组合大视场星敏感器星光折射卫星自主导航方法及仿真

通过分析影响星光折射法卫星自主导航精度的因素,给出一种高精度自主导航的新方法。即利用组合大视场星敏感器,同时观测整个地球边缘的三颗恒星,通过卫星、地球、恒星方向之间的位置关系及给出的星光大气折射模型,精确确定地心方位,实现高精度自主导航。结合推广的卡尔曼滤波算法,建立了该方法的仿真模型,以某地球同步卫星为背景,利用模拟数据进行了系统仿真。仿真结果表明,该新方法具有较高的导航精度。

一种基于大视场星敏感器的定姿方法

根据数学平台失调角随时间变化缓慢的特点,本文提出了一种直接估计数学平台失调角的定姿方法。该方法采用一个20°×20°的大视场星敏器同时观测数颗恒星,并在一小段时间内进行多次观测,所有的测星信息在一次计算中完成对失调角的估计。仿真结果表明,该方法可大大降低星敏感器测量随机误差,其精度明显优于直接估计姿态余弦阵的参考矢量定姿法。

组合大视场星敏感器自主定轨方法

在卫星自主轨道确定中,敏感仪器和其使用方法是很关键的问题。如何利用低成本的设备实现高精度自主定轨,是一个值得研究的重要课题。该文提出了一种组合大视场星敏感器自主定轨方法,在该方法中,整个地球在敏感仪器视场范围内,且每个星敏感器能至少观测到星光穿过地球边缘周围附近的一颗恒星。这样既可利用星敏感器的高精度,又可得到观测整个地球边缘附近恒星所需要的大视场;叙述了利用组合大视场星敏感器确定地心的方法;最后运用广义卡尔曼滤波算法进行了仿真。考虑到星表、敏感仪器和仪器标定精度,星光大气折射改正以及地球非球形几何改正,其定轨精度估计可达100m-150m。

组合大视场星敏感器卫星自主定轨中太阳摄动

目前,国际上卫星自主轨道确定已受到了极大的关注,卫星定轨向高精度、高自主性方向发展。自主定轨方法多种多样,获取定轨信息的方法与自主定轨测量设备紧密联系在一起。就组合大视场星敏感器卫星自主定轨方法,建立了太阳引力摄动下的广义卡尔曼滤波模型,且进行了计算机仿真;通过对不同初始轨道高度情况的计算机仿真,给出了太阳引力对卫星轨道的影响;通过对东方红三号(DFH-3)卫星进行仿真和结果对比,说明了该自主定轨方法、所建滤波模型和算法的有效性。

大视场星敏感器光学畸变对焦距标定影响建模分析

光学畸变是大视场星敏感器标定的重要误差源之一,由于各误差之间存在耦合,光学畸变将会影响焦距标定精度。针对此问题,基于针孔模型,建立了光学畸变对焦距标定影响的数学模型,推导得到了采用最小二乘法时标定用导航星的入射角参考阈值β_(max),为星敏感器的焦距标定提供了理论参考。仿真实验表明,与标定用导航星的部分或全部入射角大于β_(max)时的焦距标定精度相比,标定用导航星的入射角均小于β_(max)时的焦距标定精度分别平均提高了5倍和10倍左右,有效降低了光学畸变对焦距标定精度的影响。

大视场星敏感器标定技术

星敏感器是一种高精度的空间姿态测量装置,精度标定是其高精度测量的重要保障。在分析影响大视场星敏感器测量误差因素的基础上,针对常用标定方法(如多项式畸变模型法和直接映射法)的缺点,提出遗传算法优化的BP神经网络算法进行大视场星敏感器标定。根据此方法建立了大视场星敏感器标定系统,并进行了实验测试。实验结果表明:该标定方法使得单星测角误差由标定前的0.14°降低到0.0053°,有效提高了大视场星敏感器测角精度,并且代码效率高、稳定性高。

