高分七号卫星结构尺寸稳定性设计与验证

尺寸稳定性是高分七号卫星(GF-7)结构设计的重要使命。针对GF-7结构尺寸稳定性设计需求,开展了影响因素分析,并针对分解指标给出了适用于航天器结构的尺寸稳定性设计和验证流程。首先,在整星结构构型设计的基础上,通过灵敏度分析确定了结构选材方案。随后,针对尺寸稳定性关键件一体化支架,提出了热控设计和结构设计方案。最终,通过舱段级热稳定性试验获得了结构平均热膨胀系数等结构稳定性关键参数,利用经试验结果修正后的有限元模型开展了卫星在轨热变形分析并验证了指标的可实现性。结果表明,GF-7结构设计满足载荷安装面指向变化亚角秒级的尺寸稳定性指标要求。     

“高分四号”卫星相机在轨温度分析及热设计优化

随着空间相机分辨率日益提升,对光机主体等核心部组件的温度稳定性和均匀性要求也越来越高,地球静止轨道（GEO）空间外热流复杂且恶劣,实现相机高精度热设计挑战极大。针对"高分四号"卫星相机热设计的难点和特点,基于结构热控一体化的设计理念,采取了入光口热流屏蔽、间接辐射控温、散热面耦合等热控技术,实现了相机高精度控温;分析了相机入轨4年的温度数据及符合情况,验证了相机热设计的正确性,并根据在轨运行情况提出了热设计优化建议,为进一步提升地球静止轨道相机控温精度、降低热控资源提供支撑。      

基于卫星在轨温度预示热控涂层性能退化的方法

介绍了一种利用卫星在轨温度数据预示热控涂层在轨性能退化情况的方法,建立并推导了适用于研究热控涂层随整数年变化规律的数学模型,该模型利用卫星设备的温度曲线通过反演计算得到设备表面热控涂层的退化数据。为检验本文数学模型的计算效果,构造了一组数值试验,结果表明本文数学模型的计算数据与真实值非常接近,说明本文建立的数学模型能够很好地根据卫星在轨温度计算出热控涂层在轨退化数据。     

基于绝对磁场测量的磁通门磁强计在轨标定方法

卫星在轨进行磁场测绘及监测时,需要高精度的磁场值,但由于磁通门磁强计三轴非正交性以及零点漂移所引起的误差大大降低了磁强计的测量精度,因而有必要对此进行校正.本文利用绝对标量磁强计,采用一种改进的最小二乘标定算法,通过不断迭代实现对磁通门三轴正交性和零点漂移的修正.结果表明,在考虑了磁强计本身噪声水平的实际情况下,磁通门磁强计的误差可由100nT左右修正到0.2nT以内.该算法为卫星在轨高精度磁场测量提供了一种可行的方法.     

纳卫星热系统的在轨动态特性分析与建模

纳卫星热系统是在复杂空间热环境下实现纳卫星被动热控制任务的基本技术途径,对其进行在轨动态特性分析与建模对纳卫星的热控方法与效果研究及评价具有重要意义.通过详尽的机理分析建立了描述纳卫星热系统在轨飞行过程中瞬态温度变化的3维非线性动态特性模型,阐述了与之配套的外热流分析与轨道运动计算方法,并以一太阳同步轨道纳卫星为例,对其飞行过程中的外热流变化、在轨温度变化响应等动态特性进行了详细的分析和讨论,为进一步深入研究纳卫星热控制、热管理理论及技术提供了简便的分析计算模型与方法.     

基于统计学方法的卫星在轨热变形快速分析

为使用在轨实测温度数据辅助完成成像载荷视轴指向的在轨标定,首次将应用于地统计学中的普通克里格法用于卫星在轨温度场的无偏估计,提出了一种基于统计学方法的在轨热变形快速分析方法。应用热试验过程中星上少量温度实测数据进行卫星温度场的无偏估计,并将温度计算结果赋值到有限元模型,进而完成了热变形分析。应用此种方法,相比通过热物理方法进行温度场分析,可将热变形分析的工期缩短数日,且载荷变形的分析结果与试验实测结果的误差在1′左右,可较准确地得到载荷视轴在热变形作用下的指向变化。文章可为卫星在轨热变形的快速分析提供参考。     

