星图仪设计中的若干天文问题

一、前言 星敏感器是敏感卫星姿态的精密仪器,它分为两大类:(1)星跟踪器,(2)星图仪,星图仪通常用于自旋卫星,由于卫星的自旋运动,星图仪在空间扫出一条环带,探测在环带内超过一定星等的恒星,测定恒星通过视场的时刻,地面设备将遥测到的星图仪信息进行分析、比较,就能确定卫星的姿态。 卫星上安装星图仪除了可以确定不同时刻的卫星姿态之外,同时还可以用来确定宇宙X射线源和太阳X射线源的方位。     

星图仪数据的处理及其进一步应用

本文简述了星图仪数据处理的过程,并对如何进一步应用这些数据进行了探讨.我们知道,当星图仪对有一定亮度的恒星进行巡天扫描时,可获得一系列的时间信息量.当建立“卫星坐标系”,即以卫星自旋轴为坐标系的极,以垂直于自旋轴的平面为坐标系的基本平面时,则可以通过这些时间信息量,求得所扫到的恒星在“卫星坐标系”中的经纬度[1-3].      

一种基于连续星图观测的自旋姿态估计方法

传统的利用地球敏感器和太阳敏感器作为测量仪器的自旋卫星姿态确定方法存在系统误差和安装误差等,从而导致自旋姿态确定误差较大的问题,文章提出了一种利用星敏感器获取的连续星图估计卫星自旋姿态参数的新方法。该方法以卫星的自旋轴和旋转角速度作为状态变量,通过星敏感器连续跟踪拍摄的恒星的成像位置作为观测量,利用无迹卡尔曼滤波估计出卫星的自旋姿态参数。仿真结果表明,在星敏感器的精度为3″时,该方法的自旋轴估计精度为0.3448″,自旋角速度估计精度为10^-4(°)/s数量级。     

由星图仪获得数据的计算机预处理方法

从星上发下的由星图仪获得的数据信息中,既包含了星图仪正常扫描中扫到目标星引起的脉冲信息组,也包含了各种异常情况下得到的错误信息组。如何在地面上把正常的信息量整理出来,把错误的信息量删除,这就是数据信息的预处理工作。本文提出了用计算机来进行这种预处理的一种方法,并列出了程序框图。     

星图仪的光学设计

本文介绍了星图仪光学系统设计参数选取的原则,并简单地介绍了星图仪光学系统各组件的光学设计方法。本文还列出了有关星图仪光学系统的实验结果。实验指出,设计的光学系统是满足星图仪总体要求的。     

基于射频敏感器的卫星三轴姿态确定方法研究

带有大型网状展开天线的同步轨道移动通信卫星,一般通过卫星本体的姿态控制间接保障星上通信天线的指向精度,难以避免天线因自身安装、变形、挠性振动等引起的指向误差.提出直接利用射频敏感器测量的信标信号误差确定卫星三轴姿态,并计算天线保持目标指向所需三轴姿态角偏差,通过卫星姿态控制系统实时或离线姿态修正以保证天线指向精度.利用数学仿真方式验证算法正确性和有效性.     

自旋稳定的末级固体运载火箭的轨道设计与计算

本文给出了人造卫星运载火箭在末级为自旋稳定的固体火箭情况下,末级轨道的设计方法和扰动轨道的计算公式。并对火箭运动的动力学方程组的形式进行了探讨。提出了在末级火箭工作期间内哥氏惯性力矩的一种计算方法,提出了火箭相对速度大地方位角和相对速度方向角的精确计算公式,可用于精确的轨道设计与计算。     

国外导航卫星星载原子钟技术发展概况

卫星导航系统精确导航定位的关键在于高精度、高稳定性的星载原子钟.星载原子钟作为导航信号生成和系统测距的星上时间基准,为导航系统提供精确稳定的频率源,是卫星导航系统有效载荷的核心部分,其性能直接决定用户的导航定位精度.     

地球同步通信广播卫星的两种姿态控制方式

本文讨论了目前存在的和正在发展的地球同步卫星的两种姿态控制问题:星地大回路姿态控制;星上自主姿态控制。文中叙述了我国已经研制成功的STW—1,STW—2的姿态控制,同时指出了我国今后研制双自旋卫星姿态控制系统的方向。由于讨论了三轴稳定卫星的姿态控制,因而对我国正在研制的三轴稳定卫星的姿态控制系统在设计方法上作了探讨。     

一种基于OPTICS聚类的仅测角导航目标检测算法

仅测角自主导航方法具有设备简单、复杂度低,功耗低的优点,在空间任务中具有广泛的应用前景.针对中远距离下空间目标特征少的特点,提出了一种利用基于OPTICS聚类算法的空间目标检测方法,可用于仅测角导航过程中的目标检测.对原始星图进行预处理提取星点及目标点,并结合星图识别的结果选择部分帧,使用经过改进的OPTICS聚类方法获得目标运动轨迹.最后,使用本文中的算法对软件仿真出的含有目标的高精度星图进行处理验证了算法的可行性.在卫星相对于空间目标抵近过程中,目标检测的水平误差及垂直误差小于0.15°的帧数分别占到了85.4%以及99.6%.相比AVANTI实验中的目标检测方法,减少了在轨任务中相关参数的调节,进一步提升了算法的自主性.     

