分布式小卫星SAR的基线测量方法研究

星间基线的高精度测量是分布式小卫星合成孔径雷达(SAR)的重点问题之一。本文以星间基线的表示为出发点,先筛选出可行的基线测量手段,然后针对分布式小卫星SAR所关心的测量精度、信号覆盖、数据率以及作用距离等方面,对这几种手段作进一步的比较分析,并根据比较的结果,提出了3种理论上可行的基线测量方案。最后,文章还指出了这些方案在工程实现过程中需要进一步解决的问题。     

基于扩维QLEKF的脉冲星/星间定向组合导航

面向星座卫星高精度自主导航技术需求,设计了一种融合X射线脉冲星和星间定向观测信息的组合导航方法。通过X射线探测器获得脉冲到达时间观测量,照相观测星相机和星间链路设备获得星间相对位置矢量观测量,设计导航滤波器对观测量进行处理,估计参与导航的星座卫星的运动状态。针对地球星历误差影响组合导航性能的问题,将地球相对于太阳系质心的位置扩充为状态向量,设计了扩维扩展卡尔曼滤波器,利用敏感器观测量对导航所需的地球位置矢量进行实时估计,从而削弱地球星历误差的影响。进而,针对滤波器参数选取影响状态估计精度的问题,设计了一种Q学习扩展卡尔曼滤波器（QLEKF）,主要思路是利用Q学习方法的决策能力,自适应地选择适当的滤波器参数以改善估计性能。数学仿真结果表明,所提方法能够有效减小地球星历误差对星座自主导航的影响,取得优于传统滤波算法的定位精度。     

相对测量在编队卫星自主定轨中的应用

针对编队卫星自主定轨问题进行了研究,设计了一种完全不依赖于地面站和GPS系统的自主导航方案。利用星间测量信息进行卫星编队相对轨道状态的自主确定;并在利用磁强计进行卫星绝对轨道自主确定的基础上,引入星间测量信息提高绝对定轨精度;设计扩展卡尔曼滤波器进行卫星编队轨道状态估计,数学仿真结果验证了这种导航方案和算法的有效性。     

联合定轨技术及其应用前景

研究了联合定轨的基本原理并给出了计算方法，通过对中继卫星系统和编队飞行星座两种不同应用的联合定轨的计算分析，总结出了联合定轨不同于一般传统定轨的基本特点。中继卫星与用户星的联合定轨在精度 上优于传统定轨，并能够降低对地面测量站的测量几何和测站数量的要求。编队飞行星座的联合定轨，能够显著提高星间相对位置的精度，且几乎不受动力学模型误差的影响，从而在轨道外推时误差不会扩大。     

高精度星间基线测量方法探讨

针对小卫星分布式雷达星间基线测量的高精度需求,提出了无线电和激光组合测量方法。无线电测量既能引导激光测量系统,又能实现星间通信。该组合方法精度高,且符合星间测量、通信、时间频率同步一体化设计要求。     

基于地基CEI技术的空间飞行器相对位置测量技术研究

讨论了差分CEI的基本原理,分析了差分CEI的相对位置确定的误差。通过分析得出结论：在CEI基线长度为1000m时,相对角度测量精度可以达到16urad,如果增加基线距离或者结合SBI技术,测量精度会进一步提高,测量精度能够满足交会过程中相对导航、编队卫星相对位置测量、高轨卫星共位等要求。     

无人机自主着陆视觉相对位姿测量误差分析方法

卫星拒止条件下无人机自主安全回收的关键是全自主、高精度的测量无人机相对着陆场站的相对位姿信息。视觉相对位姿测量直接敏感高动态运动体之间的相对位姿信息,具有全自主、高精度等优势,为无人机自主安全回收提供新的技术途径。针对视觉相对位姿测量精度易受目标特征提取精度和相机内参数标定误差影响的问题,提出了一种无人机自主着陆视觉相对位姿测量误差分析方法,该方法通过研究测量机理模型确定关键误差影响因素,计算相关参数变化对测量精度的影响,最后利用仿真分析验证本文所提方法的有效性。     

三星时差定位系统的主要系统误差分析

为了对三星时差定位系统的定位误差进行标校,首先建立了定位误差与各种测量误差之间的定量关系,同时提出了将卫星位置测量误差等效为时差误差的分析方法,最终得出影响定位精度的主要系统误差是时差测量系统误差和副星相对位置系统误差,从而为三星时差定位标校系统的设计奠定了基础。     

基于卫星温度遥测的数据处理与误差建模

针对使用卫星温度遥测进行温度测量产生的误差,结合卫星测温电路与温度遥测参数的传输过程,提出了一种卫星温度测量误差模型,确定了影响卫星温度测量准确性的关键因素:由热敏电阻分度表进行曲线拟合时产生的误差,由测温电路基准电压偏差造成的误差,由测温电路中匹配电阻阻值偏差造成的误差以及由测温过程中A/D(Analog to Digital,模数转换)量化产生的温度误差。并结合某卫星使用的热敏电阻进行了实例分析,给出了上述各项误差的计算方法,确定了由各因素造成的误差大小。分析结果表明:提出的卫星测温误差分析模型能够实现高精准温度遥测数据处理。     

单向单信道脱靶量指示器的测量误差模型

本文给出了基于电波多卜勒效应测量脱靶距离的误差模型。在实际执行任务中,可根据该模型以及各种误差源的精度设计指标或实际测试结果,估计测量误差,以便从总脱靶量中分离出脱靶量指示器的误差。     