基于STLS的卫星质量质心在轨估计

提出了一种使用结构总体最小二乘(Structured Total Least Squares,STLS)进行卫星质量和质心参数在轨估计的方法。其相对于现有方法有三个优点:采用完整的动力学模型,考虑敏感器测量误差,估计模型中不包含误差很大的推力值。首先推导了卫星质量和质心参数的估计方程,将其化为STLS模型的形式,对该模型定义了质量质心参数的STLS估计,并使用结构总体最小范数(Structured Total Least Norm,STLN)算法进行具体求解。证明了当敏感器噪声为高斯分布时,该估计为极大似然估计。仿真结果验证了该STLS估计方法的有效性。     

基于STLS的卫星惯量矩阵在轨估计

提出了一种采用结构总体最小二乘（Structured total least squares, STLS）进行卫星惯量矩阵在轨估计的方法,与当前估计方法相比,该方法在考虑敏感器测量噪声时能获得一致估计。首先由动量守恒定律得到估计方程,针对该方程的特点定义了惯量矩阵的STLS估计,并使用结构总体最小范数（Structured total least norm, STLN）算法进行求解。证明了当噪声为高斯分布时该STLS估计为极大似然估计,给出了该STLS估计具有一致性的充分条件,仿真结果验证了文章所提估计方法的有效性。     

卫星结构悬浮式设计方案的热变形抑制作用分析

基于阻尼柔性连接装置的卫星结构悬浮式设计方案旨在既不降低结构完整性和支撑强度,又能为热应力提供释放空间,同时提供较高的阻尼以保证结构的振动抑制要求。文章从柔性连接的热应力释放机理出发,分析了影响卫星结构(主要是敏感仪器)热变形的主要因素,并且给出了复杂结构的设计准则。理论分析结果表明结构悬浮式设计方案可以有效改善敏感仪器的热变形情况,并且可以通过调整各部分的刚度来获得不同的抑制效果。最后通过实例证明了这种分析方法的有效性。     

基于测量数据的不确定性结构分析的模糊理论

针对不确定性结构力学问题,提出了基于测量数据的模糊分析方法.该方法利用差值因子构造了不确定参数的隶属度函数,对不确定参数的有限个分散数据进行不确定性描述和定量化处理,估计出其真值估计和区间估计,将其运用到不确定性结构力学问题的模糊有限元分析中,以求得结构的不确定性响应.最后以十杆桁架结构为例,运用该方法对结构的不确定响应进行了分析,仿真结果验证了该方法的有效性.     

基于光学测角数据的风云四号同步轨道卫星精密定轨

针对风云四号同步卫星的精密定轨和精度评估需求,首先利用地面光学测角数据对FY-4A卫星进行精密定轨,定轨后方位角和高度角的残差rms分别为0.25＂和0.45＂。与基于测距数据的轨道相比,位置精度在有测角数据的弧段内小于50m。进一步联合测角数据和测距数据对FY-4A卫星进行联合定轨,定轨后轨道重叠精度优于15m。利用联合定轨结果评估了基于测距数据的实时轨道产品精度,可以明显发现轨道精度随着测距数据的积累而逐步提高。     

卫星在轨故障案例与人工智能故障诊断

减少卫星在轨故障,使卫星按设计寿命要求在轨执行飞行任务是卫星设计的一个重要课题.为了分析在轨卫星故障的原因,探索最新的卫星故障诊断方法,首先收集了2003～2021年卫星典型在轨故障案例,然后对卫星故障从不同的维度进行统计分析和相关性分析,包括卫星平台与卫星故障的相关性、卫星在轨时长与卫星故障的相关性等,最后介绍了基于...     

