基于MME/EKF算法的卫星质心在轨标定

提出了一种基于MME/EKF的卫星质心在轨标定算法。首先以磁力矩器为执行元件给卫星施加一个明显大于干扰力矩的周期性力矩,将静电加速度计的量测信息分解为线性和周期性加速度,并将星敏感器标定后的陀螺仪数据代入MME算法中估计出卫星的角加速度,然后利用EKF算法求解卫星质心的位置。最后进行了数学仿真验证,仿真结果表明该算法不需要卫星的控制输入以及动力学特性信息,便能实现卫星质心较为精确的标定。

导航天线相位中心与卫星质心的偏差对伪距误差的影响分析

导航卫星为了实现星地双向时间比对需要进行伪距测量,进行伪距测量时需要应用星历参数,并在此基础上对各类误差源进行修正。导航天线相位中心与卫星质心之间的距离影响测距精度,其中纵向距离相对较容易进行修正,而横向距离相差越大,对测距误差的影响就越大。文章从天线相位中心与卫星质心之间的位置关系出发,分别给出了静止轨道导航卫星和存在偏航的导航卫星上天线相位中心与卫星质心之间横向差值和纵向差值对测距误差的相应影响。并提出了可能的用户机星历归算修正方案,为用户最终得到较好的测距效果打下良好的基础,同时导航天线相位中心远离卫星质心所带来的伪距误差可以有效修正,这样也为导航卫星平台上能够存在多种用途的导航载荷及导航天线提供了理论基础。

卫星质心测量误差对编队卫星基线的影响

针对卫星质心测量误差影响编队卫星基线的问题,首先从编队卫星相对定轨的原理出发,分析了卫星质心误差的影响,然后考虑到编队卫星有效基线通常为载荷天线之间的基线,提出了天线基线与质心基线的定义。采用2015-12-08两颗编队卫星的实测数据,计算分析了卫星质心测量误差对质心基线和天线基线的影响,结果表明:卫星质心测量误差对质心基线的影响明显大于对天线基线的影响;卫星质心测量误差对天线基线的影响约为质心测量误差的10%。

一种基于推力器控制的卫星质心在轨估算方法研究

为准确估计地球静止轨道(GEO)卫星在轨道机动过程中因燃料消耗产生的质心位置的变化,提出了一种基于推力器连续喷气的卫星质心在轨估算方法。采用推力器在固定时间内连续喷气工作方式以形成恒定的推力器作用力和力矩,根据陀螺测量值用最小二乘法估算推力器产生的星体角加速度值,采用产生正负向相反控制力矩的两个推力器同时工作,以减小对卫星姿态的扰动和三轴间的动力学耦合。给出了卫星质心计算公式,讨论了质心估算中的推力器推力位置测量误差、推力器推力矢量方向角度测量误差、成对工作推力器推力大小偏差、陀螺组合测量噪声、整星转动惯量计算偏差,以及卫星姿态动力学耦合特性等主要误差源对估算结果的影响。基于某GEO卫星的推力器数据,计算获得了在轨质心的总测量偏差。仿真结果表明:理论计算值与仿真结果的误差在允许范围内,方法有效,可广泛用于航天器的质心位置测量,方法有较大的工程应用价值。

基于误差修正的卫星在轨质心高精度预估与验证

在星载精密定轨中,通常需要对观测数据进行接收天线质心偏移修正,将测量数据参考点修正到卫星质心,不同方向的质心偏移误差对定轨结果影响差异显著。由于大型平面可展开天线和太阳电池阵的重量和尺寸较大,同时由于地面测试设备、测试方法、环境因素等原因导致地面状态下难以直接测得在大型平面可展开天线和太阳电池阵均展开下的卫星质心,此外,星上其他展开部件等均能在不同程度上影响卫星的质心,这些因素都直接增大了准确预估卫星在轨质心的难度。针对卫星质心误差对分布式SAR卫星基线测量精度的影响,本文从提高卫星质心预估精度的角度,在现有质心测量技术的基础上,提出了一种卫星质心在轨预估技术。利用足够多的实际可测的零部件质量和质心信息,将质心计算与实测数据相结合,基于误差修正理论,实现了以二阶精度计算卫星质心的方法,在工程上有较广的适用范围。采用该方法对某卫星在轨质心误差进行了分析,并经在轨试验标校后,取得了预期的效果,证明了该方法合理可行。

卫星激光测距系统的指向偏差修正

为了控制激光测距望远镜准确指向目标,本文采用图像处理方法精确识别卫星位置,计算卫星质心相对于参考中心的偏差并转换为望远镜的脱靶量,从而通过伺服系统修正望远镜的指向偏差;同时识别光束图像,得到光尖位置并计算光尖点与接收视场中心的偏差量,修正激光束指向偏差。

伪距定位算法中天线相位中心偏差的修正及误差分析

在导航卫星伪距定位算法中,卫星作为质点进行计算,不考虑卫星质心与导航天线相位中心的偏差(PCO)。本文在介绍导航卫星伪距定位算法基础上,提出采用天线相位中心替代卫星质心的方法以修正PCO产生的定位计算误差,同时本文给出了基于导航电文和卫星姿态控制策略计算ECEF坐标系下天线相位中心的方法。本文将修正前后的伪距定位算法应用到典型的定位计算中并对计算结果进行分析。根据数据分析结果,使用修正前的算法,PCO在不同方向、地理位置上产生明显定位计算误差,而使用修正后模型可以消除这种误差。

质心误差对分布式InSAR基线确定的影响及消除

高精度星间基线确定是分布式InSAR干涉测量中的关键技术。针对卫星在轨运行期间的质心与地面标校结果不一致问题,仿真分析了星体系x、y、z不同方向1 cm质心误差对InSAR星间基线确定的影响。结果表明:x、y方向的质心误差对基线解算影响很小;z方向的质心误差对基线解算影响显著,使得InSAR基线产品中含有明显的系统误差。提出了两种消除卫星质心误差影响的方法:一是在星载GNSS定轨过程中增加轨道径向的经验加速度予以补偿;二是增加星体系z方向的质心偏差估计。实验结果表明,经两种方法处理后得到的InSAR基线3维误差由8.8 mm分别降至0.13 mm和0.09 mm,98%以上的卫星质心误差影响被消除。

基于角反射器不均匀分布模型的卫星形状效应研究

卫星形状效应是阻碍卫星激光测距(SLR)系统测距精度向毫米级发展的重要因素之一。基于卫星角反射器的实际分布,提出了角反射器不均匀分布(RUD)模型,计算了激光入射角与参与SLR过程的卫星角反射器个数、分布、反射强度的关系,分析讨论了卫星形状效应对SLR回波数据残差分布、卫星质心改正(CoM)值产生的影响。结果表明,与现有CoM模型不同,利用RUD模型计算得到的参与SLR反射的角反射器个数随激光入射角变化,角反射器分布分散且不对称,同纬度各角反射器反射激光强度不同,SLR回波波形中"拖尾效应"明显,与实测结果相符。同时,利用RUD模型得到的CoM值随激光入射角呈动态变化。对于Lageos-1卫星,长春站CoM平均值为248.1 mm,在国际激光测距服务组织的参考范围之内。