飞行器程控跟踪相控阵天线安装误差补偿技术

针对窄波束高增益相控阵天线波束指向精度要求高、安装误差对波束指向的影响无法忽略的问题,提出了一种基于光学瞄准的安装误差测量方法,给出了光学测量内容和误差修正矩阵,经某型无人机飞行测试表明,该方法可以减少由安装误差带来的波束指向偏差,对高精度波束指向具有重要意义。     

星载可动天线安装误差补偿方法

为了提高天线指向精度,本文提出了一种星载可动天线的安装误差补偿方法。该方法根据卫星结构坐标系与立方镜坐标系间的关系及立方镜坐标系与天线结构坐标系间的关系,运用欧拉角坐标转移方式,得到对天线安装误差进行补偿的坐标转移矩阵。并且针对安装误差的特点,对坐标转移矩阵进行简化,只需要在轨上注3个参数即可实现对天线安装误差的补偿。仿真结果表明,在安装误差≯1°的情况下,补偿后的指向误差最大值≤0.05°;在安装误差≯0.5°的情况下,补偿后的指向误差最大值≤0.01°,补偿后的指向误差可接受。星载可动天线安装误差补偿方法可有效补偿安装误差对天线指向的影响,上注参数少易于实现。     

抗光轴扰动的双目视觉测量方法

针对交会对接过程中双目测量相机受空间环境影响其光轴指向发生扰动的问题,提出一种抗光轴扰动的双目视觉测量方法。通过辅助光路将固定于卫星本体的参考标志分别成像于两侧像面的边缘,根据其图像变化估计光轴扰动变换矩阵,补偿因光轴扰动而产生的像面变化,从而实现抗扰动测量。理论推导表明：只要参考标志位于两侧相机视场内,便能够校正相机光轴扰动。利用地面试验平台进行了光轴扰动校正的仿真试验,试验结果表明：当两侧相机光轴存在扰动时,该方法能够有效校正光轴扰动,极大地提高了三维位置的测量精度。     

单轴速率三轴位置惯性测试转台误差及传递分析

阐述了单轴速率三轴位置惯性测试转台系统误差的种类,诸如安装面与轴线平行度、位置精度和回转精度等,主要来源于安装工艺、控制系统精度、测角系统精度以及机械磨损等因素,不可避免地存在于转台系统中。由此产生了综合性的指向误差并对测试数据造成影响,文章根据飞行仿真转台的指向误差公式推导出了适合本实验用惯性测试转台的误差计算公式。依据实际的测试流程计算出各轴的指向误差,得出标度因数、阈值、分辨率等参数测试时,指向误差使得被测参数偏小;而对于交叉耦合参数,造成被测参数偏大,在对高精度陀螺组合测试时应予以估计和补偿。     

闭环轴角解算误差分析及精度补偿方法

高精度的光机运动控制对空间光学遥感器的成像品质具有重要意义。旋转变压器是光机运动控制系统的重要角度测量元件之一,提高旋转变压器轴角解算精度对提高光机控制性能有重要作用。文章首先分析了闭环鉴幅式轴角解算原理,其次推导了由于旋变测量信号不完全理想带来的解算误差模型,其误差呈正弦分布,频率为被测信号频率的2倍,幅值与误差系数成正比。并用实验数据证明了误差模型的正确性。最后给出了基于模拟信号的硬件补偿方法和基于数字信号的软件补偿方法。实验证明了补偿措施有效,能将解算误差降低一个数量级。     

基于测角信息的测量数据折射误差修正方法研究

光学设备测量数据因精度高而一般成为雷达精度校飞、实测数据固定偏差估计的比较标准。然而，受各种因素干扰，光测数据同样地包含一定误差，其中光、电波折射误差是其最主要误差之一。因此，如何精确修正测量信号的大气折射误差，往往成为影响数据处理精度的主要因素。首先给出了利用测角信息交会计算目标坐标的方法，并从大气模型入手，针对光学测量数据的特点，建立了精确的光波折射误差修正模型，并给出了在线算法。仿真证明，该方法在保证计算速度前提下，可极大地提高数据处理的精度。     

卫星光通信中耦合运动对光信号跟踪影响分析

光通信终端与卫星平台的耦合运动是影响卫星光通信系统光信号跟踪性能的重要因素。以铱星系统星间链路为例,建立了卫星光通信终端与卫星平台相互耦合运动的数学模型,并进行了数值仿真。理论分析及仿真结果表明:卫星光通信终端与卫星平台相互耦合运动使系统粗跟踪误差增大,方位轴、俯仰轴最大误差分别为94μrad和98μrad,超过精瞄系统补偿范围。为确保星间激光链路通信性能,提出了光束粗跟踪控制补偿算法,并进行了相应的仿真实验,仿真结果表明:补偿后的控制算法将方位轴、俯仰轴最大跟踪误差降低为37μrad和41μrad,符合精瞄系统补偿要求,保证了系统跟踪性能。该结果对今后小卫星星座激光组网具有一定的指导意义。     

