星光/惯性组合制导方案与位置误差分析

根据捷联星光制导双星方案和星光/惯性组合制导基本原理,提出了一种以惯性导航为主、星光制导为辅的导弹组合导航方法。建立了组合导航位置误差计算模型。对星光惯性组合制导精度的分析表明,该法提高了对星光导航测量信息的利用度,改善了导航精度。     

基于无旋转原点的参考系转换方法及其计算

基于引入无旋转原点可以克服春分点的固有缺陷的特性,在分析GCRS (Geocentric Celestial Reference System,地心天球参考系)与ITRS(International Terrestrial Reference System,国际地球参考系)之间基于无旋转原点的转换过程基础上,计算了IERS(International Earth Rotation and reference systems Service,国际地球自转与参考系服务)1996、2003、2010等规范所推荐的3组转换参数的具体数值及其差异,并以太阳系10个天体为例进行了参考系转换计算.结果表明:IERS 2003、2010规范中推荐的2组转换参数间的差异较小,对坐标转换的影响在0.5 mas以内;IERS 1996规范中推荐的转换参数与另外2组转换参数间的差异较大,对坐标转换的影响在2.5 mas以内.基于无旋转原点转换和基于春分点的岁差章动转换2种方法间的差异对坐标转换的影响,在IERS 2003、2010规范中不超过5 μas,而在IERS 1996规范中由于未考虑框架偏差的影响导致差异较大.     

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。     

有无涵道动力下的类BWB低速布局气动特性研究

随着航空飞行器的不断发展,新型非常规气动布局研究早已成为世界航空大国的关注焦点。基于TRIP 3.0软件平台通过等效盘模型应用到涵道风扇内外流一体化模拟中,完成对类BWB低速布局有无涵道风扇动力下的气动特性和流场影响分析。首先,对某单独螺旋桨验证算例进行分析;然后,对单独涵道风扇进行计算,得到设计推力下的涵道动力叶片数、安装角及转速等参数;最后,将设计推力下涵道动力参数应用到类BWB低速布局全机有无动力模拟中。结果表明:计算拉力和扭矩值与试验值吻合较好;尾部布置的涵道动力对机身后段及尾翼压力分布影响显著;涵道对前方气流抽吸作用,加速机身后段上表面气流流速,减小内侧平尾有效迎角,对机身和平尾升力以及俯仰力矩系数影响较大;在小迎角状态下,涵道动力对机身增升作用明显,会产生明显低头力矩,但对平尾作用正好相反,且两者增量大小相当,使得全机增升效果不显著,且俯仰力矩变化较小。     

X射线脉冲星绝对定位法研究

研究和分析了脉冲星定位方法中的绝对定位法。通过一系列的公式和图表详细分析了定位算法的理论依据,同时还对整周模糊度问题的解算进行了研究。最后,利用MATLAB建立了一个简单模型,对定位算法进行仿真。结果表明定位准确度与星载原子钟准确度、脉冲星相位模型准确度以及相位观测误差有直接联系。     

基于UPF的航天器自主天文导航方法

利用红外地球敏感器和星敏感器直接敏感地平的天文导航方法是一种成熟、可靠的自主导航方法。这种导航方法的状态方程和量测方程都是严重非线性的,且在建立航天器轨道动力学模型时,通常将二阶带谐摄动项建模,而将其他摄动项等效为高斯白噪声,由于这些摄动项都有其精确的模型,通常不服从高斯分布。本文提出将UPF(Unscented Particle Filter)滤波方法应用于航天器自主天文导航,该方法用UKF(Unscented Kalman Filter)得到粒子滤波的重要性采样密度函数,从而克服了标准的粒子滤波没有考虑最新量测信息和UKF只能应用于噪声为高斯分布的不足。仿真结果表明,该方法可以取得比标准的粒子滤波和UKF更快的滤波收敛性和更高的滤波精度。     

上面级天文导航恒星视位置计算方法研究

恒星视位置计算是上面级天文导航星库建立的基础。首先,在国际天文联合协会(IAU)工具箱的基础上,介绍了恒星视位置计算中的各个数学模型,并设计了视位置计算的算法;然后,对某些特定星表进行处理,获得相应恒星的标准星历信息,对这些恒星采用本文的视位置算法进行视位置计算;最后,将计算结果与专业的天文软件及中国天文年历进行比较,来验证本文视位置算法的精度。计算结果表明:本文提出的视位置算法具有较高的精度(0.03″级别),满足上面级天文导航的要求。另外,本文通过对视位置误差的分析,给出了各种误差因素对视位置计算精度的影响。     

基于天文角度观测的机载惯性/天文组合滤波算法研究

针对采用天文/惯性位置组合时对导航选星有特殊要求,提出了基于天文角度观测信息的机载惯性/天文组合滤波方案及算法.对基于天文角度观测的INS/CNS组合导航系统的原理进行了充分阐述,分析并建立了基于单星或多星观测条件下的组合导航系统线性化量测方程,并针对角度观测时高度通道不可观的特点,增加了气压高度输出为系统的观测量,并在此基础上设计了组合滤波器算法.最后进行了组合导航系统仿真,并通过协方差分析的方法对比分析了单星和双星观测条件下的滤波性能.仿真结果表明,即使是在单星观测条件下,组合导航系统也能获得较好的定位精度;若观测星数增多,则可以大大提高系统性能,表明该组合导航系统设计方案是成功可行的.     

The flyby anomaly: A case for strong gravitomagnetism?

In the last two decades an anomalous variation in the asymptotic velocity of spacecraft performing a flyby manoeuvre around Earth has been discovered through careful Doppler tracking and orbital analysis. No viable hypothesis for a conventional explanation of this effect has been proposed and its origin remains unexplained. In this paper we discuss a strong transversal component of the gravitomagnetic field as a possible source of the flyby anomaly. We show that the perturbations induced by such a field could fit the anomalies both in sign and order of magnitude. But, although the secular contributions to the Gravity Probe B experimental results and the Lense–Thirring effect in geodynamics satellites can be made null, the detailed orbital evolution is easily in conflict with such an enhanced gravitomagnetic effect.     

Aero-optical effects simulation technique for starlight transmission in boundary layer under high-speed conditions

Aero-optical effects for starlight transmission in the high-speed flow field will reduce the accuracy of the star sensor on an aircraft. Numerical simulations for aero-optical effects usually require plenty of calculations, which cause difficulties when designing a celestial navigation system for a high-speed aircraft. In this study, an Aero-Optical Simulator For Starlight Transmission (AOSST) in the boundary layer is developed. It effectively reduces the computational burden compared to that of the widely used CFD simulation, and it achieves satisfactory accuracy. In this simulator, gas ellipsoids satisfying certain design rules are used to simulate coherent density structures in boundary layers. Design rules for the gas ellipsoids are found from published experimental and high-fidelity CFD simulation results. The generated wavefront distortion by AOSST is anchored with the scale law for aero-optical distortion in the boundary layer by determining some control parameters, which enables the simulator to output reliable results over a wide range of flight states. Four numerical examples are provided to verify the performance of AOSST. The results demonstrate that AOSST is able to simulate the directional dependence of aero-optical distortions in boundary layers, the variation trend of distorted wavefront shapes with Reynolds number, and the grayscale distribution on the disturbed star map.