陆基超远程无线电导航发展研究

定位导航和授时(PNT)系统是保障现代社会正常运转必不可少的基础设施,为了提供可靠的PNT信息服务,需要研发不依赖于卫星导航的PNT系统。介绍了国内外陆基超远程导航系统的发展情况,提出了发展基于甚低频无线电信号的陆基超远程无线电系统架构、关键技术及发展建议,陆基超远程导航系统可以在卫星导航不可用时提供备份,对于构建冗余可靠的国家PNT体系、保障PNT信息的安全及可靠性具有重要意义。     

一种新型多普勒噪声抑制技术对BepiColombo任务无线电科学实验的性能提升

在欧洲空间局和日本宇宙开发机构联合开展的BepiColombo水星任务中,将开展水星轨道器无线电科学实验,包括估计水星的引力场及其旋转状态,并对广义相对论进行验证。目前地面系统和星上设备的主流配置可以在无线电科学实验中建立X/X、X/Ka和Ka/Ka多个频段的链路,测速精度可达3 um/s（1 000 s积分）,测距精度为20 cm。提出了基于时延机械噪声对消技术提高无线电科学实验性能的方案。时延机械噪声对消技术需要处理在两个测站不同时刻的测量数据,一个测站实施双向多普勒测距,对另一个单收测站的要求较为严格,该测站需要具有较好的对流层条件。这种方法能够显著降低Ka频段双向链路的主要测量噪声,包括由对流层和天线机械系统震动引起的噪声。我们给出了端到端的仿真性能,并估计了在使用时延机械噪声对消技术前提下的水星引力场和旋转状态。考虑使用NASA位于美国本土戈尔德斯敦的DSS-25天线或欧空局位于阿根廷马拉圭的DSA-3天线作为双程测量站,并考虑使用位于智力的APEX天文观测天线作为单收站。分析结果表明在最好的噪声条件下,使用DSA-3天线作为双程测量站时,时延机械噪声对消技术可将待估计的全局和局部参数的估计精度提升一倍。对于无线电科学实验的目标,这一可能的性能提升对行星地质物理学很有意义,它将有益于研究水星内部的结构。     

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。     

光帆航天器发展现状及“突破摄星”计划关键技术

光帆航天器可以借助太阳光,也可以从地基或空基能量站发出激光对其加速,与传统的化学推进相比,光帆推进技术可以使航天器获得较大的加速度,从而进行较远空间目的地的探测活动。文章对国外光帆航天器的发展现状及主要技术指标进行了调研,重点介绍了"突破摄星"计划(Breakthrough Starshot)概况,并对其重要系统组成及计划工程实施过程进行了详细分析。最后对"突破摄星"计划中可能涉及到的关键技术进行了梳理,包括地面大型激光阵列技术、芯片星器件集成技术、光帆轻质材料技术、光帆姿态控制技术以及深空激光通信技术。以上研究内容可为我国发展光帆航天器技术提供参考。     

高精度高动态星模拟器研究

给出了高精度高动态星模拟器系统组成和总体结构, 提出一种基于亚像素显示技术提高动态星模拟器星点位置显示精度从而减小星点几何中心与能量中心位置偏差的新方法. 针对动态星模拟器高动态性要求, 提出一种快速精确检索全天球导航星的新方法, 将已知SAO (Smithsonian Astrophysical Observatory) 星表进行分区, 计算当前姿态四元数并分析航天器视轴所在区域, 对于距离视轴较远区域停止搜索和匹配, 很大程度上缩小了导航星搜索范围, 进而缩短了全天球恒星遍历所需时间. 软件测试结果表明, 此快速检索法可使全天球导航星的选取速度提高近10倍.      

ROPP反演软件算法及其精度分析

介绍了ROPP反演软件中无线电掩星反演的算法与精度分析. 采用COSMIC卫星2008年1 月1日全天的附加相位数据, 反演得到折射率、温度、压强与湿度等参数, 并与CDAAC 相应结果进行对比. 实验结果表明, 在30km高度以下, 折射率、压强和湿度的相对 误差在2%以内, 温度误差不超过2K.      

组合卫星导航系统的快速选星方法

分析了选星数目与几何精度因子(GDOP, Geometry Dilution of Precision)及导航运算量的关系,基于遗传算法提出了一种以满足用户定位精度需求为条件的快速选星方法——快速遗传选星法.根据用户需求确定选星数目初值、选星数目最大值和GDOP阈值,构造选星方案的初始种群,在进化代数上限为1的条件下对种群进行选择、交叉和变异运算,获得初始选星解,根据初始解的GDOP与阈值的关系确定是否依据GDOP最小原则对初始解进行优化,直至满足算法终止条件,输出选星解.仿真结果表明,该算法可以在一次进化之内以不低于92.45%的概率满足GDOP阈值在2.5~6的要求,同时可有效降低54.75%以上的导航运算量.      

多视场星敏感器结构参数标定方法

提出一种基于星间角距不变原理的多视场(FOV)星敏感器结构参数标定方法.这种方法以欧拉角表征多视场星敏感器各个子视场之间的旋转关系,利用识别得到的各个视场星点的坐标信息和赤经赤纬信息,计算出多对星光矢量来建立标定模型和目标函数,然后使用L-M算法优化目标函数并解算出各个子视场之间的结构参数.此方法不需要外部姿态测量仪器辅助,可用于在轨和地面标定.在全天球随机抽取多个姿态生成多视场的仿真星图用于标定,并采用星内角统计偏差作为结构参数标定精度的评价指标.这种方法能够准确求解多视场星敏感器的结构参数.星内角统计偏差的平均值在星点位置噪声标准差为0.1像素的仿真试验中为1.3",在外场观星的实际试验中为6.4".      

一种星间设备系统偏差的标定方法

针对Ka波段测距体制中星间测距设备系统偏差标定困难从而影响自主导航精度的问题,提出用星地无线电双向时间比对的方法标定星间设备系统偏差。通过两条星地双向链路并在这两颗卫星间建立一条星间双向链路进行标定。结果表明：该方法能够标定星间设备系统偏差,其RMS优于1ns,从而起到提高星间时间同步精度的目的。