星载激光雷达高精高稳探测卫星系统保证技术

激光雷达探测精度高,具备全天时工作和垂直探测能力,在大气环境天基遥感领域应用广泛。基于CO_2柱线浓度激光遥感探测原理,分析了积分路径差分吸收星载激光雷达测量系统的激光波长、能量精度和稳定性及光轴指向精度等关键指标要求和功能模块配置,重点开展了星载激光雷达光机头部稳定安装、良好机热环境保障及星敏载荷一体化布局等整星层面系统设计保证,仿真结果初步表明设计方案可行。同时,提出了激光雷达波长、能量精度及稳定性实时监测、卫星对地光轴指向高精度测定和星地载荷光轴指向测量误差标定的地面试验验证要求,以确保系统设计的有效性,为激光雷达遥感卫星的研制提供了技术参考。     

基于EM‑EKF的深空光学自主导航系统光轴偏差补偿算法

在深空探测任务中,光学自主导航的精度受导航敏感器件安装精度的影响较大。提出了一种基于期望最大化-扩展卡尔曼滤波(EM-EKF)的光学自主导航系统光轴偏差补偿算法。算法基于条件概率的思想,预先设定状态变量和观测量的统计特性参数,通过不断地最大化条件期望,得到出现概率最大的状态变量估值和光轴偏差参数估值。该算法可分为4步:EKF、固定区间平滑、求解条件期望和期望最大化,不断迭代即可得到光轴偏差估计值。以火星探测近火段为例进行仿真验证,经光轴偏差补偿后,导航精度由100 km提升至20 km以内。     

微小型捷联惯性测量单元标定及补偿方法

在MIMU(微小型惯性测量单元)角速度及加速度通道误差数学模型的基础上,提出一种利用三轴速率转台的MIMU快速高精度标定补偿方法,介绍了各参数的测量原理及误差系数的计算公式,得出了相应的误差数学模型及修正算法。利用三轴转台进行姿态运动试验,试验结果表明,补偿后系统捷联惯性导航解算的三方位姿态误差小于1.5度。该标定补偿方法对提高MIMU的工作精度具有现实意义及工程适用价值。
     

星敏感器测量模型及其在卫星姿态确定系统中的应用

星敏感器是卫星高精度姿态测量的重要部件，如何正确建立其测量误差模型是影响姿态确定精度的关键因素。本文推导出星敏感器三轴姿态测量误差的方差计算公式，对测量误差的性质进行研究，揭示了在星敏感器三轴测量中，光轴测量精度劣于根据另两轴测量所确定的光轴指向精度。在此基础上提出了新的星敏感器测量模型，给出改进的姿态滤波器观测方程，减小了观测误差，由此可以进一步提高姿态确定的精度。本文方法不仅适用于通常使用的双星敏感器姿态确定系统，也可独立地应用于只带单个星敏感器的姿态确定系统。     

升降式光电探测平台定位原理与误差分析

针对升降式光电探测平台的高精度目标定位要求,提出了一种基于多体系统理论的误差分析与建模方法.在系统总体结构的基础上,采用低序体阵列和齐次坐标变换矩阵,分别描述系统的拓扑结构和各坐标系之间的转换关系.同时,详细分析了各项误差因素的特性和产生机理,建立目标定位误差模型,并给出误差概率分布列表.Monte carlo仿真实验表明:影响定位精度的主要因素为轴系零位误差、光轴一致性误差、轴系垂直度误差、姿态测量组合和传递装置安装误差.外场实验表明:误差校准后,系统的最终测角精度优于0.07°.     

激光通信望远镜指向稳定性分析

为探讨卫星平台振动对星间激光通信链路的影响，考虑一种万向节式激光通信望远镜作为星间激光通信的光学终端，对这种望远镜结构进行分析，得出固有频率及各阶模态以及其对望远镜指向偏差的影响情况。根据中等稳定平台的振动谱，对望远镜进行随机振动响应分析，得出卫星平台各频段振动对其指向的影响，为下一步采取减振措施和激光通信终端APT系统设计提供借鉴。     