基于黎曼距离的编队飞行卫星姿态控制系统故障检测数据优选方法

为突破星上资源的严苛约束、提升编队飞行卫星故障检测能力,提出了一种适用于编队飞行卫星姿态控制系统的故障检测数据优选方法,通过利用黎曼距离衡量无故障情况和故障情况下系统测量信息之间的差距,构建了编队飞行卫星姿态控制系统故障检测能力的评价指标。在此基础上,提出了故障检测数据优选方法,为系统输出信息结构优化提供了理论依据。仿真表明,所提出的方法能够在星上资源受限的情况下有效提升编队飞行卫星姿态控制系统的故障检测能力。     

一种自主式陆地导航系统的研究

为实现车辆在不依赖卫星定位的条件下能长时间、长距离、高精度导航,研究了一种激光陀螺捷联式惯导系统（LSINS）/里程仪/地理信息系统（GIS）陆地组合导航系统。在建立误差估计模型的基础上,充分利用GIS位置信息和可能出现的临时停车状态,提出了用GIS标定里程仪参数并修正方位角误差以及自动零速校准的方法。通过野外跑车试验,对系统的实时定位和定向精度进行了考核,证明上述方法可有效降低导航主要误差源的发散速度。     

自旋平台双球型电场仪数据校正方法

双球型电场仪通过测量两探针的电势差和间距获得空间电场.当电场仪应用于自旋平台时,因柔性伸杆扰动带来的双球位置偏差会影响电场计算结果.本文提出一种利用自旋平台上两个电探针的电场探测自洽特性对探针位置进行校正的方法,实现了对双球型电场仪在轨数据的校正.对探空火箭电场仪的实测数据处理过程是在消除平台对电场仪的干扰后,使用所提出的校正方法对测量电场的矢量大小和方向进行校正.通过将修正结果与未校正数据和理论模型数据进行对比,验证了方法的有效性.      

太阳紫外辐射对星上光学膜层的影响

光学遥感是当前卫星遥感的重要手段, 而卫星温控和能源系统也广泛采 用光学膜层, 它们在空间环境条件下的性能对卫星应用任务的完成, 乃至卫星寿命、安全将起着非常重要的作用. 本文给出了太阳紫外辐射对星上光学膜层影响的主要机制, 分析了这一影响的主要规律和原子氧剥蚀、高能粒子和静电场的作用, 综述了太阳紫外辐射对星上光学系统表面膜层影响的测量结果, 最后提出了星上光学膜层污染防护中应重点关注的几个方面.      

航天简讯

□□斯波特－5资源卫星是2002年5月3日升空的。其重3 030kg（斯波特－4为2 755kg），设计寿命5年。它有较大的改进，并装载了新设备。例如，星上增加了高分辨率立体成像仪，此仪器可同时获取2幅图像，故能用于制作更为精确的地形图和高程图；星上的2台高分辨率几何成像仪可拍摄     

欠驱动三轴稳定卫星的消旋和进动控制技术

针对三轴稳定卫星从高速自旋异常状态恢复到正常姿态的欠驱动问题,提出一种欠驱动的消旋和进动控制方法.对推力器的选取原则、"整数倍自旋周期全喷气"方式和"对称点喷"方式的消旋策略、脉冲调制方式的进动控制策略等进行介绍,给出实施步骤和工程处理办法.数学仿真和在轨验证结果表明了该方法有效、工程可操作性强.该方法不仅适用于星上自主控制,还适用于地面遥控控制.     

法国加速改进星上记录器技术

法国正在加速研究先进的星上记录器技术,以提高储存和传送雷达图像的能力,从而满足未来军、民用雷达遥感卫星的需要。目前,法国国防部已开始研究一种名叫“奥西列斯” (Osiris)的军用雷达卫星,计划本世纪末投入应用。军方担心现有的星上记录器能力有限,不能满足24小时、全天候工作雷达的图像储存和传输要求。此外,欧空局计划在1998年发射一颗Envisat环境遥感卫星,SPOT图像公司总裁G.Bra-chet希望能为这种卫星研制一个先进的星上记录器。     

SPORT卫星构型方案设计

根据SPORT卫星有效载荷探测的需求, 结合卫星总体设计及构型布局设计原则, 在运载对卫星构型布局约束条件下, 针对天线单元的两种探测形式, 给出了两种卫星构型设计方案. 其目的在于为有效载荷在星上的布局提供可视化平台, 确定有效载荷在星上的位置和方向, 避免有效载荷间的位置干涉和相互遮挡, 观察有效载荷的工作空间, 初步确定科学目标实现的方式, 为卫星平台的结构方案设计提供依据. 经探测任务初级系统的可行性论证, 两种方案均可满足SPORT卫星有效载荷探测的需求.      

一种高动态条件下惯性星光组合定姿方法

针对高动态条件下星图拖尾导致惯性星光组合定姿精度下降甚至无法定姿的问题,提出了一种基于乘性扩展卡尔曼滤波的惯性星光深度组合姿态确定方法.利用星敏感器观测信息修正姿态误差,补偿陀螺漂移,并建立了陀螺输出的角度变化量与星图像移的关系,利用陀螺输出信息估计星图拖尾的模糊参数,采用维纳滤波复原方法对产生拖尾的星图进行复原以提高星图信噪比和观测精度.仿真结果表明该方法可以有效提高星像质心提取精度和星图识别率,对初始姿态误差修正更快,且不存在星图误匹配的情况,保证了惯性星光组合定姿方法在高动态条件下仍能保持较高的精度.     

空间自主导航

空间导航就是估算和控制空间飞行器的轨迹,使其到达预定的飞行目标。就近地卫星来说,空间导航必须给出空间飞行器的位置、速度、姿态和准确时间等数据。对于深空飞行器到达预定的天体,并使其绕轨道运行、着陆或捕获目标,这就要对飞行轨道进行精确的计算和修正。目前,由于有了非常精密的星上敏感器和数据处理系统,并改进