MEO非共振轨道导航星座摄动补偿控制

针对我国新一代全球导航星座长期构型维持控制问题,提出了MEO星座构型状态描述方法,分析了主要摄动力和轨道参数偏差作用下的星座构型演化规律,结合实测数据对稳定性规律进行了验证;研究了参数偏置摄动补偿控制原理,提出了一种改进的解耦控制方案,分析了星座部署时间对摄动补偿控制量的影响规律,得到了一些有益的关键性结论,为我国全球导航系统的星座构型设计和运控策略制定奠定了基础。     

基于U变换的空间站交会调相非线性协方差分析方法

针对空间站交会调相过程中的长时间偏差传播问题,提出一种基于U变换的协方差分析方法 UTCAM。在给出空间站交会轨道调相策略和轨道机动参数计算方法后,对UTCAM的原理和流程进行了介绍,通过和STK以及Monte-Carlo的对比验证表明,UTCAM与该两种分析方法的协方差相对误差均在1.2%以内,且计算耗时仅为Monte-Carlo的1/460,可快速准确地实现非线性系统的均值和协方差预报。最后基于UTCAM对长达20天的空间站交会调相的偏差传播进行了分析,并采用Monte-Carlo仿真对其分析结果进行了验证,验证了该方法的有效性。     

卫星位置视觉测量

目前卫星轨道参数的测量主要依靠地面测控站的无线电测量,使得测量受限于测控站的观测弧段;另一方面随着深空探测的不断深入,也对现有测控方法提出了新的挑战。利用卫星上已有的相机通过景象匹配对卫星自身位置进行精确测量,可以有效摆脱地面测量观测弧段和测量距离的约束。本文提出了一种基于星载实时图与基准图匹配的视觉测轨方法:通过景象匹配建立实时图中特征点与基准图的对应关系,再根据成像关系解算卫星的三维位置。利用卫星获取的立体图像和轨道测量数据进行了验证实验,证明了本文提出的方法具有较高的精度,实现了地基无线电测轨和视觉测轨的相互验证。本文提出的视觉测轨方法可以弥补现有测轨方式的不足,减轻地面测控系统负担,在深空探测等领域具有良好的应用前景。     

二阶阶跃畸变模型下的卫星自主完好性监测接收机测距精度分析

测距精度是评估卫星自主完好性监测接收机在导航信号畸变环境下工作性能的一个重要指标。推导了卫星自主完好性监测接收机在国际民航组织二阶阶跃畸变模型下采用早晚相干跟踪处理时测距精度与畸变模型参数的解析表达式,理论分析和仿真结果表明数字畸变将导致接收机伪码鉴相器输出曲线存在过零点偏差,数字畸变量基本不影响接收机测距方差;模拟畸变将扭曲相关峰函数和鉴相器输出曲线,但鉴相器输出基本上不存在过零点偏差,模拟畸变参数、前端滤波器带宽和早晚码间距共同影响接收机的测距方差。     

用于消除缓变伪距偏差的抗差扩展卡尔曼滤波方法

针对卫星导航系统中伪距观测量存在缓变伪距偏差,导致定位精度下降的问题,提出了一种基于滑动积累的抗差扩展卡尔曼滤波方法。该方法在抗差扩展卡尔曼滤波算法的基础上,通过滑动窗口内多个历元残差矢量的累积,增大标准化残差矢量的伪距偏差,来提高对缓变伪距偏差故障的抗差能力。仿真表明,该方法能有效消除或者减弱微小伪距偏差和缓慢增长伪距偏差造成的位置误差,与传统抗差扩展卡尔曼滤波算法比较,定位精度得到明显改善。     

动态拓扑图的卫星网络可视化方法

针对高度动态变化的卫星网络,提出一种基于动态拓扑图的可视化方法。动态拓扑图可视化的难点在于如何保持动态可视化过程中的稳定性,从而使用户容易地感知到网络中所发生的拓扑变化。根据卫星网络的动态变化特点,构建连续的动态拓扑图模型;设计一种保持布局稳定性的策略,并基于力引导思想提出一种动态拓扑图布局算法;以Iridium系统为典型实例,验证本文的可视化方法的合理性和可行性。实验表明,该方法能够以清晰的可视化图像支持用户对卫星网络动态拓扑的感知和理解。     

单站单圈卫星初轨确定方法研究

为实现低轨卫星轨道的快速确定和预报,基于单站单圈雷达站测量数据采用遗传算法和最小二乘法对卫星初轨确定及轨道预测问题进行了研究。通过比较分析不同观测误差下两种方法的仿真结果,验证了初轨确定过程中两种方法的可行性,同时指出了各自的优缺点和适用条件,为不同观测条件下卫星最优初轨确定的方法提供了参考。     

应用改进遗传算法优化天基光学监视平台轨道

针对地球遮挡、地影、太阳光干扰、月光干扰、空间目标相对观测平台的角速度等约束对空间目标可见性的影响问题,基于已编目空间目标双行轨道根数,研究以太阳同步晨昏圆轨道作为观测平台轨道,采用改进多变异位自适应遗传算法对单星观测平台轨道倾角进行优化设计。仿真结果表明,改进的多变异位自适应遗传算法有效地解决了多变异位自适应遗传算法不能保证收敛到所有种群中最优个体的问题,且随机抽取10%左右的目标样本可以达到与采用所有目标相当的性能,计算效率提高约1个量级。     

基于MEKF的航天器姿态确定算法

乘性扩展卡尔曼滤波(multiplicative extended Kalman filter, MEKF)方法被广泛应用于各种航天器姿态确定任务。针对任意参考坐标系,推导了姿态四元数的线性运动学方程和三分量姿态误差矢量的动力学模型,并分别设计了有陀螺和无陀螺两种姿态确定方案。系统研究了姿态敏感器常用的矢量观测模型,四元数观测模型以及欧拉角观测模型,设计了更具有一般性的MEKF滤波器,为航天任务中快速应用MEKF姿态确定算法提供理论参考和技术支撑。     

应急辅助定位及精度评估方法研究

在可视导航卫星数少于四颗、无法进行传统导航解算的恶劣环境下,导航接收机可利用外部高程气压计提供的高程或者内部守时模块的钟差等信息进行应急辅助定位。在该应急辅助定位工作模式的误差分析中,传统导航定位误差传递模型无法适用。针对此问题,本文在研究三星结合高程、三星结合钟差、双星结合高程钟差等几种应急辅助定位原理的基础上,给出了新的应急辅助定位误差传递的分析模型,利用仿真算例验证了该模型的正确性。通过对定位精度的分析,说明根据卫星分布特点可以按照本文方法量化得到伪距测量与辅助信息的精度的最优数量级关系,可以用最小代价实现定位精度的提升。该结论可指导接收机外部辅助器件的选择。