一种适用于天基GEO目标监视的相关性分析方法

以地同步轨道目标作为天基监视系统监视对象,提了一种适用于该监视系统两超短弧段相关性分析方法.首先了天基可见光传感器连续两轨道周期均能观测同一地同步轨道目标必要条件,确定了搜索栅栏参数选取原则.然后了地同步轨道目标超短弧段相关性分析主要处理步骤及两种相关性判定方法,并分析了影响判定方法门限值选取项因素.最后对该方法适用性进行了仿真验证.仿真结果表明,通过适当选取搜索栅栏参数,监视系统可以获连续两轨道周期观测弧段;两种相关性判定方法均有效,门限值选取合理;两观测弧段可确定未知目标始轨道,其轨精度满足再次捕获该目标要.     

基于导航星间链路的天基高精度时间传递方法

随着航天技术的不断发展,航天器的数量日益增多,迫切需要一种统一的、高性能的天基授时手段,以便为各类航天器的高效协同提供保障.导航星间链路广泛适用于卫星精密定轨与时间同步,并且覆盖了星座内的中高轨卫星,因此可作为一种理想的天基高精度时间传递手段.现有的导航星间链路时间同步方法依赖于导航卫星具备星历信息,并不适用于位置精度较低且空间信息缺乏完整性的任意空间飞行器.本文在导航星间链路双向测量原理的基础上,提出了一种动态条件下时延修正方法,该方法计算简单、工程可实现性强,只需要空间飞行器终端具备多普勒测量或连续伪距测量功能,即可实现空间飞行器在一般位置精度条件下的高性能时间同步.理论分析表明,授时精度优于0.1ns.最后,以地面站模拟空间飞行器,结合北斗星间链路星地实测数据开展了时间同步试验,试验结果验证了本方法的有效性.     

神舟四号飞船综合精密定轨

针对神舟四号飞船的轨道特点和国内已有的测定轨手段的优缺点, 确定了联合GPS, SLR和USB 3种观测数据, 并进行了精密电离层延迟改正的综合精密定轨方案和联合定轨模式. 介绍了综合精密定轨系统的构成及定轨数学模型. 对实际观测数据不同模式的联合定轨结果进行了分析, 结果表明定轨径向精度优于2 m.     

特定区域密集观测的低轨卫星星座最优设计方法

利用较少数目低轨卫星构建星座实现对特定区域的密集观测任务是2016年第8届中国力学学会全国空间轨道设计竞赛乙组题目的主要内容.本文描述了中国科学院空间应用工程与技术中心的设计方法与结果(该设计结果获得本届竞赛一等奖).针对地面特定区域内225个目标点重访周期小于1 h的观测需求,采用了基于多条共星下点轨迹构建卫星星座的设计方法,旨在使得所需要的低轨卫星颗数最少.星座设计方法包括建立"圆形回归轨道-目标点"数据库、全局搜索可观测所有目标点的圆形回归轨道以及共星下点轨迹卫星星座轨道参数求解等3个主要步骤.设计结果验证了该方法在求解较少卫星颗数、地面特定区域多目标点密集观测问题的有效性.该设计方法有望拓展为低轨卫星星座设计的一类通用方法.     

内编队重力场测量卫星全推力姿轨一体化控制研究

内编队重力场测量卫星作为一种新概念的纯引力轨道飞行器,通过精密定轨和相对状态测量实现高精度地球重力场测量.其中对外卫星的控制保持编队内卫星在纯引力轨道上稳定飞行是决定测量水平的关键因素之一.针对稳态工作模式的内编队系统,研究了仅用推力器实现姿态轨道一体化控制的问题,构建了姿态非线性和共用推力器引起的姿态轨道耦合的六自由度平动和转动动力学模型,并基于约束非线性模型预测技术建立了姿轨一体化控制的二次型优化模型.通过仿真实验可知,约束非线性模型预测控制方法计算快速,能克服部分约束条件的非凸性;推力器布局合理,推力消耗低,满足内编队系统任务需求.     

