卫星地面测角系统环境温度误差补偿方法

随着卫星总装、集成与测试(AIT)过程测角精度的不断提高,其对环境因素的敏感程度也急剧上升。针对环境温度扰动导致的测角示值波动过大、测角精度无法进一步提高、微小角度甚至无法测量的问题,提出一种环境温度误差补偿方法。通过分析电子水平仪转动实际轨迹与理想轨迹之间夹角的周期性变化规律,对任意转角位置角度误差进行实时解算,并引入卫星地面测角的角度传递模型,达到补偿环境温度误差的效果。标定试验结果表明:该方法可将系统综合测角精度从10″提高至3″,重复精度提高至1.1″,能实现卫星自动测角系统测量精度3″的突破,可应用于卫星装配测试,为高分辨率遥感卫星的研制提供支撑。     

空间机械臂可见光测量相机参数标定技术研究

空间机械臂可见光测量相机参数标定是制约空间合作目标三维位姿测量精度的关键技术和重要前提,它直观表征了视觉标记三维坐标与对应的二维图像坐标之间正确的映射函数。针对现有相机内外参标定方法操作步骤繁琐、积累误差大、标定精度低等工程问题,文章提出一种空间机械臂可见光测量相机内外参标定方法,引入高精度二维棋盘格标定靶与基准镜共同作为转换中介,且在相机有效观测视场内随意移动标定靶,分布式解算相机内参和外参。试验表明,相机内参离散度均不超过±0.3像元,角点重投影误差均不超过±0.5像元;外参六自由度分量标准差均不超过(0.6mm,0.05°)。上述标定方法具有较强的可操作性,极大简化了坐标转换计算复杂性,有效降低了标定过程中产生的积累误差,为机械臂实施视觉闭环自主捕获合作目标提供了可靠依据。     

一种基于调节三镜的空间光学相机离焦补偿方法

离焦补偿是空间光学相机获得良好成像品质的关键。文章基于空间光学相机的技术特点分析其离焦补偿方法,提出调节三镜的离焦补偿方法。利用CODE V光学软件对某高性能光学小相机的光学系统进行仿真分析,获得离焦补偿精度、离焦补偿范围与系统成像品质的关系。为保证光学系统对移动三镜倾角控制要求,对三镜调焦机构直线精度及其力学稳定性进行了测试,最后对相机进行了地面外景成像验证与在轨测试。仿真及试验测试结果表明,调节三镜能有效地补偿空间三反相机在轨各因素引起的系统离焦,满足相机在轨成像品质要求。     

空间相机次镜在轨校正仿真分析

针对空间环境变化引起的面形误差和位置误差导致空间相机成像品质下降的情况,提出一种次镜调整补偿系统像差的多软件联合仿真方法。采用次镜调整来补偿系统像差的方法,利用条纹泽尼克多项式来拟合系统波前像差,建立像差系数和次镜调整量之间的多视场灵敏度矩阵模型,进而通过最小二乘法迭代计算求解出各调整量,实现次镜在轨校正的闭环控制。以偏视场同轴三反消像散光学系统为例进行仿真分析,次镜多次迭代调整可以使系统多个视场的波像差接近原始设计值。仿真结果验证了次镜在轨调整的像差补偿作用,为空间相机在轨主动像差校正技术提供了工程应用参考价值。     

捷联惯导加速度计尺寸效应误差建模及其标定

高动态条件下,加速度计（简称加计）的尺寸效应将成为捷联惯导系统精确导航的重要误差源。这个误差源于加计组合中三个加计振动中心（有效的加速度测量点）的不重合。从几何角度对加计尺寸效应误差进行了建模。设计了三类基于精密三轴速率转台的加计尺寸标定方案,即匀角速度旋转、匀角加速度旋转和正弦角加速度旋转方案。以旋转过程中捷联惯导系统的速度输出作为量测,利用Kalman滤波器可以实现对加计尺寸系数的有效估计。利用分段定常系统可观性分析方法研究表明,三类旋转标定机动均能使系统状态完全可观测。仿真结果证明了三类标定方案的有效性,而以匀角速度旋转方案估计过程最平稳,以正弦角加速度旋转方案估计精度最高。     

四自由度串联式机械臂精度测试技术研究

针对四自由度串联式机械臂精度测试过程中关节、臂杆组件基准转移、零位标定、立方镜准直及末端定位精度测试等关键技术难点,给出了相应实施方案及解算方法。提出采用三坐标测量机-激光跟踪仪联合标定的方式解决关节、臂杆组件动、静态基准转移及复现。采用激光跟踪仪-经纬仪联合标定的方式建立整臂器上装配基准。讨论了机械臂关节零位标定流程及求解算法,给出了四自由度机械臂末端精度测试流程,并详细阐述了末端定位精度解算方法。为多自由度串联式机械臂精度测试提供了技术途径。     

