A six-degree-of-freedom hardware-in-the-loop simulator for small spacecraft

This paper presents a novel six degree of freedom, ground-based experimental testbed, designed for testing new guidance, navigation, and control algorithms for the relative motion of nano-satellites. The development of innovative guidance, navigation and control methodologies is a necessary step in the advance of autonomous spacecraft. The testbed allows for testing these algorithms in a one-g laboratory environment. The system stands out among the existing experimental platforms because all degrees of freedom of motion are controlled via real thrusters, as it would occur on orbit, with no use of simulated dynamics and servo actuators. The hardware and software components of the testbed are detailed in the paper, as is the motion tracking system used to perform its navigation. A Lyapunov-based strategy for closed loop control is used in hardware-in-the loop experiments to successfully demonstrate the full six-degree-of-freedom system׳s capabilities. In particular, the test case shows a two-phase regulation experiment, commanding both position and attitude to reach specified final state vectors.     

采用连续旋转检偏器的天空偏振光探测装置设计与实现

为了实现对运动目标与天空散射光的偏振分布模式进行快速、有效的探测,根据连续旋转检偏器光强度透射的数学模型,利用光电传感器的积分特性,设计并构建了采用连续旋转检偏器的偏振成像探测装置。测试结果表明,该装置对偏振光的角度的测量精度优于0.069°（3σ）,偏振度的测量精度优于0.12%（3σ）。一幅偏振图像的探测时间达到0.7s。在偏振度低于4%的情况下,仍可以探测到有规律的偏振分布模式,其抵抗恶劣天气的性能优于现有的偏振导航探测装置。     

国外自主交会测量敏感器技术发展趋势

基于空间任务的高可靠性要求,在传统传感器通过技术改进等方式提升性能的同时,新型探测传感器逐渐进入人们的视野。结合国外自主交会任务,通过介绍自主交会敏感器的发展历程,分析了未来交会对接敏感器的发展方向。     

基于北斗的机载终端完好性算法仿真研究

国内外关于接收机自主完好性算法的理论研究已经成熟,但缺乏依据北斗实测数据的算法性能分析。根据北斗Ⅱ代卫星导航系统14颗星的星座状态及其公开的服务性能,结合民航非精密进近的应用需求,对机载端嵌入自主完好性算法进行仿真研究。首先通过理论仿真,分析了亚太区之内算法的可用性。其次,利用NovAtel接收机实测的北斗数据,设定不同的场景和故障类型,对算法故障检测和识别的性能进行了研究分析。通过仿真,北斗系统在亚太区之内的平均可见星个数大于7颗,平均水平保护限值小于500m,能够满足算法的要求。另通过实测研究,算法可以有效地检测并识别出异常的伪距误差（即故障卫星）。结果表明：接收机自主完好性算法适用于当前北斗Ⅱ代卫星导航系统,能够为民用航空非精密进近提供具备完好性保证的服务。     

长期贮存平台惯导系统壳体效应变化行为模型

长期贮存条件下平台惯导系统壳体效应具有与使用状态不同的漂移特性,其漂移规律与各性能参数退化及其相互耦合特性相关,在工程应用中往往难以分析贮存条件下壳体效应稳定性水平和合理配置标定维护资源。本文通过全面分析伺服电路零位和框架轴上干扰力矩引起壳体效应漂移的原理及其漂移表达式,在此基础上深入挖掘了表达式中漂移参数的变化特性,综合给出了伺服电路零位和框架轴上干扰力矩引起壳体效应漂移的变化行为模型,并结合实际贮存环境剖面对其进行了长期漂移特性、加速特性和稳定性分析,分析表明在现有贮存条件下,伺服电路零位和框架轴上干扰力矩引起的壳体效应在X、Y和Z轴的长期漂移特性相近,与实际使用状态的响应特性不同,且无加速特性,具有较好的稳定性水平,从而为合理安排标定维护资源提供了依据。      

多基线组合求解深空航天器载波相位模糊方法

针对深空航天器高精度定位需求,提出多基线组合求解载波相位模糊方法,获得比群时延更精确的相时延,极大地提高无线电干涉测量精度。首先建立多基线组合求解载波相位模糊的数学模型,推导该方法对长短基线组合的约束条件。然后利用美国甚长基线阵(VLBA)对本文方法进行仿真校验,结果表明航天器定位精度可以达到纳弧度量级。最后结合我国已有干涉测量网,分析在我国未来深空探测任务中采用多基线组合测量载波相时延的可行性,给出满足方法约束的站址选择建议,可为我国深空导航无线电干涉测量技术的发展和深空测控网的完善提供参考。     

惯导/测距/测速相结合的安全软着陆自主导航方法

针对地外天体软着陆中惯导误差随时间增大,无法提供准确的高度和三维速度信息的问题,提出了一种惯导、测距和测速相结合的安全软着陆导航方法。该方法以惯导为基础,利用测距仪修正惯导的高度信息,利用测速敏感器修正惯导的速度信息。详细介绍了惯性导航的基本原理及测距、测速组合修正的策略,对软着陆过程的动力学模型、敏感器测量模型、滤波方程、地形对修正的影响,以及组合使用的策略和算法等问题进行了论述。数学仿真结果表明惯导、测距和测速相结合的方法能够满足安全软着陆的需要。     

航星座自主运行平行系统的轨道计算方法

构建一个能够与实际卫星导航系统长期保持时空一致的平行系统,可为导航星座自主运行提供一个监视与评估平台。针对建设该平行系统所需的高逼真轨道计算问题,引入平行系统理论的思想,在分析历史精密轨道的基础上,提出高精度轨道计算与预报方法。该方法以不断更新的精密轨道作为输入,利用PID增量式算法或时变加权法进行数据平滑,使得轨道计算结果始终与实际系统保持高度一致性。试验结果表明,该方法可使卫星轨道计算的结果与实际卫星轨道长期保持在分米量级。     

一种用于深空导航定位的新型DOR信标

甚长基线干涉测量(VLBI)是深空探测器导航定位的重要手段之一,深空探测器的VLBI观测通常采用差分单程测距(DOR)信标和双差单程测距(Delta-DOR)测量体制,精确地测量深空探测器相对于河外射电源的角距.相位杂散是影响Delta-DOR测量精度的主要误差源之一,针对这项误差研究了一种基于伪随机噪声调制方式的新型...     

Optical/radio/pulsars integrated navigation for Mars orbiter

In this paper, we address the issue of the integrated navigation algorithm with different combination of measurements for Mars orbiter. First, system dynamic model and navigation measurement models using optical measurement information, radio measurement information and X-ray pulsars measurement information are respectively established. Second, optical/radio/pulsars integrated navigation algorithm is proposed, and observability analysis of the integrated navigation system is also conducted. Third, adaptive extended Kalman filter is adopted to fuse measurement information and suppress measurement and process noise to optimally estimate the state of Mars orbiter. Monte Carlo simulation results show that optical/radio/pulsars integrated navigation can effectively improve the navigation accuracy and satisfy the navigation requirements of Mars orbiter.