火星探测接近段的光学自主导航研究

目前光学自主导航技术已成为深空探测计划中的重点研究对象. 已有研究, 多侧重于光学自主导航技术在深空探测巡航段或是对小行星探测接近段中的应用, 而关于大行星探测接近段光学自主导航技术的研究比较少. 结合中国即将开展的火星探测计划, 研究了探测器在火星探测接近段中利用火星进行光学自主导航的整个过程, 提出了适用于接近段的动力学模型、光学观测模型及自主导航滤波算法. 通过对自主导航系统的可观测性分析, 证明了仅利用火星光学信息进行自主导航的可行性. 仿真计算结果表明, 在接近段, 整个光学自主导航的持续时间约为40h. 在自主导航的最后5h内, 滤波结果稳定, 探测器的总体位置误差在40km以内, 速度误差在0.25m·s-1以内. 计算结果的精度满足实际任务需求, 对中国火星探测计划具有直接的参考价值.      

地球静止轨道遥感卫星相机太阳规避设计

地球静止轨道成像式遥感卫星的光学成像相机在轨工作期间需要避免阳光的照射,针对现有滚动轴姿态机动算法存在规避开始时初始角速度过大的问题,提出一种改进的滚动轴机动太阳规避算法。该算法在规避开始与结束时,设计一定的规避角度余量,将建立机动初始状态的过程由达到规避角度的瞬间延伸到角度余量区间中,延长建立初始状态的时间,减小初始角速度。系统数学仿真和测试验证证明该算法简单可靠,在开始规避时,初始角速度由0.2（°）/s减小到0.014（°）/s,整个规避过程平稳,具有良好的工程应用价值。     

角度/直线编码器实时数据采集方法的研究

高准确度的角度/直线编码器广泛应用于角度或位移测试计量。在惯导测试设备的伺服控制中,为提高角位置准确度和重复性、改善角速率准确度和稳定性,高准确度的编码器和具有高倍频细分功能的数据采集卡普遍用于角度定位和速率伺服控制。以一款多功能倍频细分计数卡（IK220）为例,研究实时操作系统下的数据采集方法,该方法在精密伺服控制中使用良好、作用显著。     

Goddard Robotic Telescope – Optical follow-up of GRBs and coordinated observations of AGNs

Since it is not possible to predict when a Gamma-Ray Burst (GRB) will occur or when Active Galactic Nucleus (AGN) flaring activity starts, follow-up/monitoring ground telescopes must be located as uniformly as possible all over the world in order to collect data simultaneously with Fermi and Swift detections. However, there is a distinct gap in follow-up coverage of telescopes in the eastern U.S. region based on the operations of Swift. Motivated by this fact, we have constructed a 14″ fully automated optical robotic telescope, Goddard Robotic Telescope (GRT), at the Goddard Geophysical and Astronomical Observatory. The aims of our robotic telescope are (1) to follow-up Swift/Fermi GRBs and (2) to perform the coordinated optical observations of Fermi Large Area Telescope (LAT) AGN. Our telescope system consists of off-the-shelf hardware. With the focal reducer, we are able to match the field of view of Swift narrow instruments (20′ × 20′). We started scientific observations in mid-November 2008 and GRT has been fully remotely operated since August 2009. The 3σ upper limit in a 30 s exposure in the R filter is ∼15.4 mag; however, we can reach to ∼18 mag in a 600 s exposures. Due to the weather condition at the telescope site, our observing efficiency is 30–40% on average.     

基于惯性/偏振光/光流的六足步行机器人自主导航方法研究

针对惯性/卫星组合导航系统易受干扰或自主性不足等问题，引入偏振光传感器和光流传感器，分别建立航向角和速度量测方程，以辅助惯性导航系统，提出了一种基于惯性/偏振光/光流的自主导航方法。同时，为实现惯性传感器、偏振光传感器和光流传感器等多传感器的融合，设计了无迹Kalman滤波器。为验证该方法的有效性，以六足步行机器人为对象开展仿真和实验验证。结果表明，在没有卫星信号源的情况下，仅依靠机器人自身感知，可实现较高精度的机器人位姿估计，实现了不依赖于卫星导航信号的自主导航，提升了导航系统的自主性。     

一种提高光纤旋转系统导航精度的扰动基座对准技术

光纤旋转系统的安装误差、标度因数误差等误差参数会随着时间而改变,而惯性器件误差是导航过程中误差的主要来源,因此在系统自对准的同时对关键误差参数进行标定能够提高系统的导航性能。为了在不显著增加光纤旋转系统准备时间的条件下,结合光纤旋转系统特点,提高旋转系统的导航精度,将对光纤旋转系统扰动基座下的自对准技术进行研究。提出了一种优化改进的旋转路径和自标定自对准流程,并对旋转路径进行了可观度分析,在该旋转路径下采用了Kalman滤波算法对陀螺的安装误差、陀螺标度因数误差、加表零偏进行估计并补偿。仿真与系统试验结果表明,采用该方案后,系统速度误差有明显降低。     

基于主动后缘小翼控制的旋翼厚度噪声试验

基于声压相消原理,提出了一种基于主动后缘小翼控制的旋翼厚度噪声降噪方法。基于Ffowcs Williams-Hawkings(FW-H)方法给出了后缘小翼主动控制条件下旋翼气动噪声的计算公式;进行了试验总体方案设计,在全消声室开展了噪声主动抑制的开环试验(扫频、扫相和扫幅),并与数值计算结果进行了对比,验证了计算方法及试验的有效性;分析了后缘小翼偏转参数(幅度、频率、初始相位)对旋翼厚度噪声降噪的影响规律;分析了观测距离对厚度噪声降噪的影响。试验结果表明:不同频率的偏转规律均有一个最优的初始控制相位,合适的偏转规律相位能有效降低桨盘平面内观测点的厚度噪声2～3 dB。     

探月飞行器软着陆光学自主导航的特征图形匹配方法研究

对基于特征图形匹配的月面精确着陆光学导航方法进行了研究, 包括图像特征点提取、特征图形构建以及特征图形匹配. 利用特征点间相对距离不变的特性, 确立特征点的连通规则, 解决存在平移、旋转和放缩等情况下的图形匹配问题. 利用多幅月面真实图片对算法进行仿真测试, 仿真结果验证了其有效性. 以所提出的特征图形匹配方法为基础, 设计仿真算例对导航方法进行验证, 结果表明, 基于特征图形匹配的光学导航方法可实时确定飞行器的位置和速度信息且精度较高, 是适用于探月飞行器精确着陆导航的有效途径.      

从图像处理的观点出发来看光学遥感器的成像质量

图像处理作为成像链路重要的一部分,充分利用地面去噪声和解卷积的作用,可以一定程度上提高成像质量。文章从不考虑、被动考虑以及主动考虑图像处理3个方面来对光学遥感器的成像质量进行了一些探讨。     

100kHz~1MHz频率范围水听器灵敏度激光法校准及其验证

激光法校准水听器灵敏度是一种绝对校准方法,本文介绍了激光法水声声压校准装置的校准原理及主要系统构成,采用激光法对TC4034和BK8103水听器的灵敏度在100kHz~1MHz频率范围进行了校准实验研究,分析了激光法校准装置的测量不确定度,校准结果与三换能器互易法对校准结果进行了对比。结果表明两种校准方法的结果总体上是一致的,校准结果偏差小于两套装置的合成不确定度。本文对导致二者之间偏差的原因进行了分析。