Theoretical Aspects of the Ballistic-Navigation Design of an Advanced Space Navigation System

The capability of an orbital constellation to generate a global radio navigation field (RNF) of perfect quality is theoretically analyzed. The optimum geometrical network formed on the orbital sphere is the basis of this analysis. We invoke a criterial apparatus for estimating the ballistic-navigation characteristics of an orbital constellation and its elements, as well as specific navigation properties of an RNF. The numerical data concerning some structural parameters of orbital constellations are obtained for existing and advanced space navigation systems (SNS).     

交会对接光学成像敏感器设计中的关键问题

自主自动交会对接最后逼近段,通常是以光学成像敏感器作为主要的导航敏感器。本文首先简要介绍国内外交会对接光学成像敏感器的最新研究进展情况,然后就其设计中的几个关键问题进行分析,并给出相关结论。     

GPS在航天器编队飞行任务中的基础性作用

GPS正在改变航天器的测控格局 ,拓宽卫星和星座控制技术 ,从而构成空间编队飞行定时、测量和控制的技术基础。国内外已开发出对航天器编队飞行任务进行精确定位和导航的GPS方案。GPS将充当一大类多航天器编队飞行任务的导航系统。在当前开发的空间编队飞行技术中 ,编队航天器的测量和控制、星间链路通信、任务综合与验证、编队飞行试验台、分散式控制、高轨道航天器的相对导航等 ,无一不与GPS息息相关     

一种基于天文测速的火星捕获段天地联合导航方法

为提高火星捕获段探测器的导航精度,提出一种基于天文测速的天地联合导航方法。该方法在地面无线电测距、测速的基础上,引入探测器与恒星的视向速度作为新增观测量,采用扩展卡尔曼滤波(EKF)对探测器状态进行估计。理论分析与仿真结果均表明,与仅依靠地面无线电导航相比,采用基于天文测速的天地联合观测导航方法能有效提高探测器的位置与速度估计精度,且导航精度的提升效果与马尔柯夫最优估计理论的预测值有较好的吻合度。当天文测速精度与地面测速精度相当时,位置估计精度较地面无线电导航提高了近一倍。     

深空着陆器随机优化制导律设计

针对导航估计误差对制导精度的不利影响,提出了一种随机优化制导设计方法。该方法将导航估计性能作为优化项引入制导设计过程中,通过对观测轨迹的优化设计,使视觉导航估计精度得到提高,进而改善了制导性能;同时,引入单步超前优化方法减少迭代运算量。将其应用于深空探测着陆任务,仿真结果表明与传统估计最优制导方法相比,该随机优化制导律有效降低了估计误差给制导系统带来的不利影响,使着陆器导航与制导系统整体性能得到改善提高。     

一种小型弹载混合式光纤惯导系统设计

为解决混合式惯导在小型弹载惯导系统的应用问题,在论述混合式惯导技术特点的基础上,提出小型弹载混合式惯导系统所涉及的三项关键技术：小型化设计技术,抗振动高可靠锁紧技术和基于降维Kalman滤波的抗扰动自标定技术。重点对第三项技术提出具体的技术方案和实现途径。在建立惯导误差模型的基础上,根据姿态精度因子(ADOP)可观测度设计出混合式惯导系统的自标定流程,进行了卡尔曼滤波的降维处理和抗干扰观测量设计。开展了原理样机的标定试验、力学环境试验和导航精度试验工作,试验结果校验了技术方案的可行性和自标定算法的正确性,为其在小型战术导弹中的应用提供了工程借鉴。     

空间细胞机器人系统关键技术及其应用

针对传统空间操控装置难以适应未来大型空间设施在轨建设的问题,提出一种能够实现多层次自重构的空间细胞机器人系统,并对其概念体系以及设计理念进行了分析。介绍了空间三角桁架装配场景下的空间细胞机器人系统硬件设计。提出了空间细胞机器人系统关键技术,包括多智能体协同不确定行为规划、多层次机器人系统构型决策、多智能体协同无环境地图自主导航以及多智能体分层协同分布式控制等。最后结合空间细胞机器人系统的特点与优势,对其应用前景进行了展望。     