DOA estimation for attitude determination on communication satellites

In order to determine an appropriate attitude of three-axis stabilized communication satellites, this paper describes a novel attitude determination method using direction of arrival （DOA） estimation of a ground signal source. It differs from optical measurement, magnetic field measurement, inertial measurement, and global positioning system （GPS） attitude determination. The proposed method is characterized by taking the ground signal source as the attitude reference and acquiring attitude information from DOA estimation. Firstly, an attitude measurement equation with DOA estimation is derived in detail. Then, the error of the measurement equation is analyzed. Finally, an attitude determination algorithm is presented using a dynamic model, the attitude measurement equation, and measurement errors. A developing low Earth orbit （LEO） satellite which tests mobile communication technology with smart antennas can be stabilized in three axes by corporately using a magnetometer, reaction wheels, and three-axis magnetorquer rods. Based on the communication satellite, simulation results demonstrate the effectiveness of the method. The method could be a backup of attitude determination to prevent a system failure on the satellite. Its precision depends on the number of snapshots and the input signal-to-noise ratio （SNR） with DOA estimation.     

基于类GPS技术的编队卫星相对参数测量研究

针对编队飞行小卫星间相对位置和相对姿态的测量,提出利用类GPS技术实现编队卫星间的自主测量,建立相应的测量模型来获得与相对位置和相对姿态相关的观测量。利用C-W方程和姿态运动学方程建立相应的状态方程,通过扩展卡尔曼滤波实现对编队卫星间相对参数的实时估计。MATLAB仿真结果表明,此方法能够获得很高的测量精度。     

关于剩磁对卫星姿态确定与控制影响的研究

讨论了稳态剩磁对地磁姿态确定与控制系统的性能的影响。对某些卫星来说,星上的直流电设备单元会产生一个支配性的稳定磁场。文中提出一个姿态确定滤波器对剩磁场的影响进行了估计,然后从剩磁矩指向、大小及伸杆长度3方面分析了剩磁干扰力矩对姿态控制精度的影响。通过计算机仿真发现:该滤波器能有效消除剩磁场对姿态确定的影响;不同指向的剩磁矩令三轴控制精度出现较大的起伏,而不断增大的剩磁量则使控制偏差呈正比例增大,伸杆长度的影响却很微小。     

Low-frequency Periodic Error Identification and Compensation for Star Tracker Attitude Measurement

The low-frequency periodic error of star tracker is one of the most critical problems for high-accuracy satellite attitude determination.In this paper an approach is proposed to identify and compensate the low-frequency periodic error for star tracker in attitude measurement.The analytical expression between the estimated gyro drift and the low-frequency periodic error of star tracker is derived firstly.And then the low-frequency periodic error,which can be expressed by Fourier series,is identified by the frequency spectrum of the estimated gyro drift according to the solution of the first step.Furthermore,the compensated model of the low-frequency periodic error is established based on the identified parameters to improve the attitude determination accuracy.Finally,promising simulated experimental results demonstrate the validity and effectiveness of the proposed method.The periodic error for attitude determination is eliminated basically and the estimation precision is improved greatly.     

一种同步自旋卫星姿态控制优化方法

根据同步自旋卫星姿态的运动规律以及自旋卫星姿态的长期实测数据,建立了姿态变化规律方程,采用最小二乘方法求解姿态变化方程,实现对自旋卫星姿态预测,预测误差小于0.05..针对目前工程应用中姿态保持周期短的问题,结合姿态及轨道倾角变化规律,建立目标姿态选取的约束方程,并利用投影梯度法求解约束方程,寻求姿态保持时间长的姿态控制目标.实际应用结果表明：该方法可以延长姿态控制周期,使自旋卫星姿态保持周期达到1 a.     

磁强计数据辨识卫星自旋状态

针对近地低轨三轴稳定卫星在轨管理后期,除磁强计外其他姿态敏感器都无效情况下的姿态异常问题,分析了三轴稳定卫星失去姿态基准后,星体自旋状态下三轴磁强计测量数据的特点,提出了使用磁强计测量数据的矢量信息,以找到能够获取卫星状态的方法,从而建立了磁强计测量矢量与卫星自旋轴的几何关系,给出了处于自旋状态下的卫星自旋轴确定方法。通过此种辨识方法,获得了某气象卫星姿态异常翻转状态下的自旋矢量方向和自旋角速度,从而证明了该辨识方法快速、有效,可以作为姿态异常卫星自旋状态的辨识手段,为恢复卫星姿态提供了重要信息,具有一定的工程应用价值。     

Geostationary Satellite Navigation Systems

The concept of position determination using geostationary satellites as an alternative to the global positioning system (GPS) is studied. The advantage of a geostationary system is that only three, or at most four, satellites are required to cover the continental United States. A total of twelve satellites are sufficient for global coverage (excluding polar regions), or eight if only longitude and latitude, but not altitude, are measured. The system involves the determination of the range to either four geostationary satellites or, if the altitude is not measured, three geostationary satellites. The accuracy of the proposed systems are evaluated to obtain the rms error associated with position determination, and the concept for the implementation of measurements required by the systems is presented. The accuracy of the systems are adequate for civilian use in the continental United States; however, there is a degradation in accuracy as the location of the user approaches the equator.     

Application of GPS to space vehicles: analysis of space environmentand errors

GPS based systems become extremely competitive for space applications because of their all-weather capabilities and continual information on position, velocity, precise time and even attitude to increase mission effectiveness, reduce mission cost, minimize requirements of on-board devices. In this paper, space application environment and error sources have been systematically analyzed, including geometric location of user with GPS satellites, dynamic state, physical environment and the effects on positioning accuracy. Several special differential GPS technologies to space use are proposed