测量船船摇前馈数据处理方法研究及应用

船摇前馈是航天测量船稳定性设计方法之一。实践证明,船摇前馈对改善系统误差有益,目标速度前馈特别是加速度前馈的改善效果要比船摇前馈的好。分析原因,一方面是目标相对船摇来说变化慢,低频分量多,滤波后能够比较准确地得到所要的值,前馈精度也就高;另一方面是船摇前馈值特别是加速度前馈比较难以准确获得。因此,准确地计算前馈量,是补偿测量设备伺服系统滞后造成的误差,达到高精度地跟踪目标的关键之一。本文详细给出了船摇前馈量的具体计算公式,并在卫星发射任务中进行了应用和验证。     

高精度实时弹道预报方法研究

试验任务中指挥中心需要实时向各测控设备发送引导信息,引导其捕获目标并稳定跟踪。随着试验任务要求不断提高,对引导精度的要求也越来越高,而计算高精度引导信息的关键是准确预报目标的弹道参数。目前常用的被动段弹道预报方法精度不高,不能满足高精度引导要求。本文着眼于预报初值精度的提高和预报模型的改进,将航天器轨道动力学知识运用到导弹被动段动力学建模中,建立了更符合导弹被动段运动特性的动力学模型来进行弹道预报。仿真数据计算表明,此方法能提高被动段弹道预报的精度,具有较高的应用价值。     

潜地导弹出筒运动仿真

导弹的出筒运动决定了导弹水中运动的初始参数,直接影响导弹的水中弹道。通过建立潜地导弹出筒运动模型,研究导弹在出筒运动中所受到的外力以及在外力作用下导弹出筒参数的变化,分析潜艇的摇摆运动对导弹出筒速度和姿态的影响。仿真计算结果表明:潜艇的摇摆运动对导弹的出筒速度影响很小,对导弹的出筒姿态角影响较大,特别是潜艇的纵摇运动对导弹出筒姿态角的影响比较显著,且潜艇摇摆运动的周期越大,导弹的出筒姿态越接近垂直。     

再入目标光学跟踪中的跟踪算法和目标捕获

再入目标速度高、特性复杂,跟踪这种目标的光测设备必须具备跟踪能力强、快速响应的特点。为了确保光学部分在整个测量过程中始终锁定在目标上,常采用实时视频跟踪方案。这里必须选择合适的数字数据处理技术,对测量数据进行滤波和预测。本文对一些具有应用价值的预测和滤波算法进行了评价和比较,并给出了仿真结果。对高速目标的捕获问题,提出了采用随机零位跟踪和手动捕获加预测的新方法。     

伞舱系统跟踪引导数据迭代算法

针对在返回舱乘伞下降阶段,测控链中弹道测量设备丢失目标,以及跟踪结束后无法外推生成可靠引导数据,光学设备难以快速捕获目标等问题,以风场修正模型为基础,通过风场提前修正与采用测量数据实际修正相结合的方法,建立伞舱系统跟踪引导数据迭代算法.利用多次返回段任务数据对该算法进行实验验证,并与实际任务中目前使用的方法进行比较,结果表明：通过该算法推算较长时间后的引导数据,其平均误差为现有方法的6％;推算较短时间后的引导数据,其平均误差为现有方法的20％.因此,利用该算法计算的引导数据精度较高,有助于光学设备及其他测控设备快速捕获或重捕目标.     

船载雷达速率陀螺动态性能检测方法

提出了利用同船装载的惯性导航系统船摇数据检测雷达速率陀螺动态性能的新方法。通过理论分析,建立了利用惯导船摇数据检测雷达速率陀螺性能的数学模型,设计了检测方法和数据处理方法,并进行了试验验证及其检测精度分析。     

船体运动对船载多卜勒测速精度的影响及其修正方法

本文使用运动学多次复合运动的概念,具体推导了海上测量船船载多卜勒测速设备的测速表达式,分析了船体运动对多卜勒测速的影响,给出了较简便而实用的船速、船摇修正公式。最后以两组实测数据为例进行了计算,并估算了修正精度。     

在轨服务的相对运动耦合动力学建模与分析

研究在轨服务航天器逼近与捕获目标航天器的相对轨道姿态耦合动力学建模问题。考虑航天器姿态与对接位置的运动耦合,建立目标运行在任意轨道下的相对轨道姿态耦合动力学模型,并对模型中的运动耦合进行深入分析。设计一种非线性的输出反馈姿态控制律,将建立耦合动力学模型与CW方程进行仿真比较,验证轨道与姿态的运动耦合对两航天器对接点之间相对位置的运动影响。     

