X射线天文卫星观测需求分析与控制总体设计

对X射线天文卫星观测需求进行了分析,提炼了观测任务对观测模式、源的高精度定位与对准、轨道、热控、测控数传等多项需求与约束;针对X射线观测的多需求、多约束难点,设计了集巡天观测、定点观测与小天区扫描观测于一体的观测模式,解决了一颗卫星同时实现全天扫描、银道面深度扫描、重要惯性区域扫描、重要及机遇目标深度观测以及伽马暴全天监测的多种观测需求的难题,该技术已在我国硬X射线调制望远镜卫星上得到应用.     

新的像机观测可靠度模型

针对像机观测方向和观测区域受限的特点,结合人眼感知概率模型,建立了一种基于观测可靠度的像机观测模型.依据Johnson准则,综合考虑了像机距目标的观测距离、观测角度和目标大小等因素,不仅可以确定目标的存在与否,还可以全面描述像机对目标的观测性能,更加符合像机对目标感知的实际情况.在此基础上定义了多个像机对目标的观测可靠度,及像机网络对目标的捕获概率,提出了基于像机观测可靠度模型的多像机网络覆盖优化部署算法.仿真结果表明,利用新的像机观测可靠度模型对网络进行优化,可以在提高多像机网络对观测区域的覆盖程度的同时,优化网络对场景的感知能力,提高对目标的捕获概率.      

天基光学同步带目标监视跟踪模式

目前的天基空间目标观测模式多利用自然交会方式,在长时间观测的基础上实现对空间目标的遍历,模式规划中未考虑地气光反照对观测效率的影响。文章基于天基平台太阳同步轨道的特点,在传统自然交会模式的基础上引入姿态协同,新规划了两种同步带目标观测模式。将地气光反照对天基空间目标观测的影响量化为相机的离轴角约束,引入模式规划,得到的观测模式即为不受地气光反照影响的观测模式,具有工程实际应用价值,然后对几种观测模式的观测效率从姿态模式、遍历时长、观测弧长等方面进行了评价。理论分析和仿真结果均表明,区域凝视在对同步带目标编目方面具有明显优势,遍历时间小于1天,姿态模式相对简单,观测弧段相对较长。     

射电天文学异军突起

天文观测的三次变革人类的天文观测经历了三次革命性的变革。第一次变革是从肉眼观星进入到利用光学天文望远镜观测天体,它以17世纪初意大利科学家伽利略发明天文望远镜为标志。第二次变革是从人类只能观测天体的可见光进入到接收天体的无线电波,它以20世纪30年代射电望远镜的诞生为标志。第三次变革是从人类局限于在地面上观测天体到进入太空开展天文观测,它始     

航天器自主天文导航系统的可观测性及可观测度分析

天文导航系统中的观测量是一个重要的精度影响因素,星光角距和星光仰角是天文导航中两种最常用的观测信息,首先介绍了这两种观测信息及其量测方程的建立,然后从天文导航系统的可观测性和可观测度的角度,以观测矩阵的条件数作为系统可观测度的度量标准,分析了由于所选用的观测量的不同所导致的系统导航性能的差别,同时给出了一种衡量天文导航系统中的观测量和系统性能的分析方法.计算机仿真结果证明了该方法的有效性.     

近地小行星观测技术分析

数量庞大的近地小行星对地球安全构成了重大潜在威胁,受现阶段小天体观测技术水平限制,仍有大量危险性小行星尚未发现。瞄准我国近地小行星空间观测技术发展需求,通过综合分析国内外近地小行星观测现状及相关技术水平,并结合天/地基小行星观测平台能力对比,从我国近地小天体观测技术基础出发,提出了我国空间红外小行星观测技术方案。采用可见–红外融合探测的技术方案开展小行星搜寻与光谱详察,并通过空间小行星观测平台与地面观测装备网络协同观测,为推动形成我国天体一体化小行星观测体系奠定基础;同时通过对多种小行星撞击地球的防御策略以及小行星利用价值综合分析,为我国开展近地小行星观测、预警、防御等任务提出了初步建议。     

低轨目标短弧关联的稳健方法

未来大量低轨星座部署一旦完成,将会对传统的空间目标监视提出更高的要求.广角光学望远镜系统具有广域监视效果,可以同时观测大量目标.但是广角望远镜的观测数据大部分属于“短弧”观测数据,单次观测无法进行空间目标的初始轨道确定.目前有效的解决方案是对光学观测弧段进行准确关联,融合多组观测数据进行初定轨.本文以容许域方法为基础,通过优化拟合两段观测短弧的轨道,结合卡方检验,确定不同观测弧段之间的关联性.其次详细描述了对于低轨目标,用仅测角观测数据进行关联的时候,存在的病态性问题.最后,针对低轨目标短弧关联错误率高的问题,提出了用角度误差特性规律进行误关联识别的方法.误关联的准确识别有效地提高了对于低轨空间目标仅光学观测序列的关联成功率,为后续的空间目标编目提供了有效的数据支撑.     