视场网状分区域建模的星敏感器标定方法

星敏感器标定是基于更高精度的测量基准对光学系统内方位元素进行建模与最优化解算的过程。针对大视场星敏感器光学系统误差分布非理想轴对称的实际情况,提出了一种采用视场网状分区域建模的内方位元素最优化解算方法。首先,在补偿了星敏感器与标定系统初始对准误差后,基于针孔模型计算主点和焦距;然后,在视场分区域建模思想的指导下,采用多项式拟合结合双线性插值的方法修正畸变;最后,提出了基于测角误差的标定精度评价准则。经实验室标定与外场观星验证,x轴与y轴标定残差较全局建模法分别降低了35%和20%,证明了该方法的有效性。

基于大视场星敏感器惯性∕星光组合导航与仿真

针对惯性器件误差随时间积累导致导航精度降低的问题,利用大视场星敏感器具有的测姿精度高且误差不累积的特点,研究惯性/星光组合系统在线标定方法。上述方法通过绕陀螺仪三个敏感轴方向的姿态激励实现对陀螺仪工具误差以及初始对准误差和星惯安装误差的在线标定,通过对惯性器件测量结果的修正,抑制导航误差。仿真结果表明,在线标定方法可以实现对上述误差参数的在线标定,显著提高了组合导航的定位精度,具有一定的工程实用价值。

大视场星敏感器矢量观测在轨检校模型

针对大视场星敏感器的在轨标定问题,提出了一种基于矢量观测的检校新模型。将3个罗德里格参数代替欧拉角,作为外方位参数与畸变参数、内方位参数一起求解,简化了运算。采用仿真星图分析了模型的性能,结果表明,该模型较采用欧拉角的传统标定模型精度更高,在星点位置噪声方差为0.05 pixels的情况下,仍能准确解算出星敏感器参数,其星内角距的统计偏差为0.483?,x、y方向的残差绝对均值分别为0.019 pixels、0.016 pixels,且算法的参数设置简单,无需计算初值。将检校模型应用于ZY-3号卫星星敏感器的检校,结果表明模型可以有效提高检校的精度。建议在实际应用中采用精度更高的星点中心计算算法。

大视场星光修正惯性导航半实物仿真系统设计

针对飞行实验成本高、难度大的问题,设计并实现了一种大视场星光修正惯性导航系统的半实物仿真试验系统。该系统采用轨迹发生器模拟生成飞行过程中导航传感器数据,利用真实星敏感器与IMU的静态输出获得器件误差,结合时间软同步完成信息采集,通过组合导航模块实现模拟飞行过程的组合导航解算。实验结果表明,该系统具有较强的灵活性和通用性,可在地面验证星光修正惯性导航算法性能,具有一定的工程应用价值。

基于陀螺和太阳敏感器的月球车定向方法

针对月球探测车采用惯性导航方法进行定向时,航向角参数误差随时间不断累积的缺点,提出了一种天文导航定时修正的月球车自主定向方法。该天文方法首先建立当地地平坐标系,然后通过太阳敏感器观测太阳矢量并由星历计算来推算太阳的方位从而得到月球车的航向信息。仿真实验分析比较了月球车有无误差修正时航向信息的差别。最后通过中国天文年历和月球样车室外实验综合证明了该方法的可行性和有效性。

组合大视场星敏感器自主定轨中的星光折射

就组合大视场星敏感器卫星自主定轨方法中的恒星观测，在球形大气假设下，直接由大气折射率、光在大气中的折射路径和斯涅耳定律出发，建立星光大气折射模型。在60km高度以上星光穿过时不产生大气折射的假设下，得到星光在60km高度的大气层上的仰角θ60、星光折射角γ和星光切线高度h的关系，且当星光穿过20～60km的高度大气范围时，06。的范围约在0°～7°之间。最后应用该大气折射模型进行了轨道确定仿真，说明折射模型的有效性。

