星光折射导航星的改进三角识别捕获

高精度星光折射间接敏感地平的自主导航方法,目前被国内外尤为关注。本文通过对星光折射导航观测对象———导航星捕获的研究,采用了改进的三角匹配算法并结合恒星星表,确定出导航观测星星光方向,同时依据对飞行器在轨观测星的几何关系推导,利用Unscented卡尔曼滤波算法确定航天器的在轨位置和速度。该方法能比较真实地模拟飞行器实际在轨的导航情况。仿真表明,真实星表导航精度大于人造星场;通过比较导航系统捕获20,40,60,80颗折射星的4种情况,可知捕获到的导航星的数量越多,导航精度也随之提高。     

一种航天器星光折射连续导航方法

针对星光折射航天器自主导航应用中观测缺失导航折射星造成误差上升甚至导航发散的情况,提出一种适用于航天器星光折射导航空白段的新方法。阐述了星光折射导航机理,给出了导航星观测窗口,进而设计基于神经网络的导航算法,该方法充分利用已有信息,有效预测并修正航天器状态信息,使星光空白段前后导航误差变化平稳,发挥星光折射间接敏感地平精度高的特点,保证了航天器高精度定位,且不需要添加硬件设备,算法简洁、实用。最后,通过计算机仿真校验了该导航方法的有效性。     

捷联星光制导仿真方法研究

捷联星光制导方案是把星跟踪器安装在平台基座上，利用星跟踪器和平台框架角的测量信息解算出因初始定位定向误差引起导弹的落点偏差，由末助推控制系统完成弹道修正。有关捷联星光制导方案的地面仿真原理、方法、组成，选星及大气修正计算原则、地球旋转影响在本文中作了论述，并给出仿真原理框图、硬件设备组成和功能、接口要求以及系统工作程序框图。     

卫星定位导航算法研究中卫星运动参数及导航星选取的仿真

在卫星定位导航系统的定位算法研究过程中，导航卫星星座中各卫星的运动参数，包括位置和速度参数，是进行研究的基础。因此在这一过程中，必须根据需要生成仿真卫星运动参数。针对定位卫星星座的特点，推导了适用于进行算法研究的导航卫星运动参数的仿真公式。在此基础上，依据卫星定位用户工作的方式特点，给出了一种判断用户机可视卫星的公式。作为算例，最后给出了以ＧＰＳ参数为基础的导航卫星星座运动参数的仿真结果     

捷联惯性/大视场星光组合导航方法研究

近年来,使用星敏感器的导弹、火箭惯性组合导航成为国内外研究的热点.本文对捷联惯性/大视场星光组合导航方法进行了研究,建立了卡尔曼滤波方程,并利用SINS误差转移矩阵方法估计主动段导航误差.数学仿真表明:捷联惯性/大视场星光组合导航方法不仅可以修正姿态角偏差和陀螺常值漂移,还可以对主动段的速度、位置误差有很好的估计效果.     

用于飞行器导航的边缘匹配方法研究

地图匹配制导由于具有良好的自主性而成为飞行器导航的一种重要方式。本文首先从飞行器导航的应用出发，对于可用于地图匹配制导的匹配方法的特点进行了分析；然后，提出了一种基于二值边缘新的匹配度量，并给出了基于距离变换的边缘二值图像匹配方法；通过采用航片与卫片、可见光图像与合成孔径雷达图像等所进行的大量实验，结果表明本文所提出的方法比常用的平均绝对算法和归一化互相关算法速度更快、匹配定位精度更高     

一种利用地球敏感器的星光导航方法

针对直接敏感地平的红外地平仪-星光导航系统精度低的问题,提出通过建立扁率误差补偿函数,研究扁率引起的姿态角测量误差;建立地心矢量的姿态角误差模型,通过修正地球扁率误差来补偿姿态角,对卫星施加姿态偏转指令调整地心矢量偏移。同时基于SODERN地球红外辐射模型,考虑红外辐射强度随纬度和季节的变化建立真实红外辐射曲线,通过滤波算法获得精确的地球切线边缘的量测信息,提高红外地平仪测量精度。仿真结果表明,该方法有效提高了基于红外地平仪的星光导航定位方法的可靠性和精度,导航位置误差能达到500m左右,较原有系统提高3倍以上。     

单星星光/惯性复合制导最佳星快速确定方法研究

单星星光/惯性复合制导能有效提高弹道导弹的机动发射性能和命中精度,在实际应用中需要快速确定最佳星.针对单星平台方案,建立其基于初始定位定向误差的相关数学模型,并采用单纯形调优法实现最佳星的快速确定.仿真结果表明.采用所建立模型能有效修正初始定位定向误差的影响;单纯形调优法选星速度快,精度高,能为有效解决最佳星的快速确定问题提供有益参考.     