视线测量光学导航系统观测模型选取

在基于视线矢量观测的自主光学导航系统中,观测模型的非线性是影响导航精度的一个重要因素。通过定量计算观测模型的非线性强度,研究了视线测量光学导航系统测量模型的选取问题。文章基于透射投影模型的共线性方程,给出了两种视线矢量观测模型的导航测量方程及测量噪声统计特性。在扩展卡尔曼滤波框架内深入分析了观测模型非线性对导航性能的影响。并利用微分几何非线性曲率测量理论,定量比较了两种观测模型的非线性强度。最后以基于视线矢量观测的姿态确定系统为例,仿真验证了非线性曲率测量与导航性能的一致性,结果表明基于单位矢量观测模型的光学导航系统具有更高的估计精度和更快的收敛特性。     

对地观测卫星国际市场发展研究

对地观测卫星数据,特别是高分辨率对地观测卫星数据是基础性、战略性资源,在经济建设、国防安全和社会活动中有着广泛而深入的应用,得到了越来越多国家的关注与重视。随着各国对地观测卫星图像需求量的日益增加,世界各国加快了对地观测及其数据使用的相关政策、法规的制定,在发展对地观测卫星系统、推动对地观测卫星数据应用的同时,有力地提升了产品和服务的竞争力,积极谋求海外投资、开拓国际市场、加强国际合作的国际化之路。     

宇宙探索简史 观测天文学的诞生

正天文学发展遵循"观测-理论-观测"的途径,不断把人类的视野伸展到宇宙的新的深处。所以观测手段是探索宇宙奥秘的重要手段,由此逐渐形成了观测天文学。观测天文学是天文学的一个分支,常用于取得数据以与天文物理学的理论比对,或以测量所得的物理量解释模型的含义。在实物上,通过望远镜或其它天文仪器的使用来观测目标。伽利略被人们称为"现代观测天文学之父"。     

高分辨率光学遥感卫星平台技术综述

2013年4月26日,我国用长征-2D运载火箭成功发射了高分辨率对地观测系统的首发星—高分-1卫星,开启了我国对地观测的新里程。高分辨率对地观测系统重大专项(简称高分专项)工程是《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》所确定的16个重大专项之一,由天基观测系统、临近空间观测系统、航空观测系统、地面系统和应用系统等组成,于2010年经过国务院批准启动实施。计划在"十二五"期间发射5～6颗高分辨率对地观测卫星,目标是建成高空间分辨率、高时间分辨率、高光谱分辨率对地观测卫星系统,加快我国空间信息与应用技术的发展。为此,本刊特别推出了"高分辨率对地观测卫星专题",介绍了我国高分-1卫星及其相关系统,以飨读者,促进我国高分专项的实施。     

HXMT卫星快视成像

硬X射线调制望远镜(Hard X-ray Modulation Telescope,HXMT)的最重要的工作模式是扫描观测,包括巡天扫描观测和小天区深度扫描观测. HXMT的标准成像需要被观测天区完整的二维扫描观测数据,而同时利用HXMT的观测数据中包含的空间调制信息和旋转调制信息,快视成像可以在只有一维扫描的情况下获得被观测天区的较粗略的流强分布,从而可以在卫星的视场扫过一块天区后很快给出被观测天区的尽可能多的信息.本文详细介绍了快视成像的过程,并通过模拟计算给出了巡天扫描观测快视成像的灵敏度、定位精度和角分辨能力的分布.快视成像能提高HXMT发现暂现源的灵敏度,及时发现并定位出现在HXMT视场中的高能爆发现象,减少较强的暂现源和爆发对标准成像干扰将是标准成像的重要补充.      

面向天文观测的空间科学卫星任务规划方法研究

面向天文观测的空间科学卫星任务规划是一个复杂的多目标优化问题.通过对天文观测类卫星的任务规划要素及约束条件进行抽象,建立了面向天文观测的多目标任务规划问题模型,在此基础上设计了基于NSGA-II的多目标观测任务规划算法,并通过实例进行了实验及结果分析.研究表明,该方法能够有效解决天文观测类卫星不同规模的任务规划问题.      

PINS静基座对准中的理论与算法的研究

分析了平台式惯导系统(PINS)静基座条件下的可观测性,采用系统可观测矩阵的条件数来定量计算PINS静基座可观测性能,找出该条件下的可观测矩阵条件数最小的3个不可观测变量.采用了自适应Kalman算法和常规Kalman算法对简化模型进行了仿真比较.仿真结果表明前者比后者滤波收敛快.进而提出了一种基于Elman神经网络的快速对准方法.     

