深空导航无线电干涉测量技术的发展历程和展望

结合世界各航天大国和组织所开展的深空探测活动和深空测控系统建设中,对无线电干涉测量技术的开发、应用以及深空导航技术试验验证情况,系统地梳理和总结了深空导航无线电干涉测量技术的发展历程,并通过该技术未来在国际上几个主要深空探测任务中的应用规划,分析了无线电干涉测量领域未来的发展方向.该领域技术的最新发展对我国深空测控网无线电干涉测量系统的后续建设也具有重要的借鉴意义.     

深空干涉测量天线高精度站址测量技术现状及展望

用于深空测控任务的干涉测量天线的高精度站址测量对于深空航天器的高精度导航具有重要意义.为此,结合国内外对干涉测量天线高精度站址测量技术的研究、试验及成果,对2种站址测量方法——测地VLBI(Very Long Baseline Interferometry,甚长基线干涉测量)方法和归心测量方法的原理、现状进行了总结与比较:测地VLBI方法最为直接有效,且测量精度高;归心测量方法能反映参考点的本地变化,可提供站址初值,且便于连续监测;2种方法优势互补.在此基础上,对高精度站址测量技术未来的发展方向进行了展望.该领域技术的发展现状对我国深空测控网的后续建设具有重要的借鉴意义.     

中国深空网首次△DOR联合测轨试验分析

通过分析中国深空网首次△DOR（Delta Differential One way Ranging,双差分单向测距）联合测轨试验的干涉测量事后数据,重点从观测量随机精度、闭合时延等方面讨论了国内深空网与国内VLBI（Very Long Baseline Interferometry,甚长基线干涉测量）观测网、国内深空网与国际深空网的联合干涉处理情况,并与ESOC（European Space Operation Center,欧洲空间操作中心）数据处理结果进行了比对.试验结果表明：我国深空网已具备独立或联合开展深空探测器导航测轨的系统支持能力;深空站系统具备高速率数据接收、采集、记录、传输能力,采集数据处理精度优于1 ns;深空网干涉测量信号处理中心具备多体制信号的干涉处理分析能力,其分析精度与ESOC处理精度差异在0.1 ns量级.     

月球及深空航天器甚长基线干涉测角精度协方差分析

基于测量基线柱坐标推导了深空航天器赤经、赤纬的信息阵和协方差矩阵,定量计算了干涉延迟测量精度、航天器赤纬及基线几何构型对月球航天器赤经赤纬测量精度的数值关系。根据计算结果,分析了三种因素对确定航天器角误差的影响。提出了基线组合赤经、赤纬精度因子的概念,重点分析了基线几何构型对确定航天器角位置的影响。在航天器视向距离无误差的条件下,推导了航天器三维定位误差与测角误差的协方差矩阵,定量计算了不同干涉延迟精度下月球航天器的三维定位误差。计算及分析结果对于我国未来月球及深空任务的测控分析支持具有重要参考价值。     

高速再入飞行试验再入条件优化设计

飞行器返回再入时将经历极高的气动热环境,因此深空探测返回飞行器,尤其是载人飞船需要通过实际飞行试验验证相关性能,为降低成本和研制风险,通常采用大再入角和相对第二宇宙速度较低的再入速度进行飞行试验。为获得能实现高热流密度验证的最小能量再入任务方案,采用优化设计手段对飞行试验的再入角和速度以及倾侧角控制进行设计,经仿真分析表明,优化结果可达到飞行试验要求的热流密度,并可将再入速度需求降低约2．1 km／s。     

深空干涉测量天线G/T值指标设计

G/T是天线的一项重要技术指标,在综合考虑测地VLBI(Very Long Baseline Interferometry,甚长基线干涉测量)和航天器VLBI观测两者需求的基础上,提出了深空干涉测量天线的G/T指标设计方法.首先根据射电源的空间分布以及流量密度特性,确定了测地VLBI和航天器VLBI观测模式下射电源流量密度的要求.在此基础上建立了2种观测模式下时延误差与深空干涉测量天线G/T之间的关系模型.最后参考目前国际国内测地VLBI观测中的通用参数设置以及月球探测任务中航天器VLBI观测的参数设置,对不同观测任务、不同观测模式下的G/T要求进行仿真分析.综合测地VLBI和航天器VLBI观测仿真分析的结果,S频段G/T建议不小于32 dB/K,X频段G/T建议不小于43 dB/K.仿真分析结果可以作为后续深空干涉测量天线G/T设计的参考.     

