嫦娥二号工程X频段测控通信系统设计与试验

针对月球以远深空探测任务中,远距离、长时延、弱信号的测控通信难点,有效手段之一就是提高射频频率.为此,在嫦娥二号工程中首次开展了X频段测控通信技术试验.本文重点研究了X频段测控通信系统天地一体化的设计与实现,阐述了技术试验系统的组成、关键技术攻关情况、系统试验与测试方法.试验结果表明,与S频段测控通信系统相比,X频段在链路性能、测定轨精度方面有显著提高,将正式作为后续月球及深空探测的主要频段.     

Ka频段飞行器测控与通信系统设计

传统基于S频段的统一载波测控通信系统受工作频率低、占用频带窄的特点限制,无法满足现代及未来飞行器测控与通信系统对于高速数传、通信带宽、安装空间、克服“黑障”及抗干扰性等方面日益增长的需求,提出一种Ka频段直接序列扩频体制的飞行器测控与通信系统以解决上述问题;利用Ka频段频带宽、空间选择性好、减小“黑障”影响等特点,同时采用直接序列扩频通信体制实现遥测、外测和遥控等不同功能点频统一和信道统一,简化系统结构、减小设备体积;介绍了系统架构及主要设备组成,阐述了基带数据综合设备、Ka频段一体化终端设备等单机的详细设计及天线的选择,并给出了地面测试系统方案;该系统具备体积小、频带宽、扩展性好等特点,可满足未来飞行器测控与通信系统的设计与应用需求。     

基于数字滤波算法的风冷热泵机组实验台测控系统设计

为了提高测控系统的测量精度,消除系统中多种干扰噪声的影响,根据风冷热泵机组自身性能及要求,对现有数字滤波算法进行改进,提出一种多级数字滤波算法,有效地消除了测控系统在稳定工作状态下的各种噪声干扰,算法运算效率高、实时性强,滤波效果良好.此外,系统采用通道与测量点双向选择,改善了传统测控系统中测量点与通道固化的缺陷,提高了系统的灵活性和可靠性.实验结果表明,该测控系统功能强大,可操作性强,性能稳定可靠,容错性强,人性化程度高,适合在其他测控系统中推广应用.     

统一载波测控系统下行信道噪声功率谱密度标定依据分析与探讨

统一载波测控系统集跟踪、测距、测速、遥测、遥控、通信、数传等功能于一体;噪声功率谱密度是测控设备下行信道的基本参数之一,反映了信道接收弱信号的能力,调节综合基带输入端的噪声功率谱密度至合理范围是完成航天测控任务的前提;介绍了统一载波测控系统下行信道的基本组成及设计要求;分析了噪声功率谱密度在下行信道中的传递特性,提出了在不同信号电平、不同测控体制下噪声功率谱密度标定的基本依据和原则;结合某型号S频段统一测控系统的工程实际,系统分析了噪声功率谱密度的原理和具体标定方法,该方法根据不同应用环境和测控体制,充分考虑各级增益的分配标准,准确计算各级信号噪声的电平,合理进行噪声功率谱密度标定,以确保系统工作的可靠性和稳定性,为设备性能指标测试和航天测控任务参数设置提供参考和依据。     

运载火箭天基测控S和Ka频段链路分析

天基测控是测控系统发展的必然趋势,文中首先针对跟踪与中继卫星系统介绍了航天器间传输链路类型,在对天基测控技术基本原理进行说明的基础上,重点对运载火箭S频段和Ka频段天基测控系统无线链路进行了分析和计算,最后对运载火箭Ka频段天基测控特点进行了分析。     

月球若干地区微波辐射特征研究

中国“嫦娥一号”探月卫星搭载的微波探测仪（Chang’e Lunar Microwave Sounder-CELMS）为认识月球提供了新的视角。利用CELMS的多波段微波遥感数据,研究了月球的微波辐射特征。基于微波辐射传输理论,采用不同时段不同频段微波亮温数据的定量对比、统计分析等方法,首先分析月球微波辐射宏观分布规律及影响因素,在此基础上,重点研究几个区的微波辐射特征,通过从面到点的微波辐射特征研究,为认识月球提供微波辐射特性方面的资料。研究结果显示：月球的微波辐射具有显著的时、空、频差异性;太阳辐射是月球表层及次表层微波辐射的重要影响因素;局部地区微波辐射差异很大,除太阳辐射影响外,与物分、地形、结构等其它因素的相关程度增强。这些微波特征显著不同于光学特征,结合起来,有助于进一步揭示月球的物化性质。     

一种测控通信软件的数据发送定时器设计

实时性和可靠性是测控通信系统必备的性能.本文结合基于UDP协议的测控通信软件的特点,针对提高系统的效率和实时性,提出了数据发送定时器设计的新方法,它包括数据发送缓冲区队列、数据发送定时器的定时算法、数据发送定时器的定时值、数据发送缓冲区的空间收集等四个部分.经过测试,本设计能够满足测控通信系统功能的要求.     