大气湍流对平流层星光导航中星光传输的影响

以平流层飞行器用星光导航为背景,研究在平流层内星光传输过程受大气湍流的影响机理,揭示平流层中星光的衰减规律,为建立平流层星光导航星库以及电耦合器件(CCD)所摄取的星图补偿方法提供理论依据。研究提出将流场密度和流场密度脉动变化大的区域划分为宽度为L的特性截面,并基于几何光学法及统计光学理论分别计算星光穿过各特性截面后产生的光线偏折及平均光强衰减,进而推导整个平流层内星光传输过程中的能量衰减变化曲线。采用基于k-ε双方程湍流模型的雷诺平均法计算不同极端情况下的大气湍流场密度及密度脉动分布。通过计算机数值仿真表明:星光穿过具有湍流的平流层时将发生明显偏折,其偏折程度与流场密度值有关;同时星光光强衰减,衰减程度与流场密度脉动值有关。     

基于精确星光大气折射观测模型的轨道摄动研究

基于星光折射间接敏感地平自主导航方法,改进了现有的大气密度模型和固定高度(25km)的观测模型,建立了自适应连续高度(20km～50km)的星光折射观测模型,并在此观测模型的基础上深入分析研究了影响导航精度的各种轨道摄动力,包括地球形状各阶摄动力、不同高度的大气阻力摄动力、太阳光辐射压力等.提出一种精简的大气模式--静止变标高球面大气,解决了由于高层大气密度的求解复杂,使大气阻力摄动模型不精确的问题,由此取得了较好的导航定位精度.利用UKF和EKF两种不同非线性算法,对考虑各种摄动力后的导航定位精度进行全面的计算机仿真实验,并就仿真结果进行了误差分析,同时研究了各种有关参数对导航精度的影响.     

一种基于LPF+POD的星光导航气动光学效应研究方法

为便于研究CCD安装窗口附近湍流对星光产生的气动光学效应及星光传输过程中的能量衰减规律,提出一种低通滤波(LPF)与本征正交分解(POD)融合的高超声速流场中星光传输特性的分析方法,该方法通过对流场的结构分析,提取其相干结构和非相干结构,将湍流对星光产生的气动光学畸变模拟为低频可建模部分和正态分布部分,由此可定性地研究星光在高超声速流场中的传输机理,并采用两种评价方法验证了POD提取特征的可靠性和真实性。流场结构对星光传输产生光程差的仿真表明,大尺度相干结构造成最主要的气动光学畸变,其光程差有明显的建模特性,而非相干成分造成的光程差具有接近正态分布的统计特性,两者互不相关,且其低频部分贡献主要的星图畸变。对不同马赫数的流场进行仿真得到的气动光学畸变特性与流场结构特性相符,这说明从研究流场关键成分对星图成像的影响来揭示星光的气动光学效应特性是合理和有效的。     

基于星光大气折射的卫星自主轨道确定

本文研究了利用星敏感器进行卫星轨道确定的自主导航方案。这种自主导航方案完全利用高精度的CCD星敏感器，以及大气对星光折射的数学模型及误差补偿方法，精确敏感地平，从而实现航天器的精确定位。以某太阳同步轨道卫星为背景，针对本文给出的星光折射光的卫星导航方案，结合推广的卡尔曼滤波算法，使用模拟数据进行了仿真研究，定位精度为38m。仿真结果说明，星光折射角的测量误差和大气折射模型的不确定性是影响导航精度的主要因素。     

美国的导航星全球定位系统

由美国国防部陆、海、空三军共同研制和管理的美国新一代卫星导航系统——导航星全球定位系统(Navstar GPS),已于今年6月26日提前三个月部署完毕,并全面投入使用。 这项计划耗资30多亿美元,由美国三军联合完成,空军作为国防部的代理人全面主管这项计划,并在空军司令部航天分部由陆军、海军、空军、国防部测绘局和美国交通部等部门组成了联合计划办公室,负责系统的日常工作。     

