不同轨道参数下的适用性,为星敏感器的安装和星敏感器视场内观测星的选取提供了依据.仿真计算表明,本结论对其它利用"星光+地平"的自主导航方法也适用.      

内外参数精确建模的太阳敏感器标定

对数字式太阳敏感器标定,现有的多项式拟合和只有内部参数的简单建模方法标定精度低,为提高标定精度,提出一种基于内外参数精确建模的标定方法.通过分析太阳敏感器标定系统的内外参数,建立太阳敏感器标定模型,基于太阳模拟器和两轴转台获取标定点数据,采用最小二乘法分两步优化得到各模型参数.该方法不需要太阳光线与太阳敏感器成像面的初始对准,操作方便,同时通过精确分离太阳敏感器内外参数,避免了标定系统外部参数误差对太阳敏感器内部参数标定的影响,且通过两步优化,进一步提高了太阳敏感器的标定精度.实验结果表明:该方法的标定精度达0.005°(±60°视场),比常用的标定方法的标定精度(0.02°)提高约4倍.      

星敏感器星点能量分布数学模型及其对精度的影响分析

为解决高斯能量分布与实际星点能量分布存在偏差的问题,推理了高斯能量分布模型的合理性并进行了仿真验证.针对星图去噪预处理建立了高斯去底能量分布数学模型,在此基础上根据采样中的饱和现象建立了高斯顶底均去能量分布数学模型,通过仿真分析比较了两种模型参数对于星点提取精度的影响特性,可以为提高星敏感器星点提取精度提供参考.     

航天器轨道机动过程中的自主导航方法

典型的航天器自主天文导航方法利用地球敏感器和星敏感器的观测信息,根据轨道动力学模型和测量信息,采用扩展卡尔曼滤波算法（EKF）估计航天器位置矢量。为了在航天器轨道机动过程中减小滤波器的估计误差,设计了用于航天器自主导航的自适应鲁棒扩展卡尔曼滤波（AREKF）算法。仿真结果表明,采用AREKF算法能够有效地减小推力不确定性的不利影响,在不增加导航敏感器的前提下改善系统的导航性能,取得优于传统EKF算法和自适应扩展卡尔曼滤波（AEKF）的估计精度。     

基于等价可靠性模型的姿态敏感器配置优化及分析

针对如何进行姿态敏感器配置的问题,提出了一种确定最优姿态敏感器配置的方法.首先,将工程中的姿态敏感器配置问题用数学模型进行描述;其次,以可靠性为基础,建立系统可靠性模型;然后,引入等价因子这一概念,将配置可选方案之间的优劣以可靠性的形式等价到控制系统中,将系统可靠性模型转化为系统等价可靠性模型;最后,通过对比系统等价可靠性模型的具体数值,确定出最优的航天器姿态敏感器配置方案.文章最后,以一工程实际为例,利用该方法进行姿态敏感器配置的确定,结果表明该方法可行和有效,对工程具有理论指导意义.     

红外地球敏感器辐射强度在轨数据分析

为了给在轨卫星红外地球敏感器性能评估提供更多参考依据,通过对某颗长期在轨正常运行卫星所配置的红外地球敏感器辐射强度数据进行统计分析,给出辐射强度短期、中期和长期的变化规律,并分析造成这种变化的内在机理.分析结果表明,辐射强度短期与星下点纬度相关且呈周期变化;中期与季节相关且呈周期变化;长期主要与红外地球敏感器自身特性相关呈逐渐衰减趋势.该结果可以作为在轨红外辐射强度判读的依据.     

利用摆动地球敏感器两个探测器输出的姿态确定

摆动地球敏感器是地球同步通信卫星控制系统的重要部件。这种敏感器主要用于卫星的姿态测量,测量量作为控制系统的输入信号计算控制输出量。摆动地球敏感器有4个探测器,目前在轨卫星的基本使用方法均为至少使用3个探测器的测量信息进行姿态确定。本文给出了使用2个探测器测量确定卫星姿态的计算方法,并结合实际情况给出了使用策略。这种姿态确定方法大大拓宽了地球敏感器的使用范围,增加了地球敏感器的冗余性,延长了部件的使用寿命。     