线扫描相机标定及畸变矫正方法

线扫描相机由于其高分辨率以及高数据处理效率的优势,使得其在测量领域的应用越来越广泛。但线扫描相机也会因光学系统畸变的存在影响成像的几何位置精度,造成图像的失真。文章面向线扫描相机标定及畸变矫正的应用需求,提出一种将一维数据映射到二维数据而不改变原始数据的方法,以利用面阵相机的标定方法来标定线扫描相机。在标定过程中,采用新型的标定板来创建世界坐标系与图像坐标系之间的关系。文章利用数字图像处理的方法,对光学镜头自身畸变进行标定和矫正,基本消除了由于图像变形而产生的测量误差,有效解决了由于镜头畸变而降低图像中物体的几何位置精度的问题。     

基于重复控制的遥感器两轴随动同步控制系统

扫描系统可以使光学遥感器获得更大的成像幅宽。为实现大角度扫描,光学系统采取扫描主镜和半角随动镜的两轴形式。文章对光学遥感器扫描系统两轴随动的同步控制问题进行了研究,针对两轴随动装置周期性较强的特点,提出在主从同步系统的常规PID控制系统基础上增加重复控制环节,重新设计了一个改进的同步控制器。利用重复控制对周期性外激励信号的跟踪、抑制性好的特点,增强系统对同步误差的抑制作用。仿真结果表明,利用重复控制理论设计的同步控制器在保证原有系统跟踪精度和动态性能的前提下,有效的减小了扫描成像时间段内的同步角度误差。扫描成像阶段内同步误差减小了78%。     

侧摆摄影偏流角和速高比的计算模型

像移会使图像质量退化,分辨率下降,为此必须对像移进行补偿。文章从空间相机像移补偿的角度出发,建立了卫星遥感中偏流角和速高比的概念;通过坐标转换推导出了卫星在星下点、侧摆、俯仰摄影模式下偏流角和速高比的计算公式,从而可考虑对所产生的像移进行补偿。     

非全姿态惯性平台小角度射前自标定方法

为实现非全姿态惯性平台全装弹状态下的射前自标定,提高导弹射击精度,提出了非全姿态惯性平台在小角度状态下射前自标定方法。通过对导弹飞行过程中平台的受力分析,确定了平台误差模型中产生漂移最主要的六项误差系数,设计了使平台转动到预设角度并自动锁定的控制电路,控制平台在初始和小角度倾斜两位置处锁定,使六项误差系数受到重力加速度的有效激励,最后利用构建的闭环力矩反馈回路进行测漂,分离出各误差系数。精度分析表明,标定精度能够很好地满足系统要求。与传统方法相比,该方案利用小角度倾斜状态实现三轴同时测漂,仅需平台在两个位置间转动一次,其自标定时间缩短为借助转台多位置标定时间的25%。     

反辐射导弹复合测角抗诱偏干扰方法

针对传统反辐射导弹由于测角体制缺陷无法有效对抗诱偏干扰的问题,利用空间谱估计的角度测量高分辨能力,提出了一种复合测角系统。该测角系统包含单脉冲、空间谱估计两个测角单元,通过对两个测角单元测量数据的融合获得最终测角结果。空间谱估计测角单元的超分辨特性弥补了单脉冲测角单元角度分辨能力弱的缺陷;与单脉冲测角结果融合,空间谱估计测角单元的相位模糊、测角精度差等问题得到解决。通过复合测角系统,反辐射导弹利用空间谱估计实现角度超分辨,对抗诱偏系统成为可能。最后的仿真实验验证了采用这种测角体制的反辐射导弹的可行性和抗诱偏能力。
     

基于严格成像模型的卫星姿态角系统误差补偿

为消除卫星在轨运动过程中俯仰、偏航、滚动对遥感影像地面定位的影响,建立了卫星姿态角系统误差补偿模型,即在严格成像模型的基础上,对姿态角进行直接调整,以减小定位误差。利用环境减灾-1B（HJ-1B）卫星CCD1相机遥感影像进行分析,在单景影像的定位中,借助于2个地面控制点,将其系统误差减小到原来的1/3,从而验证了模型的有效性,为进一步在轨检校相机内部静态参数提供了前提。     

微振动对不同支撑形式扫描机构的扫描精度影响研究

针对有高扫描线性精度要求的扫描机构,研究了微振动环境对基于轴承和挠性枢轴两种不同支撑形式扫描机构的影响。用ADAMS与Matlab/Simulink软件联合建立两种支撑形式扫描机构多体动力学闭环控制模型,对扫描过程进行了仿真,扫描线性度误差满足指标要求,验证了模型的正确性。在相同控制要求及某卫星实测微振动激励下,用所建模型仿真分析了两类扫描机构的扫描线性度受微振动环境的影响。结果表明:在相同的控制策略和微振动激励条件下,微振动对基于轴承和挠性枢轴的扫描机构的扫描线性度影响分别最大可达1%,2.6%。其中基于挠性枢轴的扫描机构更易受微振动环境的影响,但在工程误差一定的条件下,该影响可通过提高角度检测反馈精度而被有效控制。综合视轴标定精度和图像配准精度等指标要求,建议感应同步器精度需提升至1″以便于工程实现。研究对相机及卫星工程研制有一定的参考价值。     

