利用星敏感器的卫星姿态确定的信息滤波

针对利用星敏感器矢量测量的卫星姿态滤波的问题给出了一种矢量测量的信息滤波器。分析结果表明该滤波器可以统一的形式处理单矢量测量和多矢量测量的结果,简化了计算机程序,并且相对于经典的卡尔曼滤波器简化了计算量。仿真研究的结果验证了该滤波器应用于卫星姿态确定的可行性。     

星敏感器专用图像采集板的研制

研制星敏感器专用图像采集板是提高星敏感器精度的重要手段之一。文章介绍了星敏感器专用图像采集板的结构和基本原理。针对ＰｈｉｌｉＰＳ公司的ＣＣＤ芯片,探讨了有关与ＣＣＤ像元－一对应的图像采集方法及独具特色的电路设计。     

三轴稳定卫星的星敏感器对地定姿精度分析

给出利用星敏感器进行惯性姿态和对地姿态确定的流程,重点分析了惯性姿态向对地姿态转换过程中的误差传播关系,给出了相应的误差传播矩阵和误差传播影响因子。仿真表明,由于坐标转换时引入轨道参数误差,误差传播影响因子一般在1~2之间,因而使得对地定姿精度较惯性定姿精度稍低。     

考虑结构完整性和装填分数的星形药柱形状优化

在固体火箭发动机药柱设计过程中,装填分数较大的药柱结构完整性很难满足要求。利用PCL对商用有限元软件MSC Patran/Marc进行二次开发,建立星形药柱发动机的二维参数化有限元模型。在此基础上,采用遗传算法对星形药柱进行了形状优化,以结构完整性最优为优化目标,以装填分数为约束条件,得到了Von mises应变最小且面积装填分数不小于0.85的药柱形状。所提出的方法可方便地应用于各种固体火箭发动机装药设计。     

真空下星敏感器地面校准设备观察窗形变及光路分析

观察窗设计是星敏感器地面校准设备高低温真空罐设计中的一项关键技术。观察窗设计的好坏将直接影响地面校准设备的校准精度。由于观察窗受到内外压差时会发生挤压变形,光线通过变形窗时发生偏移,同时观察窗内外介质密度的不同也会引起光线的偏差,最终星敏感器所接受的光线不是原本的入射光线,导致光线校准出现偏差。针对上述问题本文通过应用ANSYS和MATLAB给出一种有效的计算方法,该方法既可以计算出观察窗的形变量,同时在形变的基础上计算出光线传输的改变量,为后续的地面校准提供补偿参数。     

基于UKF和信息融合的航天器自主导航方法

X射线脉冲星导航利用X射线辐射脉冲到达时间 (Time of Arrival, TOA)作为信息输入,星敏感器导航利用星光角距等作为信息输入,是两种不同机理的天文导航方法。提出一种将脉冲星TOA和星敏感器星光角距测量结合的信息融合天文自主导航方法,设计了一种利用激光光量子模拟脉冲星X射线辐射光子的半物理仿真系统用于算法验证,并基于无迹卡尔曼滤波(Unscented Kalman Filter, UKF)使用真轨道参数做了仿真试验。结果表明,基于UKF的信息融合方法比基于EKF（Extended Kalman Filter）的信息融合方法性能更好,与仅使用脉冲星或星敏感器的导航方法相比,能将位置估计精度分别提高52.7%和43.6%,速度估计精度分别提高82.2%和70.5%。     

Improvement of the GRACE star camera data based on the revision of the combination method

The new release of the sensor and instrument data (Level-1B release 02) of the Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) had a substantial impact on the improvement of the overall accuracy of the gravity field models. This has implied that improvements on the sensor data level can still significantly contribute to arriving closer to the GRACE baseline accuracy. The recent analysis of the GRACE star camera data (SCA1B RL02) revealed their unexpectedly higher noise. As the star camera (SCA) data are essential for the processing of the K-band ranging data and the accelerometer data, thorough investigation of the data set was needed. We fully reexamined the SCA data processing from Level-1A to Level-1B with focus on the combination method of the data delivered by the two SCA heads. In the first step, we produced and compared our own combined attitude solution by applying two different combination methods on the SCA Level-1A data. The first method introduces the information about the anisotropic accuracy of the star camera measurement in terms of a weighing matrix. This method was applied in the official processing as well. The alternative method merges only the well determined SCA boresight directions. This method was implemented on the GRACE SCA data for the first time. Both methods were expected to provide optimal solution characteristic by the full accuracy about all three axes, which was confirmed. In the second step, we analyzed the differences between the official SCA1B RL02 data generated by the Jet Propulsion Laboratory (JPL) and our solution. SCA1B RL02 contains systematically higher noise of about a factor 3–4. The data analysis revealed that the reason is the incorrect implementation of algorithms in the JPL processing routines. After correct implementation of the combination method, significant improvement within the whole spectrum was achieved. Based on these results, the official reprocessing of the SCA data is suggested, as the SCA attitude data are one of the key observations needed for the gravity field recovery.     

一种采用双视场星敏感器的飞行器姿态角快速、高精度测量方法

针对姿态经常机动的飞行器之间建立激光通信问题,研究了一种针对这种飞行器的姿态角高精度、快速测量新方法.这种姿态角测量方法采用一种由宽、窄两种视场组成的双视场星敏感器,并以0轨道飞行器应用为例进行了姿态角测量仿真:其中的宽视场用于识别北极星,窄视场用于跟踪北极星;通过对北极星方向矢量测量值与其理论值进行比较精确求出了偏航、俯仰和滚动三个姿态角.分析表明,姿态角的角分辨率小于1″;测量过程不需要耗时的星图数据库搜索,一帧图像就可以完成一次快速测量.     

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.     

一体化小型星敏感器

星敏感器是当前广泛应用于航天器姿态确定的高精度光学敏感器。小型化、低功耗、高实时性是现阶段星敏感器发展的共同特点。本文介绍了一种由我所研制的一体化小型星敏感器 ,包括主要技术指标、工作原理和系统组成等