深空探测器无线电干涉测量开源数据处理系统构建及试验

为更好地开展深空无线电干涉测量试验,基于DiFX(Distributed FX,分布式FX型相关处理)、SPICE(Spacecraft Planet Instrument Camera-matrix Events,航天器行星仪器照相机矩阵事件)、HOPS(Haystack Observatory Postprocessing System,Haystack克天文台后处理系统)及AIPS(Astronomical Image Processing System,天文图像处理系统)等开源软件,搭建了一套可用于深空探测器信号相关处理的无线电干涉测量数据处理系统。首先介绍了该系统的整体架构及组成,然后介绍了系统各组成模块的功能及工作原理,最后利用该系统对嫦娥三号着陆器开展了观测试验,并对观测数据进行了处理。试验结果表明,该系统能成功实现深空航天器信号的相关处理、条纹拟合,以及时延解算等功能,有望为我国嫦娥五号任务及火星探测任务数据处理提供支持。     

一种宽带信道群时延测量方法

针对VLBI(Very Long Baseline Interferometry,甚长基线干涉测量)系统直接相位差分法的群时延测量精度与分辨率存在矛盾,以及线性最小二乘拟合法不适用于群时延失真链路的问题,采用一种基于非线性拟合的宽带信道群时延测量方法,对出现的问题进行分析与仿真,同时进行了实验验证并获取到实测数据。仿真表明,基于非线性拟合的宽带信道群时延测量方法适用于非线性相位系统,而且群时延的测量精度优于直接相位差分法2个量级。实测数据表明,在270~370 MHz频段内,传统的直接相位差分法和线性拟合测量法已失效,而该方法群时延的测量精度优于0.1ns,由此验证非线性拟合法能够以较高精度进行附加相位和群时延特性测量。     

金星探测器测定轨系统设计与试验验证

针对我国未来自主金星探测活动中的测量与导航实施问题,重点研究了地基测定轨系统的设计与实现,阐述了测距、测速和甚长基线干涉测量等能力,提出了基于我国金星探测测定轨系统设计方案,建立了高精度测量模型和定轨策略,并完成了软件实现。利用与欧空局联合开展的金星快车探测器跟踪试验,对该系统进行了初步验证,实测数据定轨结果与欧空局事后精密轨道的位置偏差优于485m,速度偏差优于5.5cm/s。试验结果验证了该系统的数据处理和轨道计算能力达到欧空局金星快车探测器同等水平,初步检验了该系统测量数据处理和轨道确定部分的正确性、有效性,可为后续我国自主金星探测提供测定轨技术支持。     

航空煤油饱和蒸气压测量及其在飞行试验中的应用

航空煤油饱和蒸气压对飞机燃油系统供油、发动机燃烧室的工作有着重要影响。本文选取RP-3航空煤油为研究对象,利用一套航空煤油饱和蒸气压测量设备对飞行前后的RP-3燃料的饱和蒸气压进行了测量,分析了影响饱和蒸气压测量结果的因素;结合飞行试验,分析了燃料饱和蒸气压对吸力供油高度确定的影响。     

差分GPS在飞行试验中的应用

ＧＰＳ是美国正在大力发展的高精度卫星导航系统。主要叙述差分ＧＰＳ在飞行试验中的应用，首先介绍ＧＰＳ的伪距测量定位原理和测速原理，ＤＧＰＳ提高定位精度的原理。     

飞行试验复杂背景下的图像跟踪技术

针对光电经纬仪在飞机起飞着陆段跟踪角速度大、背景复杂的情况,根据小波多分辨率技术,提出利用小波分层组成低频图像金字塔,利用光流技术进行匹配解算,实现由粗到精的特征点匹配跟踪。通过对飞行试验视频图像进行事后自动跟踪试验,结果表明,该算法能够稳定可靠跟踪多特征点目标,具有鲁棒性。     