Analysis of tape tether survival in LEO against orbital debris

The low earth orbit (LEO) environment contains a large number of artificial debris, of which a significant portion is due to dead satellites and fragments of satellites resulted from explosions and in-orbit collisions. Deorbiting defunct satellites at the end of their life can be achieved by a successful operation of an Electrodynamic Tether (EDT) system. The effectiveness of an EDT greatly depends on the survivability of the tether, which can become debris itself if cut by debris particles; a tether can be completely cut by debris having some minimal diameter. The objective of this paper is to develop an accurate model using power laws for debris-size ranges, in both ORDEM2000 and MASTER2009 debris flux models, to calculate tape tether survivability. The analytical model, which depends on tape dimensions (width, thickness) and orbital parameters (inclinations, altitudes) is then verified with fully numerical results to compare for different orbit inclinations, altitudes and tape width for both ORDEM2000 and MASTER2009 flux data.     

目标飞行器红外地球敏感器寿命分析与试验验证

针对红外地球敏感器受其寿命影响未能进行寿命验证,通过进行可靠性分析,确定了薄弱环节,设计了寿命试验,开展了地面试验验证.寿命试验采取实时寿命试验和进程加速寿命试验相结合的方法,模拟在轨工作环境,考核产品的实际工作寿命,对极端工况下（寿命末期产品密封功能失效）试验件的运转性能及失效模式进行摸底.分析了寿命试验关键参数和极端工况下试验件轴系运转测试数据,数据表明试验件工作正常,已运行在稳定工作期.由可靠性分析和寿命试验数据可以得出：目标飞行器红外地球敏感器实际寿命相对3年寿命要求有较大的裕量,寿命试验的开展可以进一步验证产品实际寿命.     

摆动式扫描红外地球敏感器在轨探头级备份工作研究

针对摆动式扫描红外地球敏感器两个探测器工作时输出弦宽信息的特点以及现役通信卫星的一般配置,提出了使用两个探测器信息进行姿态确定及利用双份地球敏感器进行探头级备份工作的方法,该方法在工程实现上简单易行,实现精度较高,且提高了在轨卫星地球敏感器的使用可靠性及冗余度.     

红外加热笼模拟航天器瞬变外热流的方法研究

以某型号航天器热平衡试验为工程应用背景，采用理论分析、仿真研究和实验研究相结合的方法，建立了红外加热笼和热流计的动态数学模型；在此基础上，讨论了利用红外加热笼作为热流模拟航天器在轨飞行时表面到达热流密度瞬态变化的方法和技术。     

一种空间视觉测量子系统用半导体 激光器驱动电路设计

针对面阵静态红外地球敏感器的现场标定,提出基于规则小孔平面靶标的现场标定方法.将小孔平面靶标固定放置于面源黑体前方,在光学视场测量空间内,多次调整红外地球敏感器的摆放位置,以采集多幅不同位置、不同角度的红外靶标光点图像.使用等高层最小二乘椭圆拟合方法精确提取靶标红外光点的中心坐标,获得特征点信息.利用红外靶标图像和图像特征点计算面阵静态红外地球敏感器光学系统的焦距和主点坐标.试验结果表明,该标定方法简单灵活有效,便于调试现场操作.目前,该方法已在面阵静态红外地球敏感器研究中得到应用.     

基于VO_x非致冷探测器的红外地球敏感器探讨

近年来VOx非致冷红外探测器的研制取得了较快发展,由于在波长14~16μm范围内有较高的响应率,使其应用于红外地球敏感器成为可能.介绍了基于VOx非致冷红外探测器的红外地球敏感器,对主流VOx探测器的MEMS微桥结构和产品性能参数进行比较,并分别讨论了使用面阵器件和线阵器件的红外地球敏感器应用.     

低轨道中等能量电子对地磁扰动的响应

低轨道高度上能量电子通量变化与地磁扰动程度密切相关.利用我国资源2号(ZY-2)03星空间环境监测分系统在轨工作期间所获得的能量电子探测数据,以及美国NOAA-15,NOAA-16,NOAA-17三颗卫星中等能量电子探测器自1998年以来积累的太阳同步轨道中等能量电子探测数据,结合地磁活动观测数据,对低轨道高度上中等能量电子对地磁扰动的响应特性进行了统计分析.结果表明,该区域的中等能量电子通量在磁暴、磁层亚暴期间有显著增强,增幅大小与地磁活动程度呈正相关关系,强磁暴期间增幅可达一个数量级左右,在响应时间上存在电子通量变化滞后于磁扰的时间特性.