基于△DOR信号的高精度VLBI技术

在嫦娥二号（CE-2）工程中,我国首次开展了X波段ADOR测量实验,获取了ADOR信号的VLBI时延数据,并用于精密定轨．本文给出了CE-2中ADOR信号的VLBI测量与数据处理方法,结合我国VLBI测量系统对时延数据进行了误差分析及精密定轨分析．结果表明：ADOR信号的VLBI时延精度优于0．5ns,比利用S波段信标的测量精度提高约一个数量级．本研究成果为后续的月球及深空探测高精度测定轨提供了重要的技术手段．     

一种环月交会对接航天器的自主导航方法

我国正在进行月球采样返回工程,月球轨道交会对接是采样返回任务中关键环节之一.本文提出了一种新交会过程中目标航天器和追踪航天器自主航方法.该方法综合利用成像敏感器、交会雷达和激光高度计测量信息,结合绝对轨道动力学模型,利用UKF滤波算法设计航滤波器,能够同时估算交会对接过程中追踪航天器和目标航天器绝对轨道参数.在月球阳照区,采用成像敏感器和交会雷达测量信息进行自主航;在月球阴区,则采用交会雷达和激光高度计测量信息进行自主航.通过理论分析和数学仿真,验证了所提出自主航方法有效性.本文所提出方法为月球轨道交会对接工程实现提供了理论参考.     

地基观测空间在轨运行圆锥目标的激光多普勒频谱

利用目标坐标系下旋转圆锥目标激光多普勒频谱特征,结合一种假想运行轨道数据和空间目标坐标系、地基坐标系和地心坐标系间的变换关系,构建了空间在轨运行圆锥目标的激光多普勒频谱地基观测模型.通过3种实例,详细计算并分析了不同尺寸、粗糙表面圆锥目标以及不同地基观测方向下的激光雷达后向接收归一化功率随在轨运行时间和多普勒频移量的变化情况.数值计算表明:在轨运行的圆锥目标,其尺寸、表面粗糙度、地基坐标系下的观测方向都对多普勒频谱特征都有影响,地基激光雷达后向接收归一化功率随在轨运行时间和多普勒频移的变化都按一定规律呈周期性波动;旋转速度一定的情况下,圆锥目标尺寸越大,多普勒频移也越大;圆锥目标表面越粗糙,地基激光雷达后向接收归一化功率随在轨运行时间和多普勒频移的变化起伏越显著.本文工作对进一步开展地基观测空间在轨运行的各种复杂目标奠定了理论研究基础,将为开展空间微运动和真假目标地基激光雷达探测实验研究提供技术支持.     

嫦娥二号卫星非对称降轨控制技术

嫦娥二号任务中,为完成对预选着陆区高分辨率成像,需在月球背面实施轨道机动以满足成像区域的高度要求.采用目标近月点对面或燃料最优的降轨控制方式,轨控关机将在月球背面地面不可见的情况下完成.为了确保卫星安全,工程要求关机点控制在国内测站跟踪弧段内,并满足卫星应急处置要求.根据任务需要,飞控中心采用了非对称降轨控制方法,对此次轨控的控制点进行偏置,采用迭代方法求解有限推力方式下的轨控参数,并在迭代过程中对目标近月点漂移进行修正.2010年10月26日,嫦娥二号卫星成功降轨,在100km×15km的试验轨道段上飞行32圈,完成了对预选着陆区高分辨率成像.本文在分析降轨控制约束条件和两种常规控制方式的基础上,阐述了非对称降轨控制技术的原理和实现方法,并通过实施数据对轨控进行了效果评价.     

不稳定平台晃动测量与修正方法研究

不稳定平台晃动的测量与修正是工程实践中的一个难题,直接影响着安装于其上的仪器设备的测量精度.本文提出了一种基于摄像测量原理的不稳定平台晃动测量与修正方法,以机动经纬仪为研究对象,利用外置基准确定其基座平台的水平指北状态,通过位姿估计的方法实时解算基座平台测量状态相对水平指北状态的姿态晃动量,进而修正经纬仪观测误差.研制了机动经纬仪基座平台晃动测量与修正系统,并通过实验验证了系统对经纬仪观测角的修正精度,结果表明:1)系统姿态测量灵敏度不大于3″;2)系统修正误差随晃动幅度的增大而增大,且晃动幅度小于13′条件下,系统修正误差不大于16″.     

神舟七号飞船伴星飞行试验方案设计及试验验证

神舟七号载人航天飞行任务中,我国首次在轨释放了一颗伴随卫星,试验和验证伴星在轨释放和伴随飞行技术.伴星平台集成了三结砷化镓高效太阳电池、锂离子蓄电池,以及液氨推进系统等新技术,其有效载荷为双焦距一体化可见光相机,可实现对近距离空间飞行器的视频观测和照相.2008年9月25日,伴星随神舟七号飞船发射升空后,按预定计划在轨释放,获取了1680幅飞船图像;通过6次轨道机动控制,于10月5日形成了相对神舟七号飞船轨道舱的绕飞椭圆,并连续保持了25圈.本文简述伴星飞行试验任务目标和卫星设计方案,重点阐述伴随飞行方案设计及飞行试验验证结果.     