船载测控设备船摇隔离度自动化测试方法研究

旨在对船载测控设备船摇隔离度自动化测试方法进行研究,首先介绍传统的船摇隔离度测试方法,说明了该方法不能进行自动化测试的原因,并在此基础上提出了两种可以实现自动化测试的方法,一种是通过数字低通滤波器滤除误差电压中的高频分量后再折算船摇残差的方法,另外一种是用大地角的变化来折算船摇残差的方法。     

机动飞行目标的数学模型与仿真算法研究

描述系统运动的状态方程所含的状态理越多,其数学模型就越准确,但其数字仿真时的算法实现也越困难。困此,采用“当前”统计模型建立机动飞行目标的空间运动方程,并结合桥函数级数理论求解,实现了对机动飞行目标稳定、准确、实时地仿真计算。以典型机动目标为例,进行了数字仿真,通过对各主要状态量的计算结果分析,验证了该方法的有效性。     

无先验信息的低轨空间目标航迹起始方法

针对光学观测中缺乏预报信息的低轨道空间目标自动识别捕获问题,提出一种基于修正Hough变换的空间目标航迹起始方法,从而实现空间目标的自动识别。首先利用背景恒星运动规律对观测数据进行预处理,剔除大部分背景恒星。再利用观测数据的时序信息、定向参数进行Hough变换。本方法并没有采用传统的Hough变换对所有参数空间中的数据点进行投票,而是仅对参数空间中部分点投票,可以大幅减少运算量和存储量。试验表明:该方法能够有效地抑制背景恒星产生的虚假航迹,并快速准确地完成无先验信息的低轨道空间目标的航迹起始;可以在光学观测中实现空间目标的自动识别捕获,以及实时发现新目标,这为低轨道空间目标光学观测的无人值守和联网观测奠定了技术基础。     

置信度检验法在新测量船船姿故障诊断中的应用

为解决惯导设备数据异常而状态码未及时更新所导致的设备状态无法判断的问题展开研究。基于新测量船分布式惯导的安装设计,分析了如何通过坐标转换的方式,计算得到冗余的船姿数据。根据冗余船姿数据的特性,采用置信度检验法对各姿态测量设备进行检测,建立了设备可信任度矩阵,并将矩阵元素与对应设备进行标志,可以通过分析矩阵元素有针对性地进行船姿故障诊断,并对检测过程中可能会产生的矩阵特性做了分析说明。最后,在某次任务惯导实测数据的基础上,仿真了横摇数据的漂移,并通过置信度检验法对其进行检验,实验结果验证了方法的正确性。     

基于星惯组合的分布式船姿船位测量体制研究

目前航天测量船的外测精度除了取决于无线电测量设备本身的测量精度外,还受到船体变形测量精度、船体平台的姿态测量精度等多种因素制约,针对此问题,研究并提出了一种船姿船位测量新体制——基于星/惯/卫组合的分布式船姿船位测量体制,构建了分布式船姿船位测量系统原型,推导相关数据处理模型,给出了各船载测量设备测量数据的比对方法。分布式船姿船位测量体制取消了变形测量系统,减少了1项主要误差源,提高了航天测量船的外测综合精度,并简化了船体结构设计。     

飞机导航数据仿真系统设计

某型航空相机系统为了清晰地获取目标图像,需要机载导航设备实时提供飞机的姿态和运动信息。某型相机飞机导航数据仿真系统提供了相机需要的ARINC429总线及ARINC407总线数据,满足相机研制和调试的要求。试验证明,系统运行稳定,数据接收准确,可靠性高。     

空间翻滚非合作目标消旋技术发展综述

大量残存太空的空间垃圾对在轨运行航天器的安全构成严重威胁,对其进行主动移除已迫在眉睫。火箭末级、失效卫星等非合作目标已失去姿态调整能力,且长期在失控状态下运行,受太阳光压、重力梯度等摄动力矩及失效前自身残余角动量等因素的影响往往会出现翻滚运动。对翻滚非合作目标直接捕获存在碰撞风险,为降低风险系数采取消旋后再捕获是较为合适的方式。在对火箭末级、失效卫星等典型非合作目标运动形式及消旋过程进行分析的基础上,综述了目前国内外所提出的接触式及非接触式消旋方法,并对非合作目标翻滚运动测量及动力学参数辨识和消旋控制这两项消旋共性关键技术进行了归纳总结。本综述将为中国空间碎片主动清除技术的发展提供有益参考。     

