卫星自主导航——现状与历史

最近5—10年中,地球轨道卫星的自主操作已愈来愈受到人们的关注。星上计算系统的进展促进了这种设想的某些方面付诸实施。本文着重论述自主的一个方面——卫星导航。在卫星设计中实现这种功能就意味着星上能够实时测定航天器的位置和速度。自主导航就其本意而言,应不靠外部信号源而独立进行孚航;然而,这种严格定义可以有兼些变化,这样可能更现实。本文介绍了卫星导航的概念,着重阐述了该项技术发展过程中所做的一些重要工作。此外还讨论了通过各种飞行方案已经或正在研究的多种并存设计方案,并给出了各自的性能。对各种全自主导航系统进行了估价。全自主导航系统的定位精度为几公里,而采用部分自主导航的 GPS 系统却可达到几十米或更高的导航精度。还讨论了战略防御创新计划(SDI)这样的计划,被认为是需要未来自主导航的推动力,依此规划了一些能在近期内推进自主导航的研究活动。贯穿整个介绍和阐述,我们从公开文狱中引了一些参考文献,可供有志于深入研究和了解这一重要领域内前人所作贡献的人参考。     

振荡式小型氢脉泽的特性

本文对CHYMNS-Ⅰ型和CHYMNS-Ⅱ振荡式小型氢脉泽和它们的稳定度性能作了说明。两种脉泽的工作原理完全相同,但体积和重量相差很大。它们可以采用小型化腔体结构。由稳定性数据能够判断,当脉泽体积减小时,性能有所下降。CHYMNS-Ⅰ型的腔体尺寸是15厘米(外径)×15厘米(长),τ=100秒时,测出的根值阿仑方差σ_y(τ)=6.6×10~(-14)。CHYMNS-Ⅱ型的体积较小,相应的数据是11厘米(外径)×15厘米(长),τ=100秒时,σ_y(τ)=1.3×10~(-13)。从使用观点看,优先考虑的是它的长期稳定性。两个小型脉泽直接比对测出的数据是:τ=10~5秒时,σ_y(τ)=4×10~(-15)。这一测试结果说明,用电子的方法稳定腔体,对克服环境扰动的影响是卓有成效的,从而保证脉泽的频率输出长期稳定。     

用雷达观测值进行非线性估算

本文探讨了雷达测量模型方程的非线性,并研究了这些非线性对滤波和平滑精度的影响。我们导出了一种简单的算法,用这种算法,可以有效地减小非线性所产生的影响。该方法以如下的次序处理雷达观测值:方位、俯仰、距离。用方位残差估算俯仰残差,然后用方位和俯仰的综合结果估算距离残差。用这种算法所得的估算精度与推广卡尔曼滤波法(EKF)的估算精度相比较,可证明前者优于后者。而且,采用这种算法时,其计算复杂度并不超过推广卡尔曼滤波法的计算复杂度。     

欧洲极轨平台上的中分辨率成像光谱仪

本文描述了中分辨率成像光谱仪(MERIS)的设计。该仪器已被选为计划于1997年发射的欧洲极轨平台上的一个核心仪器。其光谱覆盖范围为400nm到1050nm,覆盖区宽度为1500km,光谱分辨率为1.5nm,空间分辨率为260m。此仪器主要用于海洋、陆地和大气方面的研究。     

IBM3081处理机系统的研制和工艺问题

3081处理机系统由3081处理机和处理机的控制器、电源及冷却等支持设备组成。3081处理机(完全采用LSI技术)采用一种由两个中央处理机组成的双元结构,每一个中央处理机的机器周期都是26毫微秒,以相当于IBM3033两倍的速率执行370系统指令。本文扼要地介绍IBM3081所用工艺和设计方法的先进之处,及其系统设计方面的改进。要把LSI技术应用到3O81处理机(有80万个逻辑电路)的设计上就需要发展硅器件的组装、互连和冷却技术。3081的一项重要成就是成功地采用了热传导组件(TCM)。这种组件最多含4万5千个逻辑电路,冷却能力高达300瓦,还可省掉整整一个组装级——插件板。为了达到高可靠性和可维修性的目标,需要采取错误检测和故障隔离新方法。在系统的组装和结构上的创新,以及用软件及硬件模型进行广泛的系统设计检验,提高了该系统的性能。     