Study on TT&C resources scheduling technique based on inter-satellite link

The navigation constellation will have the capability of supporting Tracking Telemetry and Command (TT&C) operations by inter-satellite link (ISL). The ISL will become an important solution to reduce the shortage of ground TT&C resources. The problems need to be studied urgently in the field of space TT&C network resources scheduling management are how to determine the availability of ISL and how to allocate TT&C resources of ISL. The performance and scheduling constraints of navigation constellation?s ISL are analyzed, and three utilization strategies of ISL to perform TT&C operations are proposed. The allocation of TT&C resources based on ISL falls into two successive phases. Firstly, master satellite determination equation is established by using 0–1 Programming model based on the availability matrix. Mathematical method is used to solve the equation to determine the master satellite and the topology of ISL. Secondly, Constraint Programming (CP) model is used to describe the ground TT&C resources scheduling problem with special requirements of TT&C operations based on master satellite, and a heuristic algorithm is designed to solve the CP model. The equations and algorithm are verified by simulation examples. The algorithm of TT&C resources scheduling based on ISL has realized the synthesized usage of both the ISL and ground resources on TT&C field. This algorithm can improve TT&C supports of territorial ground TT&C network for global navigation constellation, and provides technical reference for the TT&C mission planning of global constellation by using ISL.     

高轨非合作目标多视线分布式相对导航方法

针对仅采用单视线难于实现高轨非合作目标的远距离自主相对导航问题,提出基于双空间机器人的多视线分布式相对导航方法。首先,建立基于多视线测量的相对导航模型,并给出空间机器人与非合作目标的相对动力学模型;然后,为降低集中式滤波相对导航的维数,设计分布式滤波的相对导航方法,采用扩展卡尔曼滤波算法实现相对运动估计;最后,建立数学仿真模型,对多视线分布式滤波相对导航算法及可观测性进行仿真校验,仿真结果表明该方法是稳定有效的。     

北斗地基增强系统国产民机试飞性能评估

由于GPS在国际上的技术和标准优势,目前在民用航空领域使用的星基导航大多为GPS。随着我国民航领域的蓬勃发展和北斗卫星导航系统宣告全球组网成功,亟需开展北斗地基增强系统在民航领域的应用性能评估,以验证其是否可满足民航飞机对卫星导航系统的要求。针对民航飞机的I类精密进近过程,梳理了该航段中国际民航组织对卫星导航系统的性能需求,推导了北斗地基增强系统垂直保护级计算数学模型,制定了搭载试飞试验的加改装方案和飞行科目,在国产某型号民机上开展了北斗地基增强系统搭载试飞试验,并对定位精度和垂直保护级进行了分析评估。结果表明：在搭载试飞试验中,北斗地基增强系统可满足I类精密进近对卫星导航系统垂直精度的需求,同时系统不存在告警和误警。     

The Use of Television Signals of Stationary Television Centers for Navigation Determination of Low-Orbit Satellites

For systems of autonomous satellite navigation, it is proposed to use television signals of stationary television centers positioned along the flight path in the band of satellite radio coverage as sources of primary navigation information. Television signal processing allows one to determine the time instants of transit through traverses of the television centers. An algorithm of calculating the parameters of satellite motion by times of transit through traverses is developed.     