卫星自主定轨中轨道摄动仿真

本文针对组合大视场星敏感器卫星自主定轨方法,建立了地球非球形摄动下的广义卡尔曼滤波仿真模型,滤波过程采用了新的改进算法。通过计算机仿真,说明该自主定轨方法具有很高的位置、速度均方误差估计精度且算法是收敛的。计算给出了一日内的卫星轨道,反映了在地球非球形摄动下轨道的变化情况,且对轨道面的进动进行了计算。

广义卡尔曼滤波中状态预报值算法

广义卡尔曼滤波是针对状态方程和观测方程均为非线性方程的最小方差迭代方法,随着广义卡尔曼滤波越来越广泛的应用,其算法研究越来越深入。对广义卡尔曼滤波过程中的预报值的算法进行改进,即给出了在常微分方程欧拉算法的基础上增加了迭代过程的迭代方法。该方法简捷、运行较快且能达到一定的精度,还可以节省计算机空间。针对组合大视场星敏感器自主定轨方法进行了计算机仿真,且与RKF7(Runge-Kutta-Fehlberg7阶)方法进行了仿真结果比较。比较结果说明了该方法的有效性。

自主轨道确定中日月摄动对卫星轨道倾角的影响

利用天文方法和天文技术实现卫星自主轨道确定越来越倍受关注,而日月引力对高轨道卫星而言是一种很重要的一种摄动力,且随着卫星高度的增加对卫星的影响越加明显。该文针对组合大视场星敏感器卫星自主定轨天文方法,建立了日月引力摄动下的卫星自主轨道确定的广义卡尔曼滤波仿真模型,包括状态模型和观测模型,对东方红三号(DFH-3)地球同步轨道通讯卫星,在取初始轨道升交角分别为0°、90°和270°三种情况进行了仿真,得到了在日月摄动下卫星轨道倾角的变化规律,且把计算结果与已有的东方红三号卫星数据进行了比较。

卫星自主导航中卡尔曼滤波算法改进与计算机仿真

该文以基于组合大视场星敏感器的卫星自主导航方法为例,建立了在地球非球形下的状态方程,建立了组合大视场星敏感器的观测方程及卫星轨道摄动等数学模型,在状态最优估计周围对模型进行了线性化,滤波过程中将传统的广义卡尔曼滤波的一步预测算法修改为一步初步预测和一步初步预测的校正的滤波算法,在每步的推进计算中对均方矩阵的元素进行了平均值处理,避免舍入误差的积累造成其失去对称性、甚至负定性的可能;通过计算机仿真及结果分析,说明了改进的广义卡尔曼滤波算法对减小采样周期所带来的轨道误差有很好的效果,并使卫星位置和速度的均方差估计趋于稳定,在一定程度上能很好地克服离散误差对轨道估计精度的影响。

弹载大视场星惯组合深度融合导航技术

为了降低弹载星惯组合(Stellar-INS)飞行中段对调姿观星的要求,提高星惯组合姿态精度,提出了大视场(LFOV)星惯组合深度融合导航方法。小视场(NFOV)星敏感器输出星矢量为主,大视场星敏感器可同时输出姿态和星矢量信息,分别推导了基于星敏感器输出姿态和星矢量信息的观测方程,分析了星矢量和姿态观测方法之间的关联性。建立了包含星惯安装误差、陀螺误差以及初始平台误差角的星惯组合全误差项模型,基于线性卡尔曼滤波给出了深度融合导航方法。开展了数学仿真验证,分析了不同调姿观星路径约束下,大/小视场星惯组合性能差异。结果表明,大视场星惯组合深度融合导航方法不仅可以降低调姿观星约束要求,还可以实现组合姿态性能提升。

卫星自主定轨方法中月亮摄动仿真

目前,国际上卫星自主轨道确定已受到了极大的关注,卫星定轨向高精度、高自主性方向发展.自主定轨方法多种多样,获取定轨信息的方法与自主定轨测量设备紧密联系在一起.就组合大视场星敏感器卫星自主定轨方法,建立了月亮引力摄动下的广义卡尔曼滤波模型,且进行了计算机仿真;通过对不同初始轨道高度情况的计算机仿真,给出了月亮引力对卫星轨道的影响.