用于微小卫星自主导航控制系统地面仿真的磁强计数学模型

对基于磁强计自主导航微小卫星控制系统地面仿真的磁强计数学模型建立进行了研究。给出了地磁场理论数据的生成模型及磁强计的测量模型,并据此建立了磁强计测量数据生成的数学模型。对低轨圆轨道微小卫星的仿真计算结果表明：由该磁强计数学模型获得的磁场强度测量值与文献中真实磁强计测量数据差异很小,验证了模型的有效性和准确性。     

高超声速条件下星光传输模拟方法与仿真

以高超声速飞行器为研究对象,建立了高速流场下的星光传输模拟仿真方法,定性、定量地研究平台气动光学效应对星光导航的影响。采用基于k-ω/SST两方程湍流模型的雷诺平均法计算星敏感器安装在飞行器不同位置处（头部、中部和尾部）的外流场密度分布,进而得到流场的空间折射率分布。在此基础上,利用几何光学法计算星光由高速层流流场引起的光程差、点扩散函数、像偏移等光学传输效应,得出经过层流流场的星光降晰图。同时运用统计光学理论计算高速湍流流场引起的星光出瞳面的波像差、密度均方差、相位均方差、Strehl比等光学传输效应,得出经过湍流流场的星光降晰图。仿真结果与理论分析吻合,从而为研究星光在高超声速流场中传输的机理提供了可靠的技术手段。     

美国的导航星系统简介

美国的导航星全球定位系统（GPS）属新一代导航定位系统，由美国国防部负责出资筹建并全权控制。 GPS由卫星系统、控制站和接收机三部分组成。卫星系统由24颗均匀分布在6个轨道面上的卫星组成，其中21颗工作星，3颗备份星。GPS系统可确保用户在任何地点、任何时刻收到4颗GPS卫星发出的信号，从而实现准确定位、定速和定时。 GPS的控制站分主控制站和监视网两部分。主控站位于科罗拉多的斯勒埃佛空军基地，监视网则由分布在全球的跟踪站构成。控制站主要用于修正卫星的轨道位置、星历等。主控站在接收到卫星发出的星历等数据后进行适当…     

一种新的导航星选取算法研究

在导航星表的建立过程中，由于恒星的数量太多，往往要进行筛选，通常这种选择复杂费时，而结果往往并不是最优的。本文引入了动态星等阈值分布函数，将传统星等阈值过滤算法中的静态阈值用动态星等阈值代替，建立了一种新的动态星等阈值过滤选择模式。而基于统计学习理论的支持向量机方法为求解高维非线性动态星等阈值分布函数提供了新的途径。本文讨论了这种基于支持向量机的导航星自动选择算法——回归选取算法。实验表明，用该算法所选取的导航星表，导航星数量少、分布均匀性好。同时它还能适应多种任务的导航星选取要求，具有很强的通用性。     

导航星座星间链路运行管理模式研究

导航星座星间链路是我国首个网络化的星间链路,文章结合导航星座星间链路运行管理的实践,明确了星间链路运行管理的概念、内涵、功能等;从导航星座星间链路运行和管控的特点出发,对运行管理的模式及各模式下的场景进行了精细化设计和定义;分析了导航星座星间链路运行管理模式之间、场景之间的转化关系和转化条件,明确了各种模式下星间链路运行管理的重点内容。通过选取常规服务模式下节点故障处置恢复事件进行分解,证明星间链路的精细化运行管理有力地支持了导航星座的高效稳定运行。此外,基于导航星座星间链路运行管理的经验,提出了星间链路运行管理的一体化、网络化、服务化的发展方向。     

基于STK的导航星模拟及天文定位选星算法研究

导航星优选是研究天文定位导航的前提。本文结合导航恒星选星对天文定位的影响,研究提出了基于STK软件的导航星模拟方法,并针对空天飞行器对天文观测时的条件约束,结合天文导航定位对导航星的要求,构建了适合不同飞行航迹的导航星库。基于所设计的导航星库,以空天飞行器为应用对象,结合其在轨段飞行轨迹参数,基于STK软件进行了天文导航定位仿真研究。在所设计的飞行器飞行航迹参数及可见星信息条件下,针对空天飞行器长航迹飞行运动特点,设计了3种不同的天文定位观测选星方案,并研究了不同选星方案下的天文导航定位性能。最后通过仿真验证表明所提出的导航星模拟和选星方法能有效满足空天飞行器对天文导航定位的要求。