依巴谷卫星扫描观测不均匀性的研究

以观测时间T=0.5年,四种不同的旋转角ξ=30°、36°、43°和50°,计算了依巴谷卫星对50颗全天均匀分布的恒星模拟观测次数。发现随着黄纬的增加,观测次数逐渐增加。当|β|=40°～60°时,观测次数分布达极大。而|β|=0°～10°之间,观测次数约只有极大值的1/2。计算符合Hoyer等人的理论估计,即在|β|=90°—ξ附近观测次数最多,在黄道面附近的恒星观测次数最少。本文指出依巴谷卫星对|β|为50°～60°区域内的恒星观测精度高。原因是在这一区域内,依巴谷扫描观测的次数最多。      

基于有向无圈图的敏捷卫星姿态机动策略

针对敏捷卫星一次过境时间内的同轨拼幅观测和同轨多点连续观测模式的姿态机动策略问题,提出一种基于时间序有向无圈图的敏捷卫星姿态机动策略算法.该算法首先将区域目标和点目标转化为若干条带目标,然后通过将各个条带的观测时间窗口离散成一系列带有条带信息的时刻点,构造时间序有向无圈图,将敏捷卫星对地观测姿态机动策略问题转换为图论的寻找最优路径问题.仿真算例表明,该算法能够有效解决敏捷卫星同轨拼幅观测和多点连续观测的姿态机动策略问题,获得最大化观测覆盖收益同时机动时间消耗最小的姿态机动方案.      

脉冲星导航试验卫星科学观测数据分析

脉冲星导航试验卫星是我国发射的一颗专用试验卫星.经过4个多月的在轨观测,该卫星已成功获取了大量观测数据.介绍利用该卫星搭载的掠入射聚焦型X射线探测器在近4个月中对PSR B0531+21获得的观测数据第一批处理结果.本文详细阐述掠入射聚焦型X射线探测器的观测模式,给出脉冲星观测数据的处理方法以及脉冲星参数的拟合过程,利用基于第一手观测数据的脉冲星精化参数验证掠入射聚焦型探测器在轨工作性能,得以回答使用国产X射线探测器是否能够“看得见”脉冲星问题.     

脉冲星导航的天体测量考虑

X射线脉冲星导航是基于X射线脉冲星观测,经过信号处理得到脉冲到达时刻序列,进而分析该时间序列提供导航相关信息的技术。为了分析脉冲星导航的可行性和依赖条件,从概念上描述了脉冲星的观测模型,并比较了射电脉冲星观测和X射线脉冲星观测数据处理过程;进而从天体测量的角度论述了脉冲星导航可行性的相关问题,主要包含观测量的获取、整周模糊度和应用范围3个问题。经分析可知:观测量的获取与观测者的速度有关,该速度可通过最大化观测轮廓法确定;对于深空和超深空导航,整周模糊度是首先需要解决的问题,脉冲星的位置精度也是需要考虑的因素。理论上X射线脉冲星导航可以应用于近地和深空探测。     

星载观测平台的视线误差分析

为分析星载观测平台各项误差源对视线测量精度的影响,研究了一种基于多参量的视线测量误差建模与评价方法.不同于以往卫星、相机的空间测量方式,针对卫星、转台、相机的观测结构,构建了从惯性空间到光学传感器像平面的目标成像模型及星载观测平台视线测量模型.通过推导星载观测平台视线测量误差与观测中13项误差源的关系,提出一种基于灵敏度分析的误差评价方法,并在三个轴向上分析了各项误差源对星载观测平台视线测量精度的影响.利用蒙特卡罗仿真试验验证了理论模型的有效性.结果表明,卫星轨道误差、卫星姿态误差、载荷平台角振动误差、内外框架转动误差、像平面目标像点的位置量化误差是影响星载观测平台视线测量精度的主要因素.该方法能够科学评估各项误差源对星载观测平台视线测量精度的影响,对星载观测平台的总体设计具有重要的应用价值.      

中国科学院人卫系统的目视观测

<正> 中国科学院人卫系统,是我国开展人卫工作历史最长的一个地面跟踪系统,已有二十多年的历史.二十年来,特别是一九七○年以来,中国科学院人卫系统的目视跟踪观测取得了显著的成绩.长期的观测实践中,各台站不断充实观测力量,提高观测水平,积累了经验,培养了干部;15公分跟踪打印经纬仪已经取代广角望远镜投入常规观测,改变了目视观测仪器比较落后的状态;为我国卫星积累了大量宝贵的观测资料,多次较好地完成了我国卫星上天的实时跟踪观测、测轨和预报的光荣任务.为国家的航天事业作出了积极的贡献.