星敏感器光轴测量的锥面误差模型及其应用

星敏感器是卫星高精度姿态测量系统中的重要器件,根据其测量可以建立不同形式的星敏感器测量模型,准确分析测量模型中测量误差的特性是保证卫星姿态确定精度的重要条件。本文针对广泛采用的星敏感器光轴矢量测量方程,从几何角度出发,结合实际情况,提出了一种新颖的星敏感器光轴测量的锥面误差模型。在两个锥面参数分别服从一定的概率分布的条件下,对测量误差特性进行了深入分析,确定出新的测量误差协方差矩阵。上述研究能够在不增加算法计算量的前提下,从新的角度,更为直观地建立了星敏感器光轴矢量测量模型。最后在仿真实验中,将新的锥面误差测量模型应用于基于扩展卡尔曼滤波（EKF）的姿态确定方法中,结果表明了利用该测量模型进行姿态确定的有效性。     

球体半径超精测量系统研究

介绍球形工件曲率半径超精测量系统的测量原理，详细论述了该测量系统中采用的光路布局结构，并就半径测量中受环境影响引起的“状态差异误差”进行实时补偿实验。通过这些措施消除了“闲区误差”和“阿贝误差”，抑制了“状态差异误差”，提高了系统的测量精度和稳定性，该系统可同时进行面形测量。     

中继卫星在轨自动跟踪精度测试方法研究

针对中继卫星在轨自动跟踪精度测试基准值建立和有效数据获取的难题,根据在天线电轴跟踪零点附近角误差电压灵敏度正比于波束指向角误差灵敏度的特性,提出了采用角误差电压灵敏度作为基准值,天线稳定跟踪目标时的方位角误差电压和俯仰角误差电压作为测试数据,通过数据处理得出在轨自动跟踪误差,然后与差波束零点(天线电轴)与和波束接收信号最大值轴之差相加,得出在轨自动跟踪精度的测试方法。并制定测试方案和测试流程,在轨进行了实施。与地面测试结果进行比较,数据相近,验证了测试方法的可行性和有效性。采用该方法测试难度小,便于实施,测试结果不受天线安装误差、卫星姿态变化等因素的影响,解决了中继卫星在轨自动跟踪精度测试的难题。     

用户星姿态对中继终端天线跟踪的影响

用户星姿态对中继终端天线跟踪的影响主要在两个方面：姿态角误差对指向误差的影响和姿态角、姿态角速度对指向角速度的影响。文章首先引入了欧拉轴／角的姿态表示方法，然后根据欧拉轴与指向向量间的位置关系求得了姿态角误差所引起的天线理论最大指向误差，在此基础上，不考虑最大值取值条件的情况下，进一步求得姿态角速度所引起的天线理论最大指向角速度；接着，以常用中继终端天线的安装位置为例，求出了天线指向角速度与用户星姿态角、姿态角速度的数学表达式，这样便于分析各种情况下用户星姿态对天线指向角速度的影响；最后，借助于STK仿真软件进行了仿真验证，[JP2]仿真结果验证了上述结论的正确性。结论表明：天线理论最大指向误差除了与姿态角误差有关外，还受滚动姿态角的影响；天线指向角速度同时由姿态角、姿态角速度和天线指向角度确定。[JP]     

基于集成建模的空间光学望远镜稳像验证方法

针对空间望远镜稳像方案验证问题,研究了一种结构、光学、扰动、姿态控制、稳像控制一体化集成建模方法。将干扰源模型、整星结构模型、姿态控制模型、稳像控制模型和光学系统模型按照实际的物理联系连接为一个整体,得到扰动和噪声到光轴抖动的传递特性和光轴抖动响应。以某光学望远镜为例,比较了各种稳像方案下扰振到光轴抖动的传递特性,定量分析了各影响因素对光轴抖动的影响。分析结果表明,提出的方法能够得到全频带的光轴抖动响应,可以系统地验证空间光学望远镜的稳像方案。     

真空低温环境对摄影测量精度的影响

为提高真空低温环境下摄影测量的精度,文章通过分析真空低温环境对摄影测量的影响,发现引入光学窗口会降低测量精度。以实际使用的温控小舱上的光学窗口为研究对象,根据摄影测量原理,通过仿真和试验相结合的方式,分析增加光学介质和改变介质面形对摄影测量的影响程度。研究结果表明影响的主要原因是光学窗口的使用导致在原有光路上增加光学介质,改变了光路,其引起的精度误差与摄影测量系统精度属同一数量级,需要采用优化方法降低这种影响。     

太阳帆板平面度测量系统的误差补偿方法

介绍了一种采用斜光学三角形测量结构和基于虚拟精密测量基准的太阳帆板平面度无接触测量系统及误差补偿方法.提出的虚拟精密基准的建模与误差补偿技术,解决了在非精密基准上实现精密测量这一难题,使得所研制的测量系统利用现有平台可实现对太阳帆板平面度的高精度测量.实际测量结果表明,该测量系统对面积为2581mm×1755mm太阳帆板的平面度测量精度达0.02mm(RMS).