表面带电对航天员出舱活动的影响及对策分析

根据我国某载人航天器在轨飞行时的空间环境和航天器表面带电的机理,对航天器表面带电进行了仿真,并对结构切割地磁场的感应电势进行计算。在此基础上,分析了表面带电对航天员出舱的影响,以及出舱安全性防护措施,计算出主动电位控制系统最大发射电流。研究结果可为航天员出舱安全防护提供参考。     

基于DSP的微型捷联惯导系统设计

主要讨论微小型惯性导航系统的工程设计问题。以微机电惯性测量元件(MEMS-IMU)为惯性传感器,以数字信号处理器(DSP)为核心作为导航计算机,设计构造了一种微小型捷联惯性导航系统。给出了系统的硬件结构框图和程序设计流程图,并讨论了DSP软件设计和调试中的一些问题。利用本方案,对于实现军事和工程领域中导航系统微小型化、降低系统成本和体积具有重要意义。     

应用于深空探测的VLBI技术

分析了河外射电源与空间飞行器甚长基线干涉测量（VLBI）跟踪与资料解析的差异,包括信号波前形式、频谱特征、误差修正方式、解算参数类型和软件实时性需求等。讨论了应用于深空探测的包括宽带、窄带、同波束、多频点、多基线相位参考、连线干涉和局部参考架等多种差分VLBI技术,可作为VLBI技术在我国深空探测应用中技术设计参考。     

天地往返可重复使用运载器再入飞行GNC系统关键技术

天地往返可重复使用运载器(RLV)在未来天战中将扮演重要角色。目前各军事大国围绕RLV的关键技术开展了广泛深入的研究。再入飞行是RLV飞行任务的重要阶段,而制导、导航与控制(GNC)系统则是RLV的核心系统之一,是RLV再入飞行的“脑系统”。本文分析了RLV在再入飞行阶段GNC系统的任务要求,明确其体系结构,分析GNC系统存在的问题,给出了深入研究GNC系统需要解决的关键技术和进一步研究的方向。     

基于星历拟合的短弧运动学定轨

当导航卫星在姿轨控和轨道恢复期间,传统的统计定轨理论难以实现精密定轨。首次提出 了基于10参数星历拟合的短弧运动学定轨方法,建立和推导了相应的理论模型和定轨解算方 法。其优点在于不仅能够反映卫星运动的物理学特征,提高了速度和轨道预报精度,而且不 需要累积数据,实现近实时快速计算,克服了动力学法定轨发散和单点定位无法获得速度信 息的不足。对COMPASS M-01导航卫星实测数据的处理表明,10分钟短弧运动学定轨的位置精 度优于10 m,速度精度为2 cm／s,预报5分钟轨道精度为15.02 m,满足了短弧跟踪条件下R DSS对轨道精度的要求,实现了卫星精密定轨。
     

导航星座的任务重构技术研究

以COMPASS卫星导航星座为对象,研究了导航任务的重构技术。首先,对COMPASS卫星导航星座的主要性能进行了分析和仿真;其次,分析了星座中部分卫星失效后对导航性能的影响;最后,提出了分别利用在轨运行的高、中、低轨卫星及临近空间飞行器进行任务重构的方法,并对重构后的导航性能进行了仿真。仿真结果表明：提出的任务重构方法对于保证导航星座的正常运行是有效的。同时,对于研究飞行器应急测控技术具有借鉴意义。     

高精度地磁场模拟系统的设计与研究

根据地磁导航半实物仿真中磁场环境仿真需求,建立了高精度地磁场模拟系统,通过试验说明了系统中建立零磁空间的必要性并验证了磁屏蔽筒的屏蔽效果,同时对系统的准确性和实时性进行了试验研究。仿真结果表明,在考虑响应时间的前提下,系统能够准确实时地模拟飞行航迹上的地磁总场值,能够为地磁匹配导航半实物仿真提供真实可信的磁场仿真环境。     

基于一体化平台的导航对抗系统

卫星导航在军事领域的运用越来越广泛,导航对抗是一体化战场信息对抗系统的重要内容。分析了一体化信息对抗平台的构建,包括硬件平台构建、软件体系架构设计等方面,并在此基础上研究了导航对抗的软件化设计,通过与平台的集成设计,实现了快速导航对抗功能。