Angles-only relative orbit determination in low earth orbit

The paper provides an overview of the angles-only relative orbit determination activities conducted to support the Autonomous Vision Approach Navigation and Target Identification (AVANTI) experiment. This in-orbit endeavor was carried out by the German Space Operations Center (DLR/GSOC) in autumn 2016 to demonstrate the capability to perform spaceborne autonomous close-proximity operations using solely line-of-sight measurements. The images collected onboard have been reprocessed by an independent on-ground facility for precise relative orbit determination, which served as ultimate instance to monitor the formation safety and to characterize the onboard navigation and control performances. During two months, several rendezvous have been executed, generating a valuable collection of images taken at distances ranging from 50?km to only 50?m. Despite challenging experimental conditions characterized by a poor visibility and strong orbit perturbations, angles-only relative positioning products could be continuously derived throughout the whole experiment timeline, promising accuracy at the meter level during the close approaches. The results presented in the paper are complemented with former angles-only experience gained with the PRISMA satellites to better highlight the specificities induced by different orbits and satellite designs.     

交会对接寻的段水平双脉冲交会轨道精确求解

基于考虑摄动影响的精确轨道动力学模型,对交会对接寻的段水平双脉冲交会轨道的精确求解方法进行了研究。提出了将控制脉冲的俯仰角近似转化为控制时刻的轨道幅角,从而调整脉冲控制时刻以消除径向速度增量的方法,精确求解首末水平双脉冲的启控时刻;引入导引终点位置偏差的比例控制方法,精确求解水平双脉冲的精确控制量。仿真结果表明,2轮整体迭代可获得首末水平脉冲控制时刻和控制量的精确值,脉冲水平特性达到俯仰角小于1°,导引终点相对位置精度达到10m,验证了该方法的正确性。     

变长竿式制导问题数学模型

制导问题数学模型对研究交会及拦截问题都具有重要意义，本文提出一种变长竿式制导问题数学模型，此模型视线被当作一条变和旋转竿，通过研究其旋转，长度变化来研究制导系统性能，比常用模型含有更多关于制导问题性能的信息。用它释放了比例导引律下小视线距视线角速率失稳原因，提出了制导系统视线全值域角速率稳定以提高制导精度的设计方法，讨论了比例导引能否实现预测栏截问题等。     

无人机空中加油自主会合制导律研究

典型的自主会合制导律主要包括基于在线估计的制导律和无需在线估计的制导律两大类,其中在线估计具有计算量大,实现复杂的缺点。提出了一种无需在线估计的制导律,在此基础上,文章进行了改善,一是借鉴导弹中的带落角约束的比例导引律,实现了一种同时满足航向和纵向自主会合要求的制导律形式,简化了制导律设计;二是引入了相对距离反馈与速度反馈进行相对距离控制,避免了速度控制指令设计的复杂化和开环控制鲁棒性差的缺点。最后,通过一个仿真例子证明了这种制导律方案原理可行,具有一定的工程应用价值。     

Predicting performance in manually controlled rendezvous and docking through spatial abilities

Manually controlled rendezvous and docking (manual RVD) is a challenging space task for astronauts. This study aims to identify spatial abilities that are critical for accomplishing manual RVD. Based on task analysis, spatial abilities were deduced to be critical for accomplishing manual RVD. 15 Male participants performed manual RVD task simulations and spatial ability tests (the object-manipulation spatial ability and spatial orientation ability). Participants’ performance in the test of visualization of viewpoints (which measures the spatial orientation ability) was found to be significantly correlated with their manual RVD performance, indicating that the spatial orientation ability in the sense of perspective taking is particularly important for accomplishing manual RVD.     

空间交会中脉冲变轨燃料消耗研究

导出了空间交会中多脉冲变轨的一般算法。在此基础上,重点研究了双脉冲变轨的燃料消耗情况,提出了双脉冲变轨条件下的“不可达点”及其附近的“高耗能区域”,并给出了相应的物理解释。最后对多脉冲变轨与双脉冲变轨进行了比较。     

首次交会对接任务发射场加注安全保障改进

载人航天器加注是航天器研制过程中安全风险最高、危险作业工序最多的环节,必须采取严密的安全防护措施,确保万无一失.通过实践探索积累经验,全面周密的设计论证,对原有加注硬件条件进行改造,工作流程进行优化,从而大幅提高本质安全度,并在首次交会对接任务中加以应用和验证,取得了良好的效果,圆满完成了“天宫一号”、“神舟八号”发射...     

航天器自主交会对接的高精度目标定位方法

根据航天器自主式交会对接的实际应用背景和技术需求,针对交会对接过程中所要求的高精度、实时性和强抗扰的技术指标,在合作目标特性分析的基础上,将高斯曲面拟合与双线性插值相结合,提出了一种高精度的合作目标定位方法。首先根据目标图像的灰度分布进行双线性插值和高斯曲面拟合,在此过程中可同时利用目标原有像素和插值点的亚像素信息,使拟合曲面各幅值点的坐标精度达到亚像素级,以确定目标的中心位置。仿真图像和实拍图像的试验结果表明,此定位方法具有亚像素级的定位精度,其总体定位误差可达到1/20个像素左右,并能满足实时性要求,可以在航天器交会对接与空间遥操作等方面的应用中发挥重要作用。     

同波束干涉测量差分相时延观测模型研究及验证

针对月球轨道交会对接地面高精度引导需求,对同波束干涉测量差分相延观测模型进行分析验证。根据甚长基线干涉测量几何时延观测量同一波前的定义,推导出同波束差分时延观测量的观测模型。并提出一种精确的同波束干涉测量差分相时延闭合算法,同时结合SELENE任务实测的数据计算差分相时延闭合值,用于对观测模型进行验证。实测数据计算结果表明,采用本文提出的精确算法显著地消除同一波前差分相时延闭合值中的趋势项,差分相时延闭合值的精度在0.5ps~1ps范围内,验证了观测模型的正确性。该研究对于后续的月球交会对接地面高精度测定轨任务分析设计将具有一定的参考价值。     

面向绕月交会对接的同波束VLBI研究

针对"嫦娥5号"(CE-5)探测器间高精度相对测量需求,设计了我国深空干涉测量处理中心框架下的同波束VLBI处理算法,分析了X波段同波束VLBI相位解模糊条件和结果;通过引入群时延辅助的相位干涉技术,大幅抑制了干涉时延随机误差,为同波束VLBI中相位解模糊提供了先验条件;利用CE-5对接实测数据验证了本文工作的有效性,为CE-5任务同波束VLBI的实施奠定了基础。