相位噪声对WiMAX系统的影响

多电平正交幅度调制(Quadrature Amplitude Modulation,AM)对载波的相位噪声非常敏感.针对WiMAX通信系统研究了相位噪声对QAM性能的影响,推导了16QAM误码率公式.实际设计制作了针对WiMAX通信系统的本振源,并在WiMAX完整的通信系统中进行了实测,并与理论值进行了比较.     

混合式频率合成技术对多普勒频移补偿的研究

在航天测控领域中,测控系统的动态捕获、跟踪性能和测量精度是非常重要的因素.为检测雷达的动态捕获、跟踪性能和测量精度,在多普勒频率模拟器中,采用混合式频率合成技术(DDS+PLL).对直接数字频率合成技术和锁相环技术进行了分析,提出了设计方案.该技术可以实现高精度、快速率的频移补偿,且不会影响原有信号的相位特性,使用该方法解决了小频率间隔与低相位噪声输出之间的矛盾.并且具有频率分辨率高,输出相位噪声低的优点,同时具有较好的杂散抑制性能.     

基于多通信模式的分布式测控系统设计与应用

基于车辆新型供电体制测试需要的目的,综合虚拟仪器技术和多种通信网络技术,构建了一个包含多种通信模式的分布式测控系统;并采用虚拟仪器软件LabWindows/CVI,借助串行通信技术和以太网络技术,编制应用程序;实现各子测控系统数据采集、初步分析和控制指令发布的功能;完成各子测控系统与远程监控终端的数据传递,使远程监控终端对整个系统运行的情况进行直观的实时图形化显示,并能对整体的实验数据进行统计、分析和实验结果的输出.     

A new autonomous celestial navigation method for the lunar rover

A secure and autonomous navigation system is needed for the lunar rover in future lunar missions in case of emergencies. Celestial navigation is a very attractive solution for long distance navigation on the Moon without the need of ground navigation aids. It only uses star altitudes, which are measured by a high accuracy star sensor and inertial measurement unit (IMU) to estimate the position of the rover. The navigational accuracy of this method depends largely on the accuracy of measurements, so the measurement errors have a great impact on the navigational performance. A new autonomous celestial navigation method for the lunar rover is presented in this paper, which uses the augmented state unscented particle filter (ASUPF) to deal with the systematic error and random error in the measurements. The validity and feasibility of this new method is tested and examined by the hardware-in-loop test. A position estimation error within 60 m is obtained. Compared to the conventional method, this method shows better navigation performance and higher adaptability to these measurement errors.     

石英晶体微天平在月尘累积量测量中的应用

针对月尘问题,提出了一种基于石英晶体微量天平的月尘累积分布的测量方法,用于月面环境月尘累积质量的原位测量。通过涂覆粘性膜,解决了月尘颗粒与石英晶体电极表面结合力不足的问题,并进行了真空环境下标定实验。实验结果表明,所设计的SQCM传感器的质量灵敏系数为5.63×10-9 g/（cm2·Hz）,测量量程可达1.29×10-4 g/cm2。目前已搭载嫦娥三号探测器开展月面长期月尘累积质量的测量。     

编队卫星相对位置测量信息自主确定月球引力场的方法

针对月球远月面引力场的数据不能直接测量而导致其测量精度不高的问题,提出了一种基于双星编队的月球引力场自主确定方法。该方法考虑到月球引力场对编队卫星相对运动的影响,通过扩展卡尔曼滤波算法对星间距离测量数据的处理,利用观测量的测量值与一步预测测量值之间的偏差来修正一步预测状态值,从而得到状态估计量,即实现了卫星自主定轨以及月球引力场的自主确定。仿真结果表明,根据对编队卫星在7 430s内的相对位置测量数据的处理,卫星轨道位置和速度确定精度分别能达到5.04m和6.07×10~(-3) m/s;月球J2项摄动常数的精度能达到9.14×10~(-8) ;月球引力场常数的精度能达到3.47×10~7 m~3/s~2。此结果能在一定程度上改善现有的月球引力场模型,为我国"嫦娥工程"提供更多的技术资料。     

