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。     

三轴伺服转台三轴不正交度对台面测角精度的影响

三轴伺服转台一般需要安装导航仪器,三轴的位置精度应反映台面框架的姿态精度。高精度的的三轴伺服转台要求三轴角位置精度达10~(-3)度或更高。实际台面框架能否达到此项精度指标,除了框架轴和框架的扭曲变形以及包括框架在内的轴系的弯曲变形以外,三轴不正交度(即三轴不垂直度)的存在使轴角精度不能完全反映台面姿态。现在国内外验收转台     

基于基线延长的高精度北斗双星系统快速定向算法研究

由于北斗定位系统的两颗卫星位于赤道的同步轨道，对地静止且可观测的载波相位信息少，因此传统多星系统求解整周模糊度进行定向的方法难以直接利用。针对此情况，利用延长基线可改变卫星-天线几何关系的方法，求解载波相位的整周模糊度，化不利为有利，实现双星的快速定向。针对基线在不同区域不同姿态下的仿真表明：当测试条件为基线原长1．5m，延长倍数为4时，载波相位测量精度为1％周，可实现优于0．1。的方位精度和0．05。的俯仰精度，如果延长基线或增加延长倍数，还可取得更高精度，证实了该方法的可行性和高精度性。同时由于该方法的基线安装机构简单可靠，使用时便于展开，因此可应用于环境复杂的快速定向场合。     

硬X射线调制望远镜卫星甚高精度星敏感器设计与在轨验证

针对硬X射线调制望远镜(HXMT)卫星的高精度姿态测量需求,研制了一种基于定制CCD图像传感器的甚高精度星敏感器。文章介绍了甚高精度星敏感器的总体设计,包括结构设计、电子学设计、光学设计、软件和算法设计等方面,并进行了甚高精度星敏感器的地面观星试验和在轨验证,结果表明:甚高精度星敏感器惯性姿态测量精度可达到亚角秒级,相比市场上常规星敏感器的测量精度3″～10″有了进一步的提高。     

基于卡尔曼滤波法的船载惯性测量单元设计

随着信息时代的到来,人类文明空前繁荣,尤其是互联网普及的近几十年,社会进步更是突飞猛进.与此同时,人类的生产、生活越发的依赖于全球信息以及获得信息的通信设备,作为全球通信的重要组成部分,海洋通信依赖于船载动中通设备,而为了保障船载动中通的通信能力与通信质量,姿态信息不可或缺,因此姿态测量单元是船载动中通的核心器件.但常规姿态测量单元价格昂贵,简易姿态测量单元精度不足,需要通过合理的算法弥补彼此的不足.介绍了我所在民用船载动中通领域如何运用常规的微电子(MEMS)传感器测量数据构建惯性测量单元(IMU)并通过卡尔曼滤波法与四元数获得稳定、可靠的欧拉角姿态信息.此方法简单易行,通过数据融合提升了常规的微电子传感器对欧拉角姿态信息测量的精度,可广泛的应用于各个行业.     

船载惯性测量单元姿态信息优化方法

随着海洋卫星通信技术的广泛应用，船载通信系统的需求量与日俱增。基于微电子系统的惯性测量单元主要用于测量船体姿态信息，实现姿态反馈与控制补偿，是船载卫星通信设备的核心器件。实际应用中通过卡尔曼滤波处理的惯性测量单元的姿态信息并不完善，经过分析惯性测量单元在运动过程中存在干扰性的有害加速度。分析了有害加速度的产生原因和对测量姿态的影响并提出姿态信息的优化方法。通过此优化方法可提升惯性测量单元的测量精度，增强船载通信系统的控制精度。     

利用外部辅助信息解决双星定向中的模糊度确定问题

由于我国双星系统载波相位信息少,且对地静止,难以直接利用多星系统(GPS、GLONASS等)解模糊方法进行双星定向。针对此种情况,本文提出了一种基于外部辅助信息的模糊度函数方法来确定单差模糊度参数初值,并详细分析了外部辅助信息的精度要求。进行了仿真实验,结果表明:当基线长度为2米,原始载波相位测量精度为1%周时,只需外部姿态传感器提供精度不低于1 70°的辅助方向信息,即可以约98 60%的高成功率正确确定模糊度参数。该项技术可辅助惯导系统实现快速初始对准。此外,采用多天线配置,利用INS提供概略姿态信息可实现双星实时定姿,并可进一步发展为双星/INS组合导航系统,从而极大地扩展应用领域。     