飞船返回舱跨声速全局稳定性研究

根据国内外在飞船返咽舱这类短钝飞行器的亚、跨声速风洞试验中都发现了极限环振动形态这一问题,利用全局稳定性分析和数字仿真方法,研究了返回舱在跨声速和高亚声带飞行时的动稳定性,得到与风洞试验类似的结果,即返回舱处于极限环振动形态。因此,在返回舱再入亚、跨声这飞行段,为保证飞行安全,采用有效和可靠的姿态控制系统来控制和减缓动不稳定影响是必需的。     

基于HLA的航天飞行任务联合仿真系统设计

简要说明了HLA的基本特点,描述了一个已经实现的航天测控仿真系统,并将其结构思想与HLA进行了对照。在此基础上,提出了一个依据HLA标准,对航天员座舱仿真、火箭和飞船仿真、测控网仿真等进行集成的航天飞行任务联合仿真系统框架,分析了各个仿真联邦成员的功能需求和信息接口,并着重介绍了针对任务要求的时间管理、数据通信等关键RTI机制的设计和实现方法,以及参照FEDEP模型和借助商业成品软件工具的系统开发策略。     

基于非线性动态逆的SRLV再入段控制律设计

基于非线性动态逆理论,设计了亚轨道可重复使用运载器(SRLV)的再入控制律.首先,分析了SRLV再入段的数学模型,并给出了反作用推力控制系统(RCS)的控制模型;其次,将非线性动态逆方法与时标分离原则相结合,考虑飞行器姿态控制系统的外环角回路的慢变特性和内环角速度回路的快变特性,独立设计了两个回路的控制律;最后,为了增强系统的鲁棒性,分别在两个回路中引入了比例-积分反馈,有效地抑制了干扰力、力矩和非线性对消带来的逆误差.仿真结果表明,设计的控制律对SRLV再入段具有很好的控制效果.     

飞行力学与飞行试验

阐述了新形势下飞行力学专业所面临的任务,强调了飞行力学与飞行试验密不可分的关系,分析了现阶段飞行力学,飞行试验研究中存在的问题,并提出了飞行力学专业近期急需研究的课题;最后,论述了《飞行力学》杂志在飞行力学与飞行试验研究中所起的作用和当前的工作方针。     

数据监控和分析技术在直升机试飞中的应用

科研试飞中进行振动、载荷数据的实时监控、现场处理和分析,对于保障新研直升机的安全有着非常重要的作用。本文主要介绍了振动、载荷数据监控、处理和分析技术在直升机科研试飞中的应用,包括数据处理、分析的方法和整个流程。     

多项式拟合法在飞机试飞中的应用研究

主要研究了多项式拟合法在飞机颤振试飞数据处理中的应用技术,讨论了在数据预处理中应用指数窗对抑制噪声、提高数据处理结果精度的影响,最后提出了科学合理的数据处理方法,从而大大提高了试飞结果的准确性。     

微波空间定位系统及在飞行试验中的应用

介绍“微波空间定位系统”及其在飞行试验中的应用，该系统达到的定位和测速精度与电影经纬仪相近，比雷达高，便携式的ＫＤＣＣ系统，体积小，重量轻，使用维护简单，是一种具有高经济效益的飞机航迹测量系统。该系统可用于飞机性能，操稳和系统试飞的测试，也可推广用于某些制导武器的弹道测试。已成功地在飞机的飞行试验中应用。该系统的研制成功，将为提高校准精度，降低试飞成本提供一种有效的手段。     

航空发动机试飞关键参数趋势监控的实现及应用

为了实现航空发动机滑油压力、滑油温度、振动值在试飞中的趋势监控,采用神经网络方法对某型发动机大量试飞数据进行训练和验证,获得了这几个参数全过程较为准确的计算模型。计算模型应用于该型号另1台发动机参数趋势监控中,在应用前,利用有限架次试飞数据修正了这几个参数的计算模型,采用动态链接库形式实现计算模型与原有实时监控系统的协同工作,进行了模型计算结果和试飞结果趋势实时对比监控。结果表明:模型计算结果和试飞结果变化趋势吻合良好,说明了神经网络计算模型的准确性以及在关键参数趋势监控中的工程实用性。