时空上下文融合的无人艇海面目标跟踪

视觉感知作为无人艇环境感知的重要组成部分,为无人艇智能控制提供十分重要的外界信息.准确、鲁棒且实时的海面目标跟踪算法可以有效提升无人艇的智能化水平.海面目标跟踪面临着几个独特的挑战:目标尺度变化极大、目标视角变化极大、目标抖动剧烈.为了解决上述海面目标跟踪任务中面临的三个难点,本文提出了一种时空上下文融合的目标跟踪算法,该算法结合了深度网络多尺度检测的图像空间上下文信息和相关滤波跟踪的视频时间上下文信息,实现了实时、精确且鲁棒的目标跟踪效果.最后,以无人艇在东海、南海实际作业场景中采集的图像数据作为跟踪算法的测试集,验证了该跟踪算法的有效性.     

基于星历模的行星际halo轨道间转移会搜索

本文针对星历模型下星际三体系统动平衡点halo轨道间的转移机会搜索问题,提出了一种基于三体系统不变流形结构的二级搜索方法.该方法首先基于星历模型求解行星际halo轨道逃逸流形初始时刻与捕获流形末端时刻固定时,连接该不变流形的最优两脉冲转移问题,得到所给条件下星际halo轨道间的最优转移轨道.然后以逃逸流形初始时刻、捕获流形末端时刻为变量,以连接该不变流形的最优两脉冲转移所需的速度增量为目标函数,绘制等高线图研究解空间的全局特性,从而得到转移机会.最后分别以日一地与日一火系统及日一地与日一金系统为例,搜索其在2015-2017年的转移机会,研究结果验证了本文所提方法的有效性,同时也揭示出了行星际halo轨道间转移机会的类周期性.     

地面城市轨道交通环境振动源的反演

地面城轨列车运行引起周边场地环境振动．针对振动源难以直接量测的困境,本文借助工程地震学的反演方法研究轮一轨不平顺的动力激励源．将地表振动的列车．轨道一三维场地耦合动力分析与遗传算法结合,通过待反演量解空间的设置、反演问题目标函数的建立、反问题求解的遗传策略设计等步骤构建了轮一轨不平顺振源函数和轨道结构参数的联合反演方案．依据实际观测数据反演了北京城轨13号线的激励功率谱,结果显示：振源函数在1．2m以上的波长范围反映了轨道不平顺性,在1．2m以下的波长范围表达了车轮的几何与弹性不圆顺．本文强调指出,城轨车速较低,这个短波长段恰恰对应环境振动的主要频带．以轨道谱表达轨道交通环境振动源,1．2m以下短波长的不平顺会被低估,严重影响环境振动主要频率成分的估计．相对轨道谱只反映轨道的平顺状况,轮．轨谱既反映轨道不平顺因素,又包含车轮不圆顺状况,更适合作为城轨交通的振源函数．同时也表明,用地表振动实测数据反演振动源,是定量揭示轮．轨组合不平顺的有效途径．     

刚柔分级并联驱动宏微复合运动平台设计

高速精密定位是电子制造的要求,轴系摩擦是影响精密定位的重要因素.目前,微米级以上精度必须通过消除摩擦影响的方式来实现,成本很高.本文将大行程的直线电机平台与无摩擦的柔性铰链导向机构结合,提出了一种并联驱动的宏微复合设计新方案,克服了现有宏微复合平台存在的输出饱和问题.具体做法是在无铁芯永磁直线电机模组中,安装两套驱动和测量反馈系统,分别用于驱动宏运动平台和与之通过柔性铰链相连的微运动平台.宏运动平台通过直线导轨滑块"刚性"机械连接系统实现大行程高速运动,微运动平台通过基于柔性铰链的"柔性"连接来快速补偿"刚性"宏运动平台的误差,最终实现大行程高速高精度运动.本文利用上述刚柔分级运动方案,通过基于动力学响应的运动规划方法进一步抑制了高加速运动平台的定位残余振动.基于柔性铰链的微运动系统较之宏运动系统具有更快的响应速度和更小的跟踪轨迹误差,从而实现在高加速运动过程中宏/微驱动力叠加来实现快速运动,同时在匀速与低速定位过程中微驱动器产生反方向作用力来快速补偿宏运动平台的运动误差来实现高定位精度.实验表明,本文提出的宏微复合驱动方案,通过机构的创新,可有效降低控制的复杂度,并实现了高精密快速定位,可以为微光电子制造装备亚微米级高速定位平台设计提供崭新的途径.     