正交度对高精度二维转台测量精度的影响

针对二维跟踪测量转台方位轴和俯仰轴正交度对角度测量精度的影响,基于球面三角计算方法和向量运算方法,文章分别推导获得转台不正交时角度测量误差的计算公式,分析上述公式获得正交度及其测量误差对转台测角精度的影响规律。结果表明,二维转台俯仰运动范围大于10°时,转台方位轴和俯仰轴正交度对方位测角精度影响较大,对俯仰测角精度影响可忽略不计;转台测角精度对正交度的测量误差非常敏感,俯仰角为75°时,若正交度测量误差为3″,则方位角测量误差可达11.2″。基于此提出一种正交度分段拟合的修正方法可将正交度对测角精度的影响控制在4″以内。最后,针对性的介绍了转台旋转轴正交度的两种测量方法及其测量误差主要来源。研究结果对通用二维跟踪测量转台测角精度指标的合理分解具有一定的指导意义。     

大气环境监测卫星姿轨控分系统设计与在轨验证

大气环境监测卫星是我国首颗大气环境综合探测卫星。本文介绍了大气环境监测卫星的姿轨控分系统(AOCS)设计，包括体系结构、高精度姿态测量设计和稳态飞轮控制方案等，重点论述了姿态补偿方法和在轨验证情况。在轨数据表明，卫星的姿态测量精度、指向精度和姿态稳定度均满足指标要求。     

用激光陀螺标定转台速率的精度

一、前言激光陀螺的问世,给转台的低速率测量创造了良好条件.它不但使测量精度有大幅度的提高,操作起来也十分简便.所以,激光陀螺也是速率转台精度测定的理想设备. 本文介绍用一台精度不太高(0.1度/小时)的激光陀螺测定WSY-81型转台速率的精度,获得了令人满意的结果.此转台将用来作为速率基准设备.     

利用GPS实现返回式卫星的高精度定轨

探讨利用GPS系统实现卫星定轨的原理及方法。分析表明根据星载GPS接收机接收的信号进行伪距测量和载波相位测量,可获得百米级的定轨精度,并可对姿态角进行精化。     

基于基线长度加权的GNSS多天线姿态测量方法

GNSS可用于获取动态载体的姿态信息，为提高其姿态测量精度，提出一种基于基线长度信息对最小二乘姿态解算方法进行加权处理，改进了最小二乘姿态解算方法，同时通过船载实验验证了该方法的可用性。实验结果表明：在船载动态实验中，当基线长度存在明显差异时，加权最小二乘法较等权最小二乘法在精度上明显提高，其中横滚角的精度提高了13 %。     

基于罗格里斯参数的航天器递归线性姿态估计算法

针对航天器姿态确定问题提出了一种新的递归线性估计算法。首先采用罗格里斯参数描述姿态,介绍了基于几何方法得到的非递归线性姿态估计算法。其次,引入历史测量数据,根据姿态旋转关系,获得了递归线性估计算法。进一步引入遗忘因子,对历史测量数据和当前测量数据进行权衡,得到了加权递归线性估计算法。数值仿真结果表明,所提出的递归姿态估计算法比非递归姿态估计算法具有更高的精度,在一定范围内遗忘因子越小,姿态估计精度越高。     

基于紫外敏感器的卫星自主导航方法研究

研究了卫星利用CCD紫外敏感器进行自主轨道确定的方法。敏感器通过地球紫外图像提供地心方向矢量及姿态误差信息进而确定卫星轨道。采用Unscented卡尔曼滤波算法,对紫外敏感器测量精度、姿态误差、部分轨道参数以及地球模型对导航精度的影响进行了仿真验证。仿真结果表明本方法具有较高的定轨精度,其导航误差主要取决于紫外敏感器测量精度和卫星姿态误差。     

