Precision analysis of autonomous orbit determination using star sensor for Beidou MEO satellite

This paper focuses on the autonomous orbit determination accuracy of Beidou MEO satellite using the onboard observations of the star sensors and infrared horizon sensor. A polynomial fitting method is proposed to calibrate the periodic error in the observation of the infrared horizon sensor, which will greatly influence the accuracy of autonomous orbit determination. Test results show that the periodic error can be eliminated using the polynomial fitting method. The User Range Error (URE) of Beidou MEO satellite is less than 2?km using the observations of the star sensors and infrared horizon sensor for autonomous orbit determination. The error of the Right Ascension of Ascending Node (RAAN) is less than 60?$\mathrm{\mu }\text{rad}$ and the observations of star sensors can be used as a spatial basis for Beidou MEO navigation constellation.     

真空低温环境用高精度CCD摄影测量系统

文章介绍了一套高精度CCD摄影测量系统,该系统是专门为在真空低温环境下的摄影测量而研制的,主要应用于卫星天线在模拟真空低温环境下的冷热变形测量试验。在试验过程中当卫星天线处于不同温度时,采用此系统对卫星天线表面进行高精度实时拍摄,将拍摄得到的数字图像传输给专门的图像处理软件分析,就能够得到卫星天线表面的变形数据。该系统的设计思想还可以扩展到其他小型设备在真空低温环境或其他特殊环境下的应用中。     

耦合位置误差的机载惯性/星光组合算法研究

针对星敏测量输出的是惯性系下姿态信息,无法直接应用于实际的机载地理系下姿态组合导航,提出了地理系下耦合位置误差的机载惯性/星光组合滤波算法。该算法分析了
惯性姿态到地理系姿态之间的相互转换关系,在建立的地理系下姿态线性化量测方程基础上,通过引入导航位置误差转换矩阵,建立了星敏测量的惯性姿态到惯性导航计算输出的地理系姿态之间的耦合误差模型;同时针对姿态观测时高度通道不可观的特点,增加了气压高度输出为系统的观测量;实现了基于星敏测量的惯性系下姿态对地理系下惯性导航误差的直接修正。姿态耦合误差仿真结果表明该组合导航算法设计成功可行,为星敏在机载环境下的组合导航应用提供了新的思路。
     

用于粒子分离器的砂粒反弹特性实验研究

针对砂粒反弹特性所面临的基础问题及其复杂特点,采用实验与理论分析的方法研究砂粒反弹机理。以砂粒与板面碰撞反弹为起点,自行设计了测量砂粒反弹系数的实验系统,并用高速摄影仪捕捉砂粒的运动轨迹,通过图像处理获得不同粒径的砂粒与不同材料的板面碰撞前后的速度矢量。以实验测量数据为基础,理论分析砂粒运动特性,总结砂粒反弹系数与入射角度之间的关系,建立不同材料的砂粒反弹系数的拟合公式,为进一步提高粒子分离器的分离效率提供研究基础与理论支撑。     

大气环境监测卫星双偏振仪器校飞验证

同一卫星观测平台上的不同偏振遥感器,可通过数据融合获取更高质量的探测结果。基于该设想,搭建了由高精度偏振扫描仪(POSP)和同时偏振相机(SIPC)构成的同平台偏振仪器航空验证系统,并完成了飞行实验。文章系统阐述了其系统构成、数据预处理、视场匹配和交叉定标方法,评估并展示了部分航空验证结果。结果表明:POSP和SIPC视场匹配误差约为0.12个POSP像元;通过偏振交叉定标、均匀陆地地表这2个仪器辐亮度偏差为2.54%,偏振度偏差为0.013,验证了双偏振仪器探测数据的有效性和交叉定标的可行性。为星载偏振交火探测系统设计、数据预处理、偏振交叉定标方法和在轨应用评价等提供了依据和支持。     

Precession–nutation correction for star tracker attitude measurement of STECE satellite

Space Technology Experiment and Climate Exploration(STECE) is a small satellite mission of China for space technology experiment and climate exploration. A new test star tracker and one ASTRO 10 star tracker have been loaded on the STECE satellite to test the new star tracker's measurement performance. However,there is no autonomous precession–nutation correction function for the test star tracker,which causes an apparent periodic deflection in the inter-boresight angle between the two star trackers with respect to each other of up to ±500 arcsec,so the precession and nutation effect needs to be considered while assessing the test star tracker. This paper researches on the precession–nutation correction for the test star tracker's attitude measurement and presents a precession–nutation correction method based on attitude quaternion data. The periodic deflection of the inter-boresight angle between the two star trackers has been greatly eliminated after the precession and nutation of the test star tracker's attitude data have been corrected by the proposed method and the validity of the proposed algorithm has been demonstrated. The in-flight accuracy of the test star tracker has been assessed like attitude noise and low-frequency errors after the precession–nutation correction.     

基于航空照相枪的数字暗盒设计

航空照相枪是一种安装在歼击机上的小型电影摄影机。传统照相枪主要存在判读环境受限制、判读准确度低、工作可靠性差、效率低等问题。设计了由百万像素CMOS图像传感器、大容量闪存FLASH和CPLD为主要部件组成的数字暗盒。使用基于CPLD状态机设计技术,4片闪存分时存储数据,实现无缓存无压缩实时存储,可以有效地提高判读效率、准确度问题,并使计算机自动判读成为可能。     

光谱连续可调星敏感器地面标定系统设计

为解决由于色温不匹配对星敏感器光信号定标精度产生的影响,提出一种光谱连续可调星敏感器地面标定系统设计方案.该高精度准直光学系统的光谱范围为500~800nm,像质测试结果表明,全视场畸变小于0.08%,MTF在60lp·mm^-1处大于0.6.基于DMD光源系统的组成和工作原理,对光谱分辨率和光谱曲线模拟精度进行分析,设计了一套光谱分辨率全谱段优于2nm的Czerny-Turner分光系统.测试结果表明,星点位置精度优于7";光谱分辨率为10nm和20nm时光谱曲线模拟精度分别优于2%和5%,有效降低了由于色温不匹配对星敏感器标定精度的影响.

     

星敏感器与地平仪组合定姿建模与仿真

根据用星敏感器和地平仪组合的姿态确定算法建立的星敏感器和地平仪测量模型,以及采用的记忆衰减最小二秉滤渡的定姿估计模型,基于RT-LAB实时仿真平台和MATLAB/Simulink数字仿真平台进行了仿真.结果表明:星敏感器和地平仪组合定姿精度较高;用RT-LAB平台进行实时仿真具有方便、高效、精确和开放等优点.     

长航时环境下高精度组合导航方法研究与仿真

研究了一种利用捷联惯导、星敏感器和北斗接收机进行长航时高精度组合导航的方法.对捷联惯导系统误差、星敏感器安装误差、北斗定位误差分别进行建模,将星敏感器输出的载体姿态角、北斗接收机输出的载体位置与捷联惯导输出的对应参数分别相减作为量测,推导获得组合导航量测方程.针对长航时环境下可能面临量测噪声统计特性的不确定问题,采用简化的Sage-Husa自适应滤波算法进行组合导航滤波设计.仿真结果表明,该组合导航方法的定位精度达到±11.86m,定姿精度达到±0.27′,并且对量测噪声统计特性的突变具有较强的鲁棒性.