高分七号卫星总体设计与技术创新

高分七号卫星(GF-7)是中国自主研制的首颗1∶1万比例尺立体测绘卫星,是国家高分辨率对地观测系统重大专项的重要组成部分。卫星围绕"双线阵相机与激光测高仪主被动复合测绘"的新体制,形成了高精度内/外方位元素稳定性设计、高精度姿态稳定控制、首个X频段自适应高速率数据传输系统、星上智能星务管理系统等一系列关键技术和创新点,实现了少控制点或无控制点区域的大比例尺立体测绘能力。介绍了卫星的总体设计情况,总结了观测体制、高精度载荷、姿态控制、高速数传、智能星务等技术创新点,通过卫星在轨初步测试结果进行了评价,认为卫星能够满足1∶1万测绘任务的要求。     

基于模糊控制的纳卫星热控系统仿真

建立了球状纳卫星温度系统动态特性方程组,确定系统稳态温度值后搭建温度系统模型;设计合理的模糊逻辑控制器,与温度系统模型部分相结合,完成整个热控系统模型;分别采用±50%的阶跃信号模拟纳卫星温度系统在空间运行时受舱内仪器热源改变和外壳、辐射器所接受的太阳辐射加热量改变的影响,执行热控系统仿真,绘制仿真曲线与不加控制前的结果相比较.仿真结果表明,将模糊控制系统运用于纳卫星热控系统中能够准确、快速地对其系统温度进行合理控制,具有鲁棒性好、对参数变换不敏感、适应性强以及过渡过程时间短等优点.      

基于多星联合侦察的卫星数传调度问题模型

基于多星联合侦察的卫星数传调度问题是研究如何为卫星数传任务中每个单数传任务分配地面资源及数传时间的问题,对该问题的模型进行了研究.首先建立了单数传任务模型及卫星数传任务模型;然后在此基础上建立了问题的约束满足优化模型,重点分析了问题的目标函数及主要约束条件;为了解决该问题,最后提出了一个基于双综合优先度的启发式调度算法,并通过实例验证了算法的有效性.研究成果实现了问题的形式化描述,并给出了一种有效的问题求解算法.      

高分七号卫星高精度控制技术与验证

高分七号卫星(GF-7)控制系统,一方面通过研制甚高精度星敏感器和高平稳度翼板驱动机构(SADA),提高部件性能指标;另一方面采用在轨参数标定、星地闭环补偿等控制技术,进一步提高系统性能。经飞行验证表明,控制系统实现了角秒级姿态测量精度,稳定度达到10^-5(°)/s量级,与同类型测绘卫星控制系统比较,姿态测量精度和稳定度均达到中国领先、国际先进的水平,使中国遥感测绘卫星控制能力得到了大幅提升。最后展望了GF-7卫星控制分系统进一步提高控制精度的发展方向。     

基于云特征的遥感图像可用度影响因素分析

针对卫星遥感图像可用度分类问题,提出基于图像信息的云覆盖率、云厚度、云破碎度的云结构特征描述概念.研究了它们对于卫星遥感图像可用信息量的影响程度,构建了由厚度相关的云覆盖率及云破碎度构成正交可用度评估空间.并进一步分析了云结构特征与可用度之间的近似线性及单调特点,证实了所提描述方法对于可用度表征的合理性和有效性.通过与500幅不同可用度等级的专业人工判读结果比较,证实综合这3个变量的可用度判读结果与人工判读结果的准确度比较达到95%.该方法为建立卫星遥感图像可用度评估模型,自动分类得到用户需要的图像数据提供理论及技术支持.     

Pose measurement and motion estimation of non-cooperative satellite based on spatial circle feature

Malfunctioned satellites have seriously threatened orbital safety, and the capture of these satellites is of great significance. The pose measurement and the motion estimation of the tumbling satellite is the premise of capture. In this paper, the docking ring of the satellite is identified, which is equivalent to a spatial circle. Combined with the nozzle feature, the pose duality of the spatial circle can be eliminated. And the measurement accuracy is improved by minimizing the reprojection error of the docking ring and the nozzle. Due to the symmetry of the docking ring, the measured pose has only five degrees of freedom, losing the degree of freedom of rotation around the normal vector. In the motion estimation algorithm, the observability of the tumbling motion is firstly analyzed, then an error-state Kalman filter with inertia ratio constraints is designed. To improve the convergence speed and stability of the filter, a rough estimation algorithm of filter initial value based on linear term extraction and particle swarm optimization is proposed. The effectiveness of the pose measurement and motion estimation method is verified by simulations.