基于视觉的机械臂空间目标抓取策略研究

空间非合作目标的探测和抓取是空间机械臂的重要应用目标,为了解决空间目标的位姿测量和捕获问题,本文深入分析了机械臂特性和目标特性,在建立机械臂、相机和目标的运动关系的基础上,基于立体视觉实现了对空间目标的位姿测量,控制机械臂进行抓取预定位.考虑立体相机的测量误差和机械臂的控制精度因素,在抓取末阶段采用单目相机,基于图像的视觉伺服策略控制机械臂进行精确位姿调整对目标进行抓取.通过机械臂对空间目标的抓取实验验证了该抓取策略的有效性.     

VLBI相时延及其在深空探测器测定轨中的应用

甚长基线干涉测量(very long baseline interferometry,VLBI)技术是深空探测器测定轨的方法之一,也是行星无线电科学研究的重要手段.VLBI相时延通过解算相关相位的整周模糊度解算出探测器的VLBI时延观测量,可有效地降低相位随机误差的影响,从而提高时延测量的精度.本文论述了解算相位整周模糊度的条件和方法,给出相时延的解算方法,并分析比较了相时延与群时延的随机误差水平.以嫦娥二号(CE2)卫星飞往拉格朗日L2点的探测任务为例,求解了两个月内10次VLBI观测的相时延并分析了数据质量.相时延和群时延分别联合测速测距数据的定轨结果表明,在150万公里的距离上相时延用于探测器的定轨是可行的.     

多源异构感知数据融合方法及其在目标定位跟踪中的应用

物联网的全面感知产生了海量的感知数据,并且感知数据呈现为显著的多源异构性.因此,如何实现海量多源异构感知数据的智能处理是一个具有挑战性的课题.数据融合是处理多模态数据并挖掘提取有价值信息的有效手段,但针对多源异构数据,特别是非结构化的视频多媒体信息,如何实现高效的融合计算还面临许多问题需要解决.本文针对物联网多源异构感知信息的处理问题,提出多层次的多源异构数据融合方法,并以基于无线信号、视频和深度感知数据的目标定位跟踪应用为切入点,重点研究多源异构数据的处理、特征表示和数据融合方法.根据不同类型数据的特性采用不同的数据融合方法,通过挖掘无线信号、视频和深度等多源异构数据内在的关联性,实现多源异构数据有价值信息的有效利用.实际复杂场景的实验表明,本文提出的基于多源异构数据融合的目标跟踪和定位方法,能够解决传统依赖单源同质数据的目标跟踪方法所面临的光照变化和遮挡交错等难点问题,并且可以获得较为准确的运动目标三维位置,具有良好的跟踪定位效果.     

静止卫星的海洋水色观测计划

海洋现象的时空尺度分析表明目前以极轨方式运行的海洋水色卫星遥感不能完全满足沿海及海岸带地区管理和研究的需要.采用静止卫星作为水色遥感观测的平台对沿海和海岸带进行高频率的遥感观测,可以满足海岸带生物物理过程研究和调查所需观测频度的要求,有利于确定潮汐混合条件,建立新的模型,探测短时间尺度的生物物理现象,改变现有的海岸带管理方式,实现海岸带资源的科学管理,具有极轨卫星不可具备的优势.本文简单介绍了韩国预计发射的静止水色成像仪KGOCI和美国GOES-R卫星计划的HES-CW,同时希望我国能早日研制发射出自主的静止水色观测卫星和传感器,为我国漫长的海岸带监测提供利剑.     

轨道预报的一种乘法保辛摄动方法

为了准确预报人造卫星的轨道,需要考虑复杂的动力学模型,并使用数值方法进行求解.虽然Runge-Kutta法和Adams-Cowell法等数值积分方法在轨道预报中已经取得了预期的效果,但是一般不考虑保辛,忽视了系统的固有特性.本文提出适用于轨道预报的乘法保辛摄动方法,将描述卫星运动的Hamilton正则方程分解为二体问题和摄动部分.二体问题采用解析解,摄动部分用区段矩阵近似求解.由于二体问题的状态转移矩阵必然为辛矩阵,故此过程保辛.本文考虑的摄动因素有地球非球形引力、日月引力、太阳光压和潮汐摄动,选取GPS卫星做数值仿真,以GPS卫星精密星历为参照得到轨道预报误差,并与Runge-Kutta法和Adams-Cowell法进行对比.结果表明:对PRN01号GPS卫星和PRN02号GPS卫星进行3 d的轨道预报,本文算法的误差分别为4.56和10.10 m,精度与Runge-Kutta法和Adams-Cowell法一致,而Runge-Kutta法与Adams-Cowell法的计算耗时分别是本文算法的237.7%与71.3%,因此本文算法效率明显高于Runge-Kutta法,但比Adams-Cowell法稍低.