用全球定位系统对近地卫星进行高精度定轨

业已证明近地卫星在地球动力学和海洋学研究方面是非常有用的。但是,一项重要限制是卫星轨道状态的确定精度。一般通过处理由地面跟踪网所获得的无线电跟踪数据进行卫星定轨。使用这种地面无线电技术,目前所能达到的定轨精度为米级。对于地球动力学应用和完成海洋学的研究,必须将大地水准面测定到1m以下。本文研究一种应用GPS的定轨技术,采用新的测量方法和数据处理方法可改善定轨精度。我们利用干涉测量的方法来完成用户卫星的高精度定位。巧妙布置少量地面站,使任何一对地面站和用户星总能看见4颗以上的GPS卫星组成的星座。接着本文介绍了使用无线电干涉测量值定轨的误差分析结果,结果表明通过事后数据处理,用这种技术,卫星位置精度可达到所需要的分米级。给出的结果还表明无线电干涉测量对更精确的地球卫星轨道确定也是很有价值的。     

TAOS卫星GPS接收机验收

洛克韦尔国际公司研制了一种体积小、重量轻、适用于低轨道航天器的GPS接收机。这项计划由国防预研规划局(DARPA)发起,空军菲利普斯实验室监督。这种接收机的首次验收测试飞行已于1992年12月20日完成。这种接收机将安装在计划于1993年初发射的“自主操作强生存技术(TAOS)”卫星上。 这种接收机有六个通道,可连续跟踪四颗主用的GPS卫星,第五和第六通道可捕获跟踪其它健康的可见卫星。它可以完成伪距、连续载波、距离变化量的测量;用八态扩展卡尔曼滤波器估算带时标的用户的三维位置和速度。洛克韦尔公司的这种接收机重8磅,使用28伏直流电源,功耗12瓦。本文将介绍该接收机的设计和验收测试,并给出利用“多通道星戴GPS仿真评估系统”(SEVS)得到的性能测试结果。该仿真和评估系统产生六颗GPS卫星的L_1和L_2频段的射频信号,模拟低轨道航天器的信号环境。     

用接触元模型分析有接缝混凝土道面的动力反应

该文系统介绍了一种用来分析多种接缝混凝土道面对运动的飞机荷载动力反应的有限元算法。在有限元理想化模式中，道面结构系统被理想化为置于文克勒型粘弹性基础之上的薄板有限单元，文克勒型粘弹性基础用一组分布弹簧和粘壶表示，横缝处的传力杆用平面桁架单元表示，传力杆－道面相互作用通过道面和传力杆之间的接触单元实现，企口缝或假缝定为纵缝，用垂直的弹簧单元表示。分析过程中还考虑到了飞机与道面间的相互动力作用，用弹簧     

2000年的数据存储器——数据存储技术发展趋势

据预测,2000年个人计算机处理速度将达100MIPS,半导体RAM容量将达1Gbyte,系统对于数据存储装置容量的要求将超过10Gbyte,数据率为100Mbyte/s,本文研究了为满足上述要求,磁盘及磁光盘需取得的进展,提出了两种假想系统配置。一种可能配置是使用每轴8片3.5英寸盘的磁盘驱动器。另一途径是使用磁光盘驱动器,由于其面密度更高,仅需1片3.5英寸盘即可满足容量要求。但要达到数据率要求和可同磁盘系统相比拟的存取时间,尚需有某些技术突破。如果没有这些突破,并假定磁盘能取得预期的进展,则磁光盘估计会提供今天的软盘所具有的某些功能——在系统之间传送程序和数据库,以及经济的脱机存储。