航天器两自由度扫描镜图像运动补偿技术研究

研究航天器的两自由度扫描镜图像运动补偿问题。在姿态估计信息的基础上,给出了一种运动补偿算法。算法中不仅补偿了姿态估计信息,还同时考虑了姿态信息中的长周期系统误差。利用扫描镜在特定工作模式下相对惯性空间的准确定向能力和系统误差的长周期特性,给出了一种系统误差的估计和补偿算法,每隔一定的时间段对系统误差估计值进行更新并加以补偿,进一步提高了扫描精度。基于一颗地球静止轨道卫星的数值仿真结果验证了补偿算法的有效性。     

电子经纬仪测角原理及其在航天器检测中的应用

文章介绍了T3000型电子经纬仪的动态测角原理,包括其独特的度盘系统、读数系统及精度校准技术,竖轴倾斜自动补偿技术。同时介绍了基于两台或多台电子经纬仪组成的非接触式航天器检测系统,介绍了该系统的构成与功能,系统设计思想、数学原理等,并举例介绍了该系统在某航天器返回舱检测中的应用。     

闭环轴角解算误差分析及精度补偿方法

高精度的光机运动控制对空间光学遥感器的成像品质具有重要意义。旋转变压器是光机运动控制系统的重要角度测量元件之一,提高旋转变压器轴角解算精度对提高光机控制性能有重要作用。文章首先分析了闭环鉴幅式轴角解算原理,其次推导了由于旋变测量信号不完全理想带来的解算误差模型,其误差呈正弦分布,频率为被测信号频率的2倍,幅值与误差系数成正比。并用实验数据证明了误差模型的正确性。最后给出了基于模拟信号的硬件补偿方法和基于数字信号的软件补偿方法。实验证明了补偿措施有效,能将解算误差降低一个数量级。     

基于空间转换模型的工业机械臂手眼标定方法研究

针对反射镜质量大、尺寸大且装配精度要求高的需求,文章研究了一种机械臂装配系统手眼标定优化方法。有别于传统手眼标定方法仅求解相机与末端执行器相对位姿矩阵的关系,文章将相机成像模型、机械臂运动学模型与eye-to-hand形式的手眼模型进行整体建模,建立了基于装配系统的空间转换模型,采用递推最小二乘参数识别算法对机械臂进行运动学参数标定,研究了机械臂运动学误差分布,完成了手眼标定,提高了机械臂系统的装配精度,绝对定位精度由1.81mm提高至0.29mm,提高了83.98%,实验验证了该方法的有效性。     

提高捷联惯组使用精度的方法研究

针对导弹武器捷联惯组使用精度不高的问题,提出了通过射前标定和误差系数补偿修正技术 来提高其使用精度。不借助任何外部工具,完全依靠导弹自身提供的信息,射前标定11个误 差系数,利用单次通电特性及等效补偿和落点偏差二次修正技术来减小落点偏差。弹道仿真 结果表明,射前标定方法结合误差系数补偿修正技术能够有效地提高导弹的命中精度。
     

空间目标天基天文定位误差分析

空间目标的天基观测是未来空间目标监视系统的主要观测方式。天基观测 可以利用轴系定位和天文定位两种方式实现对空间目标的定位,其中天文定位方式能够达到 较高的定位精度。星载相机的姿态测量误差和目标位置提取误差都会影响空间目标的天文定 位精度。基于此,本文推导了空间目标天基天文定位的误差公式,结合一套星载相机的参数 ,采用计算机仿真的方法,研究并分析了各项误差因素对天文定位精度的影响规律。计算结 果表明,空间目标的视赤经的精度随视轴赤纬角的增大而变差,视赤纬精度水平高于视赤经 的精度水平;将空间目标成像在CCD面中心位置附近,能够得到较高的定位精度;视位置测 量精度与目标星点质心提取精度呈线性关系;就目前的硬件水平而言,视赤纬可以达到标准 偏差优于2″的水平,视赤经精度稍差。
     

无陀螺系统构型安装误差标定及补偿方案分析

讨论了一种九加速度计构型安装误差的标定方法与补偿方法。根据九加速 度计无陀螺惯性系统的安装方式,设计了一种能标定九个加速度计共45项构型安装误差的标 定方法。针对九加速度计构型特点,给出了九加速度计导航误差的补偿方案,该方案能够用 一个反馈系统表示。理论分析与仿真计算表明,在给出的标定方案中,方向安装误差标定精 度较位置安装误差要高,而且转台角速度对位置安装误差的标定精度影响较大,对方向安装 误差影响很小;补偿方案实现方便,能够补偿85％以上的导航误差。