Digital signal processing and numerical analysis for radar in geophysical applications

Numerical solutions for signal processing are described in this work as a contribution to study of echo detection methods for ionospheric sounder design. The ionospheric sounder is a high frequency radar for geophysical applications. The main detection approach has been done by implementing the spread-spectrum techniques using coding methods to improve the radar’s range resolution by transmitting low power. Digital signal processing has been performed and the numerical methods were checked. An algorithm was proposed and its computational complexity was calculated.     

测量时刻偏差对单星定轨误差的影响分析

为评估测量时刻偏差对单星定轨等效测量误差的影响,根据单星定轨处理策略分析了其理论模型,指出测站接收机的测量时刻偏差由测站时钟钟差以及测量时刻不准确度等组成。试验数据分析表明,测站钟差经一阶多项式拟合后的残差可近似为零均值的测量噪声;数值仿真结果表明,卫星信号发射时刻1ms误差导致GEO、IGSO、MEO三种卫星的等效测距误差分别为006cm、40cm、80cm。     

Geostationary orbit determination using SATRE

A new strategy of precise orbit determination (POD) for GEO (Geostationary Earth Orbit) satellite using SATRE (SAtellite Time and Ranging Equipment) is presented. Two observation modes are proposed and different channels of the same instruments are used to construct different observation modes, one mode receiving time signals from their own station and the other mode receiving time signals from each other for two stations called pairs of combined observations. Using data from such a tracking network in China, the results for both modes are compared. The precise orbit determination for the Sino-1 satellite using the data from 6 June 2005 to 13 June 2005 has been carried out in this work. The RMS (Root-Mean-Square) of observing residuals for 3-day solutions with the former mode is better than 9.1 cm. The RMS of observing residuals for 3-day solutions with the latter mode is better than 4.8 cm, much better than the former mode. Orbital overlapping (3-day orbit solution with 1-day orbit overlap) tests show that the RMS of the orbit difference for the former mode is 0.16 m in the radial direction, 0.53 m in the along-track direction, 0.97 m in the cross-track direction and 1.12 m in the 3-dimension position and the RMS of the orbit difference for the latter mode is 0.36 m in the radial direction, 0.89 m in the along-track direction, 1.18 m in the cross-track direction and 1.52 m in the 3-dimension position, almost the same as the former mode. All the experiments indicate that a meter-level accuracy of orbit determination for geostationary satellite is achievable.     

太阳帆航天器行星际轨道转移优化算法

研究基于遗传算法的太阳帆行星际转移轨道的全局优化问题.通过极小值原理推导了太阳帆全局优化控制律,并以太阳帆飞行时间最短为优化目标函数,运用遗传算法对发射时间、到达时间和协态变量初值进行参数优化设计.为了解决轨道转移这一多约束优化问题,在遗传算法中加入动态罚函数.在此理论基础上作了从地球同步轨道出发到火星同步轨道转移和从地球出发与火星交会两个算例,仿真结果表明了该方法在太阳帆转移轨道全局优化中的有效性.     

提高零控脱靶量预测精度的一种方法

对于大气层外拦截问题中以零控脱靶量(ZEM-zero effort miss)作为指标的预测制导方法,其ZEM的预测精度直接影响到最终的拦截任务.在线性化平方反比引力模型下,给出了基于目标轨道坐标系的ZEM预测算法,导出ZEM发生条件,并提出一种提高ZEM预测精度的方法,即通过初值轨道角速率的选取可明显改善算法的预测精度.同时将该算法与地心赤道惯性坐标系下的ZEM预测算法进行了比较研究,数学仿真结果表明该预测算法精度较高,具有一定的工程应用价值.     

电离辐照诱发面阵电荷耦合器暗信号增大试验

针对电荷耦合器件(CCD)在空间轨道环境中应用时易受到辐射损伤的影响,对面阵CCD的电离辐照损伤效应问题进行了试验研究.首先,通过开展面阵CCD60 Co γ射线电离辐照效应试验,在暗场条件下测试了面阵CCD辐照后输出信号随积分时间的变化,并拟合计算出暗信号斜率.然后,对比分析了不同偏置条件下辐照后暗信号退化的试验规律;分析了不同偏置条件下辐照后暗信号的退火恢复情况;分析了不同积分时间、不同总剂量下的暗信号不均匀性的变化规律.最后,阐述了电离辐照损伤诱发面阵CCD暗信号增大的物理机制.结果表明:面阵CCD对电离辐照损伤很敏感,在进行航天器成像系统设计时,要充分考虑CCD受电离辐照损伤带来的影响.     

近距离星间相对姿轨耦合动力学建模与控制

针对在轨服务过程中近距离星间相对位置以及相对姿态精确控制的问题,考虑相对姿态与相对轨道之间的耦合作用,建立星间相对姿轨耦合动力学模型.提出编队星相对基准星进行接近绕飞的任务需求,给出相对姿态以及相对轨道的期望状态.设计相对姿态轨道联合控制算法对相对姿态和轨道进行联合控制.仿真结果表明,所设计的控制算法能够很好地抑制相对姿态与相对轨道的相互影响作用,最终实现编队星对基准星的精确指向绕飞运动.     

杂化聚酰亚胺的制备及其耐原子氧剥蚀性能

低地球轨道环境中的原子氧会剥蚀航天器表面材料,影响其性能和寿命,因此在使用时需要选用合适的手段来进行原子氧防护。采用溶胶-凝胶法,利用正硅酸乙酯在树脂体系中的水解-缩合反应,在基体中原位生成无机相而获得杂化聚酰亚胺。在原子氧效应地面模拟设备中,对杂化聚酰亚胺试样开展了性能评估试验,总结了试验前后试样的质量、表面形貌和表面成分的变化特点,并分析了材料耐剥蚀性能与正硅酸乙酯添加量的关系、杂化材料的耐剥蚀机理。结果表明,杂化聚酰亚胺的耐原子氧性能优于原树脂,其原子氧试验质量损失仅为原树脂的31。6% ~14。8%。分析认为,溶胶-凝胶过程中在树脂基体中生成的有机含硅结构和无机SiO₂,以及原子氧作用下杂化材料表面生成的SiO₂保护层,是杂化材料耐原子氧剥蚀性能提高的原因。     

基于驻留时间比的近地空间碎片环境建模

为分析近地空间碎片的分布规律,提出了一种以碎片在空间网格内驻留时间为基础的碎片环境统计建模方法.该方法利用多项式拟合和求根方法统计碎片在空间网格内的停留时间,获取模型基础数据,并据此采用多项式预测、插值和时间序列分析等技术,综合分析空间碎片的分布与演化规律.给出了一个基于双行根数(TLE,Two Line Elements)数据的建模实例,该实例通过了ORDEM2000模型的对比验证,并获得了一些更精细的近地空间碎片环境特征.所得建模方法和分析结论可为长期运行的近地航天器轨道设计、碰撞风险评估及防护等提供技术支撑.     

航天器相对导航与控制技术的典型任务

在空间交会对接、在轨服务、近距离目标监视以及航天器编队飞行任务中,通常需要通过相对导航与控制技术对相互邻近的航天器进行控制.回顾了该领域典型的空间任务,特别关注任务、相对导航与控制方法、相对测量设备、推进系统等主要特征,并总结了该项技术的发展趋势.