月球立方星姿态控制系统的初步设计与测试

立方星是一种模块化的微小卫星,在科学探测与专业人才培养等方面具有重要意义。针对目前立方星任务逐渐从近地轨道向深空扩展的发展趋势,以立方星月球深空任务为背景,利用商业器件设计并实现了初步的立方星姿态控制系统,以及姿态控制系统所必需的结构、电源、计算机等立方星子系统,同时给出了姿态测试平台的设计方案及其硬件实现。在所搭建硬件平台上,通过测量飞轮控制器的阻尼系数,对控制模型进行参数辨识与标定,获得了与数值仿真一致的实物测试结果。针对姿态控制系统设计了PD控制律,并在控制实验中实现了至任意姿态角的机动控制。     

一种应用于实时深空干涉测量的电离层时延修正方法

针对"嫦娥4号"中继星任务S频段信标信号的高精度实时干涉测量需求,结合深空测控干涉测量系统采用的稀疏标校工作模式,研究验证了一种面向测控模式实时干涉测量的电离层时延修正方法。首先分析了电磁波经电离层传播的延迟机理及特性;基于深空站历史观测数据,通过自相关函数分析验证了天顶向TEC的周日特性;在此基础上,结合深空干涉测量中心数据处理设备软件系统,讨论了电离层时延修正方法;通过任务期间的实测数据处理分析,验证了所提方法可以将实时测量精度提升1～3 ns,对低仰角跟踪弧段,该技术方法优势更为明显。该方法为后续深入推进深空测控干涉测量系统在任务中的实时应用提供了技术储备。     

多等级区域侦察弹性星座设计方法

针对传统侦察星座目标单一、弹性低的问题，提出了多等级区域侦察弹性星座的设计方法。该方法将星座设计过程按区域等级信息分为多个子星座逐步设计，直到整体星座对所有的区域性能满足设计要求。以区域被划分为3个等级为例，首先对星座设计需求、设计指标及设计步骤进行了分析。其次推导了地面最低分辨率和轨道高度的关系并确定了不同子星座的轨道高度。最后考虑轨道倾角、一箭多星发射、光照和升交点漂移同步约束，构建基础星座、子星座1和子星座2的优化模型。最终设计星座为3层混合星座，共8个轨道面和70颗卫星，星座对各等级区域的最大重访时间分别为10937s，12241s和17437s，弹性指数为2213%，2420%和6361%。结果表明该方法设计的星座可实现对区域覆盖和弹性分级的设计要求，证明了方法的有效性。对比Walker星座设计方法，在同等设计要求下，Walker星座所需卫星数为156颗，多等级区域侦察弹性星座所需卫星数远低于Walker星座，结果进一步证明了该星座设计方法的优越性。     

应用改进多种群遗传算法的多星成像目标规划方法

针对目前多星成像目标规划求解算法容易陷入局部最优解,且对于大区域目标及规划时间周期较长时不能尽快规划出较优的成像方案问题,提出一种改进多种群遗传算法的多星成像目标规划方法。以成像规划方案周期最短、覆盖率最大为目标函数建立模型;利用改进的多种群遗传算法对模型进行求解,采用移民算子种群在多种群之间关联及更新种群,保留每代进化中的最优成像方案。利用多星对区域目标成像验证了所提出的方法,结果表明:此方法能够较好地用于模型的建立及求解,有效地规划出目标函数较优的成像方案。     

自适应光学技术补偿镜面温度及自重变形研究

论述了在星载高分辨率相机上采用自适应光学技术的必要性;介绍了应用自适应光学技术补偿镜面温度及自重变形的实验原理,进行了计算机模拟计算,并与实验结果进行比较。实验用一块平面反射镜作为缩比模型,应用６１单元自适应光学系统对其进行了闭环校正实验,分析了泽尼克多项式所对应的像差的校正效果。     

一种卫星对地观测需求分析方法

针对卫星对地观测任务需求分析方法研究的复杂性和迫切需要,文章通过把文本化的卫星观测需求编码成数值向量的形式,提出需求之间的相似度度量方法。进而基于无监督学习的相关理论和算法,给出向量化表示的需求聚类算法。同时为了能在二维平面直观展示分析高维需求数据,在引入需求之间距离计算方法的基础上介绍了高维数据的降维算法,并且通过测试数据验证了算法的有效性和可行性。通过把繁杂的需求信息转换成高维空间向量,能大大降低分析人员对领域专业知识的依赖,提升需求分析的效率和科学性。     

两星一地时差定位方法性能分析

针对同轨多星定位系统以及高低轨联合定位系统需要卫星数量多的特点,设想地面站和卫星联合定位体制。考虑到时差定位体制对卫星运动不敏感的特征,提出一星三地和两星一地2种定位体制,从定位场景、定位原理、理论定位误差和误差分布4个方面对定位效能分析。重点论述了两星一地时差定位误差的地理分布、时间分布以及受高度的影响,对将来的工程化应用提供支撑。     

一种基于虚拟星敏感器的卫星姿态确定方法

对于配置多个星敏感器的卫星,采用常规的定常增益卡尔曼滤波方法进行姿态确定时,存在滤波定常增益矩阵众多、系统复杂的问题,为了简化滤波系统设计,统一定常增益矩阵,提出一种基于虚拟星敏感器的姿态确定方法.给出一种计算量小、适合星载计算机在轨实时计算的星敏感器时间滞后补偿及相对基准标定算法,将星敏感器的输出数据统一到当前星时,同时将星敏感器的测量基准统一.基于单星敏/双星敏的输出数据构造虚拟星敏感器(安装矩阵为单位阵)的输出数据,设计统一的定常增益矩阵进行姿态确定.仿真结果表明,本方法与常规的定常增益卡尔曼滤波方法姿态确定精度相当,从而验证该方法有效,且具有重要的工程应用价值.     

星敏感器姿态测量相对基准偏差在轨标校方法研究

摘要： 对航天器星敏感间姿态测量基准偏差在轨标校及性能评估问题进行研究.建立包含敏感器安装误差与测量误差的星敏感器模型,针对两种不同形式的安装误差模型,推导出相应的观测方程,基于卡尔曼滤波方法设计相对基准偏差估计器,并比较分析两种估计器实际应用特点.然后针对在轨实际应用,给出一种基于敏感器光轴夹角的标校性能评估方法,通过数学仿真验证星敏感器相对基准偏差的标校的有效性,并基于在轨数据的标校应用获取相对基准偏差在轨特性.     

环月轨道一体式星敏感器热设计及仿真验证

文章提出了一种适用于环月轨道条件下的一体式星敏感器的复合热设计方案。一体式星敏感器自身热耗集中,在环月轨道条件下受太阳辐射和月球红外辐射共同影响,散热条件恶劣。利用热管、热控涂层、多层和电加热器等热控措施相结合的方法,解决了环月轨道条件下的一体式星敏感器的散热问题。通过仿真分析,星敏感器最高温度36.7℃,满足单机温度要求。