管道中涡轮流量计流动噪声的测量分析

涡轮流量计是测量管道中流体流量的常用仪器,但其测量过程中会产生附加噪声,影响管道系统中流体机械流动噪声的测量研究。在离心泵流动噪声试验系统上对涡轮流量计测量过程中产生的附加噪声进行了测量分析,搞清了其声学特性及其对流体机械流动噪声测量的影响,提出了在流体机械流动噪声测量过程中消除涡轮流量计流动噪声的方法。     

卡尔曼滤波系统和量测噪声自适应估计的关联性

卡尔曼滤波是惯导系统(INS)/GPS组合导航的主要算法之一,Sage-Husa算法是在卡尔曼滤波基础上,为减少系统噪声和量测噪声的不确定性对误差估计的影响而采用的自适应估计方法.对Sage-Husa算法提出了4条改进措施;并通过在3种数据扰动情形下的仿真计算发现,只对一类噪声做自适应估计更容易产生较大的偏差,对系统噪声和量测噪声两类噪声同时做自适应估计,其效果要优于只对一类噪声做自适应估计,把此现象定义为卡尔曼滤波的系统和量测噪声自适应估计的关联性.这个结果不同于一些文献的观点.此项研究对自适应卡尔曼滤波在INS/GPS组合导航的工程化应用有较高的实用价值.     

基于异质多传感器的网络分布数据融合的一种算法

针对多异质传感器数据融合能够实现信息互补,改善目标跟踪精度,提出了一种异质多传感器异步量测融合算法,即首先将量测方程线性化,再在砷合中心通过建立伪量测方程,得到同步的量测数据,然后利用噪声相关的伪序贯思想进行融合处理得到全局估计,与现有算法进行仿真比较,结果表明了该算法的有效性。     

全相位FFT在导弹自动驾驶仪测试中的应用

自动驾驶仪是导弹的姿态控制系统,其性能好坏决定了导弹飞行的稳定性。为了精确测量其性能,对导弹自动驾驶仪测试原理和方法进行了研究,进行了正弦信号测量方法的分析,提出了基于全相位FFT数据处理方法,并结合时移相位差校正方法实现正弦形式信号的频率、幅度和相位等参数的精确测量。利用LabVIEW图形化编程软件设计了算法软件,通过仿真试验考察了该算法在无噪、低噪和大噪环境下信号测量精度,结果表明全相位FFT方法在信号频谱测量方面具有精度高、抗噪能力强等优点,满足自动驾驶仪的测试需求。     

滑转率对月球车车轮驱动力学特性的影响分析

应用车辆地面力学理论研究滑转率对月球车车轮挂钩牵引力、驱动效率以及功率消耗的影响.建立刚性车轮与松软月壤交互作用的动力学模型.通过实例对月球车车轮驱动动力学特性进行仿真分析.研究结果表明,车轮的挂钩牵引力、驱动效率以及驱动能耗均受到车轮滑转率的制约.存在一个最优的滑转率区间,在此区间内车轮可获得较大的挂钩牵引力、较高的驱动效率以及较低的驱动能耗.求取轮、地相对速度,对月球车车轮的地面摩擦力功率进行了估算.     

On the estimation of noise covariances in linear discrete-time systems

This paper is concerned with an approach for estimating or tracking the time-varying input and measurement noise covariances in time-varying discrete-time linear systems. The approach is firstly to introduce the estimators for the case where the noise co-variances are unknown constants. (The estimators are defined as the mean squares of the estimators of noises based on all the available measurement data.) They arc then transformed in sequential form, and are subsequently modified by incorporating a fading memory to yield estimates for time-varying noise covariances. The time-varying noise covariance estimates are evaluated as the fading mean squares of the estimates of noises based on all the measurement data up to present time. A numerical example for a simple system indicates acceptable performance of the proposed method.     

A Multisensor Integration Approach toward Astronaut Navigation for Landed Lunar Missions

As experienced by Apollo lunar astronauts, spatial orientation can be affected significantly by lunar environmental conditions such as the moon's altered gravity, lack of an atmosphere, limited spatial references, and different level of reflectivity. To help overcome these challenges, a lunar astronaut navigation system called LASOIS (Lunar Astronaut Spatial Orientation and Information System) has been developed. It can significantly reduce spatial disorientation and improve real‐time navigation capability for astronauts exploring the lunar surface. LASOIS is capable of integrating satellite imagery and sensors mounted on the astronaut spacesuit (including inertial measurement units, stereo cameras, and pressure sensors) by an extended Kalman filter algorithm. The processed navigation information is presented through a wrist‐mounted display system. The system has been tested at three field experiment sites, including Moses Lake, WA, Black Lava Point, AZ, and Haleakala National Park, HI. It is demonstrated that the system has achieved an error rate (or relative accuracy) of 2.4% for astronaut navigation over a traverse of 6.1 km in a lunarlike environment.