基于改进LAMBDA算法的GPS载波相位测姿技术研究

首先研究了利用多天线GPS载波相位测姿的基本原理,其中初始整周模糊度是解算载体姿态的关键。进而引入了一种改进的LAMBDA算法,该算法运用矩阵变换等数学方法在很大程度上削弱了模糊度之间的相关性,并结合基线长度检验方法筛选出正确的模糊度值。借助以Superstar接收机为核心的测姿系统,进行了航向角和俯仰角的静态测试验证,实验测试表明该系统能够实时有效地测量载体的姿态,满足低精度测姿系统的要求。     

天基照相跟踪空间碎片批处理轨道确定研究

随着国内外天基观测空间碎片研究的展开,文章提出了利用跟踪卫星的CCD(Charge
Coupled Device)相机对空间碎片进行轨道探测的方法,首先建立了CCD照相观测模型和基于 照相观测 的空间碎片批处理轨道确定模型。通过对CCD相机底片归算方法的分析可知,利用
CCD相机所获得的观测数据与跟踪卫星的姿态无关,且其精度只与测量和坐标转换计算的精 度有关,在测量和计算中可获得较高的精度。分别对分布密度较高的低轨道和地球同步 轨道区域的空间碎片进行了定轨分析。仿真结果表明,定轨时采用两个跟踪弧段的照相数据 定轨精度大大高于一个弧段照相数据的定轨精度;跟踪卫星距离空间碎片越近,定轨精度越 高;低轨道空间碎片的定轨精度高于地球同步轨道上的空间碎片定轨精度。
     

星载大型空间天线的一种解耦控制方法

针对星载大型空间可展开天线与卫星平台之间的动力学耦合问题提出一种三自由度驱动与测量机构用于连接天线臂与卫星平台。该机构以驱动电机来控制天线臂转动,通过角度传感器对天线臂转角的测量来实现反馈控制,同时在卫星姿态控制系统中引入前馈控制进行反作用力矩补偿,实现卫星平台与天线之间的解耦控制、抑制天线的振动、提高卫星姿态控制系统的性能。通过姿态稳定状态下卫星-天线系统解耦动力学模型的建立、控制系统的设计、姿态控制的仿真分析,表明解耦机构能大幅增加天线振动的阻尼,有效提高卫星稳定性和天线指向精度。     

利用双目箭载图像测量目标位姿方法研究

研究箭载图像中的目标位姿测量方法,可作为箭上物理量测量的一条新途径。首先,使用STK软件仿真运载火箭级间分离过程,输出箭载视角双目仿真图像。然后,应用SURF/MSER方法对双目图像中的特征点进行检测、匹配、筛选,基于双目视觉测量模型解算特征点的空间坐标。最后,选取目标中心点描述被测目标位置,选取与分离面平行平面上的三点解算被测目标姿态。实验结果表明,方法可有效地测量箭载图像中目标的位置、姿态,为未来工程应用实现打下基础。     

一种卷积神经网络非合作目标姿态测量方法

针对空间非合作目标姿态测量问题,提出一种基于卷积神经网络的非合作目标姿态视觉测量方法。该方法先设计特征提取网络并利用公开数据集进行预训练,用少量实际目标图像进行迁移学习,实现非合作目标图像高层抽象特征的自动提取;再设计基于回归模型的姿态映射网络,建立图像高层特征与三轴姿态角之间的非线性关系,实现非合作目标的姿态测量。实验验证了两类特征提取网络测量精度和参数量大小,测量精度可达 0.711° (1σ),表明了“单目相机+卷积神经网络”方法的可行性。     

一种GPS双频多天线姿态测量方法

北京遥测技术研究所自主研制的双频GPS-OEM板可以提供精度很高的双频载波相位原始观测数据,利用其对载体进行姿态测量,将是一种即经济又方便的工作方式,而且还能获得很高的精度和稳定性。基于此展开对双频GPS载波相位测姿的研究工作,结合双频GPS载波相位可以组合出86 cm波长宽巷载波相位观测值的特性,基于伪距和载波相位组合获取模糊度搜索空间,再使用最小二乘降相关平差法(LAMBDA方法)搜索整周模糊度。大量的试验数据证明,利用双频GPS载波相位进行测姿切实可行,姿态初始化速度快,测姿结果精度高。