地月L2中继星或月球轨道器对月球背面着陆器多普勒定位精度分析

针对地面站无法对月球背面着陆器定位的问题,分别对月球背面着陆器利用月球轨道器上行信号和地月L2中继星上行信号的多普勒对其定位的两种模式进行了研究。在月固坐标系下,理论分析了两种模式下轨道器的多普勒定位精度,以及几何精度因子及频率稳定度对定位精度的影响。在STK软件中对两种定位模式建模,利用其导出的星历数据定量评估了两种定位模式下着陆器的定位精度,讨论了应用两种定位模式应满足的时间约束和空间约束条件,同时定量分析给出了不同载频、不同观测时间长度下,着陆器时钟应该满足的频率稳定度。     

搭载平动点中继星的载人自由返回探月轨道设计与优化

针对意义重大但目前尚无成功先例的月球背面载人登月任务,通过建立地惯系三体动力学模型,采用微分修正法迭代计算,设计了未来载人登月任务的候选自由返回轨道;通过建立旋转系三体动力学模型,利用"类Halo轨道截面"法,得到了从自由返回轨道以最低能耗转移到L2点halo轨道的拼接轨道。仿真计算结果显示所优化设计的搭载中继星的载人自由返回探月轨道既能满足任务安全要求,又能以最小能耗布设中继星座并提供中继任务支持。设计方法和结果可对未来月球背面载人着陆探测任务安全轨道设计和月球中继星座的设计方面提供参考。     

分布式单星转发的定位测速模型及其应用

在城市峡谷中通过接收导航卫星信号以实现连续的定位与测速一直是卫星导航应用中的一个难题。针对此问题,借鉴卫星导航对抗中转发式欺骗干扰的定位控制基本原理,提出了通过分布式单星转发来解决城市峡谷中实现连续卫星导航的新方法,并构建了分布式单星转发的定位测速模型。在此基础上详细讨论了转发器天线对被遮挡卫星的指向跟踪、转发器相关参数的获取、转发器收发之间的有效隔离、直达信号与转发信号的同时利用等应用性问题。所提出方法的可行性得到了仿真试验的有效验证,从而为城市峡谷中的卫星导航应用提供了新的参考。     

月球探测器天文测角/单程无线电时间差分测距/差分测速导航方法

月球探测器高精度导航技术是确保月球探测任务顺利实施的关键技术之一。当前,大多数月球探测器都是利用地面无线电进行导航和控制,但存在可测控弧段短、易受干扰等局限性,且对于月球背面探测,存在无法直接测控的不足。针对上述问题,提出了一种新的基于天文测角/单程无线电差分测距/差分测速的月球探测器组合导航方法。该方法使用了天文星光角距、探测器接收到的来自地面站或中继星的单程无线电时间差分测距和时间差分多普勒测速3种量测信息,可有效抑制星上时钟和频谱仪的时间和频率测量误差。收敛后的平均位置和速度估计误差分别为902.7 m和0.12 m/s,最大的位置和速度估计误差分别为1 548.2 m和0.24 m/s。仿真分析结果表明该方法具有较高自主导航精度。     

欧美月球GNSS规划现状分析综述

月球是地球最重要的天然卫星,当前国际上正在迎来新一轮月球探索高潮,数十个机构和商业团队正在规划月球探索任务,并设想在未来实现航天员长期驻月,围绕月球的“太空竞赛”刚刚开始。月球GNSS（基于现有的地球GNSS以及新的环月卫星通信导航基础设施的月球卫星通信导航定位技术）是空间基准科研的基础,能够提供航天器着陆定位以及月面（及其覆盖空间）定位、导航与授时等服务,同时可以将月球作为试验场,将导航工具包扩展到更远的目的地（如火星）。对欧美近期发布的月球GNSS规划进行了整理归纳,其中包括美国月球GNSS接收机实验（LuGRE）计划和欧洲月光（MoonLight）计划,以及美国中远期月球通信中继和导航系统（LCRNS）计划,这些计划可以为我国开展月球GNSS规划提供参考。     

地月空间通信网络协议研究

针对地月空间长距离通信较长延时及月背遮挡导致的间断性链路连接问题,同时为解决有限资源下地月空间网络通信综合利用问题,基于地月空间通信链路形成了通信方案,应用DTN协议和IP over AOS协议构建了网络拓扑结构,并对六星双圆、四星双圆、三星单圆、双星单圆4种极圆轨道进行了网络仿真指标设计与网络仿真。仿真结果表明:在节点缓存能力等约束下,相同仿真参数中4种中继星座架构的数据包递交率与星座中卫星数量呈正相关,对延迟敏感的实时性数据包在不同星座架构下平均时延最大相差仅约0.04 s。以DTN协议作为地月空间信息系统组网通信的主要协议架构,可以满足各类应用业务数据传输要求。     

一种简易的双星定位系统定位解算方法

双星导航定位系统采用双星定位体制,其定位基本原理为三球交会测量原理,其中2颗量测量与用户到2颗卫星的距离有关,与用户高程有关的第3个量测量是决定系统定位精度的关键因素.为此,为了简化定位算法,文章根据地球椭球几何及大地纬度的相关知识,推导了与用户高程有关的第3个量测量的精确模型,进而建立了用户的定位算法.该算法具有简单...     