移相干涉技术用于运动姿态精密测量

针对测量系统运动中姿态测量的需求,提出了一种利用移相干涉技术测量角度的方法来实现运动姿态的准确测量。建立了由组合式移相干涉仪为主的三轴转角实验装置,该装置测量角度的分辨力优于0.006″。采用实验装置对微位移工作台运动过程中的姿态变化进行了测量,得到了工作台移动中绕三轴转角变化的测量结果,并利用激光小角度干涉仪进行了相关测量点的对比实验,数据最大偏差0.03″。实验结果验证了利用移相干涉测角法可以实现运动中姿态的精确测量。     

地对空动态目标红外特性测量系统

“地对空动态目标红外特性测量系统”主要用于低空运动目标（飞机、导弹等）和地、海运动目标（坦克、车辆、舰艇等）以及静态目标的红外辐射特性测量与研究。该系统可对目标进行自动跟踪、对目标实现空间定位、测量目标的红外辐射强度分布、光谱辐射分布以及红外热图像。由于采用了精密时统，实现了各测量设备之间、整个测量系统和被测目标之间的精密同步，因此可以精确研究目标红外辐射特性与目标对应状态（如目标姿态、运动速度、     

自主机动条件下的实时定轨方法

中继卫星在跟踪自主机动用户目标时,由于机动轨道未知,需要利用中继卫星下传的星载GNSS(Global Navigations Satellite System,全球导航卫星系统)数据进行实时轨道确定与预报,为中继卫星跟踪提供实时的引导信息,以方便中继卫星快速捕获目标和连续稳定跟踪。针对该类用户目标的任务需求,讨论了基于星载GNSS数据自主机动条件下的实时定轨方法,建立了连续推力机动力学模型。以某一型号卫星的实测数据进行分析验证,并对轨道机动进行辨识,计算的机动加速度和机动时间与试验单位提供的结果一致。针对卫星不同机动情况,5min的观测数据定轨预报10min的弧段,最大位置误差小于8km,可以为中继卫星快速捕获提供高精度的引导信息。     

斜风来流下纵摇运动对机-舰耦合流场的影响

机-舰耦合流场是一个复杂紊乱的非定常流场，舰船的六自由度摇摆运动会进一步恶化飞行甲板上方的流场环境。为了探究舰船的摇摆运动对飞行甲板上方机-舰耦合流场的影响，基于简化护卫舰SFS2和旋翼的耦合模型，对两种斜风状态下、纵摇运动中的机-舰耦合流场进行了数值模拟，分析了纵摇运动对机-舰耦合流场结构和旋翼拉力的影响，对比了两种斜风状态下的流场差异。研究结果表明：随着舰船的纵摇运动，机库后方形成的不稳定混合涡结构和垂向气流会对旋翼气动力造成明显的影响，旋翼拉力出现了近似周期性的变化，与纵摇运动的周期一致，但各观测点处的速度分量均未出现周期性的变化；旋翼拉力在甲板上浮至水平位置附近时最大，在甲板下沉至水平位置附近时最小，对于左舷和右舷来流，拉力分别降低了约13%和6%，因此飞行员要认识到纵摇运动带来的拉力损失，确保直升机具有足够的操纵量，以便能及时调整总距来保证直升机在该状况下的起降安全性。     

非合作慢旋目标即时状态位姿确定

对失效卫星等非合作慢旋目标进行在轨服务，需要精确测量追踪航天器与目标之间的姿态信息。因此，如何在复杂的光照条件下快速、准确地对非合作慢旋目标进行即时状态位姿确定具有一定的挑战性。应用ORB-SLAM技术，首先定位关键帧，并估计姿态。然后用当前帧的特征点与地图点对应的特征点进行匹配。最后，将完成匹配的特征点通过重投影确定其在地图中的位置，如果出现跟踪丢失，则根据已有的地图点估计姿态。实验结果表明：在复杂的光照条件下，分别对以10(°)/s角速度运动和以3(°)/s角速度运动的非合作目标进行测量，当测量稳定后，平均角速度误差约为0.1(°)/s和0.02(°)/s，可以满足工程上空间非合作目标相对姿态测量的精度要求。