Use of two-line element data for thermosphere neutral density model calibration

Traditional empirical thermospheric density models are widely used in orbit determination and prediction of low-Earth satellites. Unfortunately, these models often exhibit large density errors of up to around 30% RMS. Density errors translate into orbit errors, adversely affecting applications such as re-entry operations, manoeuvre planning, collision avoidance and precise orbit determination for geodetic missions. The extensive database of two-line element (TLE) orbit data contains a wealth of information on satellite drag, at a sufficiently high spatial and temporal resolution to allow a calibration of existing neutral density models with a latency of one to two days. In our calibration software, new TLE data for selected objects is converted to satellite drag data on a daily basis. The resulting drag data is then used in a daily adjustment of density model calibration parameters, which modify the output of an existing empirical density model with the aim of increasing its accuracy. Two different calibration schemes have been tested using TLE data for about 50 objects during the year 2000. The schemes involve either height-dependent scale factors to the density or corrections to CIRA-72 model temperatures, which affect the density output based on a physical model. Both schemes have been applied with different spherical harmonic expansions of the parameters in latitude and local solar time. Five TLE objects, varying in perigee altitude between 280 and 530 km, were deliberately not used during calibration, in order to provide independent validation. Even with a single daily parameter, the RMS density model error along their tracks can already be reduced from the 30% to the 15% level. Adding additional parameters results in RMS errors lower than 12%.     

可变直径轮月球探测车运动学建模与分析

针对月球探测的特殊要求,设计了具有滚动扭转转向特性的四轮直径可变月球探测车.通过对可变直径轮的原理进行分析,推导出车轮等效半径的公式.根据该月球探测车的结构特点,以闭链坐标变换和瞬时重合坐标法为基本工具,推导了四轮可变直径轮月球车基于三维地形环境的正、逆运动学模型,分析了相关的运动学特征,提出了运动学逆解的理论解法和实用解法.实用解法有效地降低了计算量.并提出了用车轮等效半径调整探测车辆俯仰角度的方法,提高了月球车的稳定性和通过性能.该研究结果为四轮月球探测车的结构分析与运动控制提供了有力的基础.      

液体火箭发动机地面试车实时故障检测参数的选取

合理有效的参数选择是液体火箭发动机地面试车实时故障检测系统的一个核心而基础的研究问题.本文首先进行了检测系统采集参数的需求分析;之后将液体火箭发动机测量参数作为方案层,各测量参数对发动机故障的敏感性、参数稳定性和参数相关性等作为准则层,测量参数对实时故障检测的有效性作为目标层,建立了液体火箭发动机参数选择层次结构模型;最后利用模糊层次分析法确定了某型LRE地面试车的实时故障检测参数.通过历史试车数据对参数选择的效果分析表明:所确定的检测参数能够全面表征LRE的运行状态,具有较强的故障表征能力和故障敏感性.从而,为科学合理的选择发动机地面试车实时故障检测参数提供了根据,解决了一直以来依靠定性方法确定发动机检测参数的问题.     

基于预测滤波器的GPS姿态估计

采用预测滤波器,利用全球定位系统的双差相位观测量实现载体姿态估计。该方法对初值的选取具有鲁棒性,可以在天线和可见星较少的情况下快速收敛到姿态精确解。仿真结果显示,该方法的姿态估计结果可以与基于非线性最小二乘的姿态估计结果相比拟,且受初值的影响小;采用双差相位测量比采用单差相位测量可以得到更佳的姿态估计效果;当使用三基线的天线阵时,在飞行机动较大的情况下采用近似正交布局的天线结构可以更好地估计姿态。     

敏捷导弹气动力/侧向推力复合控制特性分析研究

讨论了敏捷导弹的气动力与姿控发动机侧向推力复合控制.提出将控制系统分成控制律和复合逻辑两部分进行设计的方法,对敏捷导弹进行复合控制,并通过具体的仿真实例比较了在纯气动控制以及姿控发动机在连续和脉冲形式下的控制效果.最后分析了姿控发动机到拦截器质心的距离对控制效果的影响.      

舱外机动装置控制技术的实时仿真研究

舱外载人机动装置的姿态控制为非线性时变,并且带有不确定参数的系统控制问题,传统的控制理论难以处理该问题.为了验证自适应控制方法对该问题的处理以及该方法在工程上的实用性,因此在dSPACE平台上建立了半物理仿真系统,该系统真实模拟了现实环境并且仿真出真实可靠的结果,从而验证了自适应控制方法对于控制舱外机动装置具有良好的控制特性.      

一种双星定姿方法的误差分析

对一种双星定姿方法的误差进行了理论分析。该定姿方法用一个星敏 感器先后观测两颗导航星,并且对每颗导航星进行多次观测,以提高定姿精度。 本文对平台失调角估计误差的统计特性进行了分析,推导出了平台失调角估计 误差方差的表达式,给出了平台失调角估计误差与两颗导航星星矢量夹角β以 及观星次数N之间的关系,该结论对于工程实践中对β和N的选择具有指导意 义。     

卫星单圈单弧段观测数据误差估计

通过建立准确的被观测目标的动力学模型,构造出了基于精密轨道确定与预报的卫星单圈单弧段观测数据误差的辨识与剔除方法,有效克服了基于多项式拟合方法存在的以误差辨误差的缺陷。     

多敏感器信息融合技术在卫星姿态确定中的应用

针对惯性陀螺、星敏感器和红外地平仪组成的卫星姿态确定系统,基于联邦卡尔曼滤波技术和多敏感器信息融合技术,提出了二级分散滤波方案,该方案能够实现系统的故障诊断与系统重构,提高系统的可靠性,最后通过仿真解算出高精度的姿态测量信息。     

单框架控制力矩陀螺群的奇异几何分析

使用几何方法对单框架控制力矩陀螺群（包括转子恒速的CSCMG和转子变速的VSCMG）的奇异性进行了分析。通过绘制CSCMG的奇异角动量超曲面,并标识隐奇异和显奇异在该曲面上对应的点,直观地表述了CSCMG的可操纵空间,得出星体三轴角动量可交换的具体范围。比较奇异角动量超曲面图,可以看出金字塔构型在角动量饱和包络面内部存在显奇异,而五棱锥构型的显奇异十分接近饱和包络面。文中分析了金字塔和五棱锥两种构型的CSCMG可能的退化隐奇异点,并给出了退化隐奇异点在奇异角动量超曲面上的具体位置及其高斯曲率特性。对集成的能量和姿态一体化控制系统（IPACS）可能出现的无法操纵的情况进行了补充分析,给出了使用VSCMG的IPACS不会出现操纵奇异的构型设计的充分条件。给出在某一瞬时能量下,VSCMG转子角速率范围有限制时的角动量包络图,从中得到CSCMG与VSCMG角动量体的变化和联系。