基于地月L2点中继星的月球背面目标定位误差分析

针对用于实现月背定位的地月L2点中继星研究对L2点定位误差分析的需求,首先建立了基于地月L2点的单星、双星、三星无源以及三星有源这四种定位体制的数学模型,然后在月固坐标系下,针对定轨误差和星间时钟误差这两种误差来源,计算了四种定位体制下的定位误差。以星历数据为基础进行了仿真,分别定量评估了四种定位模式的定轨误差和星间时钟误差对着陆器定位精度造成的影响。结果表明,上述四种定位体制的定位误差都随着定轨误差的增加而增加,且三星有源定位精度最优。此外三星无源的定位精度会受到星间时钟误差的影响。     

月球导航星座轨道的地球GNSS可见性评估

随着月球探索进入一个新的时代,为确保未来月球任务的实时高精度定位,大幅提高登月航天器的自主性,且减少对地球基站的依赖,选取合适的轨道构建月球导航星座,并且实现月球导航星座与地球GNSS的通信链路同步尤为重要。为评估月球导航星座轨道中卫星接收GNSS信号的性能,首先对椭圆形月球冻结轨道(ELFO)、近直线晕轨道(NRHO)、顺行圆形轨道(PCO)和低月球轨道(LLO)4种轨道进行仿真。然后基于天线方向图等指标仿真了GNSS卫星信号,并依据主旁瓣波束宽度和载噪比等仿真结果评估了4种不同轨道卫星对GNSS的可见性。结果表明,NRHO和ELFO对GNSS星座有较好的可视效果,最高可见时间占比达99.57%,保障了绝大部分时间内能够稳定接收GNSS信号,有助于实现月球导航星座轨道卫星的轨道和时钟校正,并保证轨道的定位性能。     

故障星分布对星座PDOP可用性影响的建模及评价

 导航星座定位精度衰减因子（PDOP）可用性是卫星导航系统顶层设计的重要指标。研究了不同故障星分布状况对全球导航星座PDOP可用性的影响。首先,从概率角度并采用组合方法建立了全球导航星座PDOP可用性指标的统计评价模型。进而对给定数量的故障星分布在单个或多个轨道面内的不同状况下,典型的Walker δ构型导航星座的PDOP可用性如何变化进行了仿真计算和比较分析。仿真结果表明,故障星分布状况和轨道平面数对星座PDOP可用性有较显著影响,适当地减少轨道平面数对于改善星座的PDOP可用性是有利的。提出的评价模型物理意义明确,避免了主观性和局限性,且可以保证较高的指标评价效率。     

基于月球借力的低能DRO入轨策略

在地月空间的远距离逆行轨道（DRO）部署月球轨道站可显著降低月球开发成本,并可作为未来小行星探测和载人火星任务的跳板。月球轨道站的在轨建造和货物补给任务中,提高航天器入轨质量是重要问题。从地球至DRO的转移轨道可以采用弱稳定边界（WSB）转移轨道降低入轨脉冲,但是直接抵达WSB需要较高的火箭发射脉冲。研究了基于月球借力的弱稳定边界DRO入轨策略,首先通过“近月点庞加莱图”和“v无穷匹配”获得较好的轨道初值,接着采用“多步打靶”在星历下对转移轨道进行修正,上述方法有效提高了该类型转移轨道的计算效率。对于共振比2∶1的DRO轨道,总脉冲最优解的地球发射脉冲3.127 km/s（与直接抵达WSB相比降低60～70 m/s）,飞行总时间102.88 d,DRO入轨脉冲仅需66.1 m/s。     

多无人机辅助定位信标的区域导航定位算法

针对卫星导航系统在受到干扰不可用的情况,研究了多无人机（UAV）辅助的区域导航定位算法。以无人机作为空基信号播发平台,向地面用户广播其位置信息及同步时钟信号,地面用户通过接收无人机位置及与无人机的距离计算出其实时位置。以地面战车为例,为解决伪距单点定位算法中的矩阵不可逆问题,消除地面用户接收机的钟差,基于列文伯格-马夸尔特（LM）算法,提出一种地面用户的定位解算模型,同时,为提高一般最小二乘算法的计算精度,提出了两步最小二乘定位算法。在分析2种算法静态定位精度的基础上,设计了基于车载惯性传感器和无人机辅助定位信息的组合导航实现算法,实现了对战车的连续定位。仿真结果表明,在GNSS拒止环境下,利用无人机播发的定位信标信号并结合地面用户战车自带的惯性导航系统,可以实现对地面用户的可靠连续定位,满足一定区域范围内用户的导航定位需求。     

面向载人月球探测的三体周期轨道应用方案分析

为适应未来地月空间飞行器顶层轨道选择与窗口、测控等总体方案论证,对NRHO轨道、L2平动点Halo轨道、DRO轨道等不同三体周期轨道在载人月球探测中的应用进行研究分析,从地月空间转移任务速度增量与飞行时间需求、测控通信、月面可达性、登月窗口、深空拓展任务可行性等方面定量综合评估三体周期轨道的优劣性,对比确定三体周期轨道在载人月球探测不同任务中的适用性。结果表明：3种类型轨道支持登月任务的主要差异在于任务可行性与月球探测区域的选择。研究结果对未来登月飞行器近月空间部署以及轨道方案分析具有一定的参考意义。     

利用GNSS实现高轨卫星自主导航的新方案

针对GNSS应用于GEO卫星导航存在的导航信号弱、可见卫星少、定位几何差等突出问题,探讨了一种在GPS导航星冲天面安装导航天线并辐射导航信号的新方案,设计了冲天面天线和GEO接收天线的波束宽度和增益以及讨论了冲天天线所需发射功率,分析了新方案中GEO卫星对GPS卫星可见性、GDOP和定位精度。分析表明,新方案仅需从现有导航星引出一部天线,即可实现以小于10W的功率代价使得GEO卫星80%以上的时间里可以利用GPS系统定位,且定位精度约77m。通过仿真验证了本方案的可行性。     

利用重复使用地月转移级往返近地轨道空间站的载人月球探测飞行模式

为提高中国月球探测的安全性和效费比,提出了一种利用重复使用地月转移级往返近地轨道空间站进行载人月球探测的任务模式,分析了任务往返的轨道和窗口,通过多方案对比分析给出2种构型重复使用地月转移级方案建议,估算对比了重复使用地月转移级效益,得出对于长期多次载人月球探测任务,采用重复使用地月转移级方案将具有更低的任务成本.     

印度发射首个月球探测器

印度空间研究组织10月22日在距离印度南部城市钦奈90km的萨迪什·达万航天中心用一枚极轨卫星运载火箭（PSLV）将印度首个月球探测器——“月船1号”发射升空。“月船1号”将环绕月球飞行2年。     

月球车热控技术的研究现状与趋势

正从20世纪60年代以来人类的航天科技和空间探测得到了巨大的发展。月球作为距离地球最近的天体,具有重要的科学探测意义和开发价值。美国于2004年提出了重返月球的星座计划,欧航局主张发展下一代月球车——极地月球车,日本致力于开发"月亮女神"系列探月设备,我国开展的月球探测计划为"嫦娥工程",并且在2013年12月2日发射了我国第一个在月面软着陆的探     

月球巡视探测器自主定向算法研究

月球巡视探测器自主导航是其能在月面执行探测任务的关键,而定向又是月球巡视探测器自主导航的一个重要组成部分,其定向精度将直接影响到月球巡视探测器定位性能。将CCD(ChargeCoupleDevice)太阳敏感器应用到月球巡视探测器上,用太阳敏感器测量太阳位置矢量,结合加速度计测量的重力矢量,利用QUEST算法推算了月球巡视探测器的姿态和航向,为月球巡视探测器构建了一套适用于长时间、长距离导航的绝对定向方案,通过理论分析和实际推算描述了该定向方案的具体实现过程,最后以仿真结果验证了该方案的可行性,为下一步月球巡视探测器定位研究提供了技术参考。     

一种基于频域控制的组合导航系统设计方法

随着科学技术的发展,可资利用的导航信息源越来越多,导航系统的种类也越来越多,其中典型的是惯性导航系统和GPS/北斗卫星导航系统这两种系统在性能上正好形成互补,所以采用该两种系统作为组合导航设计中的子系统是最佳方案。SINS能够输出多种导航信息,但导航结果随着时间发散,GPS/北斗导航系统能够提高较高精度的位置速度信息,但不能提供姿态信息,且在遮挡等情况下会出现丢帧现象。为了能够利用SINS和GPS/北斗导航系统两种导航测量结果,使得两者的测量数据互补,且提高导航系统的精度,本文提出了一种基于频域控制的组合导航系统设计方法。通过实验验证,这种方法不仅充分利用了SINS和GPS/北斗导航系统的信息,还增加了定位精度和可靠性,且能在丢帧情况下还能满足导航要求。     

一种单低轨星北斗备份与辅助方法及在轨验证

在低轨卫星上搭载导航载荷,为北斗系统提供有效的备份及辅助性能提升手段,是近年来卫星导航领域专家学者探讨的热点问题.针对全球卫星导航系统信号在恶劣电磁环境下的受扰问题,提出了一种利用单颗低轨卫星实现北斗备份和辅助的方法.北斗备份是指通过单颗低轨星独立为地面用户提供导航服务.北斗辅助是指利用单颗低轨星信号及信息,为地面用户...