中继卫星在轨控制技术研究

针对中继卫星轨道、姿态和天线指向控制高度耦合的特性,研究了适应中继卫星特性及工作模式的在轨控制技术.分析了地球形状、太阳光压、日月引力等中继卫星轨道摄动;在此基础上,设计了中继卫星平台控制中的东西、南北位置保持环和控制策略;并在考虑轨道、姿态限制基础上,建立了中继卫星天线指向控制计算模型,分析了天线指向控制模式及捕获跟踪控制流程;从而从卫星平台控制和天线指向控制两个方面研究了中继卫星在轨控制技术.     

二维指向镜的成像特性分析

目标搜索和跟踪一体化的光电探测系统常采用二维指向镜与面阵凝视成像探测相结合的技术方案.本文在光学矢量反射理论的基础上,对二维指向镜的成像特性进行了分析,给出了扫描轨迹的计算,指向镜摆动角度与视线角之间的关系.当指向镜绕两轴转动时,物体反射像也随着指向镜的转动产生像旋,扫描轨迹呈非线性变化.文中讨论了多元探测器像旋角的计算和对跟踪系统的影响,为软件校正像旋和二维控制实现精确跟踪提供理论参考价值.     

分布式卫星 INSAR 系统中天线指向误差分析

基于分布式卫星INSAR(Interferometric Synthetic Aperture Radar)系统的特点,建立了分布式卫星INSAR系统中天线指向误差和由此引起的天线波束偏离的确定关系,分析了天线波束偏离引起的接收信号信噪比、多普勒中心以及方位模糊比的变化和由此产生的测高误差。根据分析结果和系统设计中的误差分配可以提出对天线指向误差的限制。     

视轴偏心三轴跟踪机架指向精度分析

本文分析了实现大范围空间光电跟踪的视轴偏心三轴跟踪机架的轴系误差.在刚体动力学的基础上,利用姿态变换的方法对视轴偏心的这种新型跟踪机架进行分析,推导出了机架指向精度的具体算法,探索了计算视轴偏心的三轴跟踪机架误差及误差分配的新方法,并针对一跟踪架的具体误差进行了指向精度计算.其中,垂直度误差对指向精度影响最大.     

一种三轴光电跟踪系统指向误差修正的方法

为了提高三轴光电跟踪系统的指向精度,针对三轴光电跟踪系统的光机结构提出了一种具有明确物理意义的指向误差修正模型。首先,根据四元数的旋转变化方法详细分析了各轴系误差对空间目标指向误差的映射关系表达式,然后,通过这些关系式建立三轴光电跟踪系统的指向误差修正模型。实验结果表明,该方法可以将有效的修正系统指向误差,且外符合修正精度高于球谐函数指向误差修正模型,同时该方法在装配调试阶段对预估指向精度具有一定的参考指导作用。     

卫星移动通信系统星间链路几何参数分析

对现有卫星移动通信系统星间链路的分析发现，随着卫星通信系统轨道高度的增加，卫星通信系统星间链路指向的动态调节范围不断扩大，星间链路的相对距离也不能增大，据此进行了对最优化极轨道卫星通信系统星间链路与主要参数的模拟与分析，并得到了一些规律性的结论，为星间链路的设计与建立闰定了理论基础，同时，卫星通信系统星间链路指向性能的周期性规律变化也为星间链路连接过程中最优化搜索算法的建立提供了探索方向和理论依据     

基于激光链路的星间信息传输与仿真研究

星间链路是导航卫星实现精密定轨和自主导航的关键技术之一.导航卫星通过星间链路完成伪距测量和数据交换,维持系统稳定运行的时空基准,保证系统持续提供精准导航服务.本文根据全球导航卫星系统的建设情况和发展趋势,首先对星间观测和信息传输频段进行了介绍,然后从天线特征,多址控制方式和网络拓扑结构等角度分析了常见星间链路的工作体制...     

组合导航系统在车载移动卫星通讯中的应用

介绍了基于捷联惯导SINS/GPS组合导航系统的用于车载移动卫星通讯的卫星跟踪系统,在导航计算上采用自适应卡尔曼滤波技术。实验结果表明天线跟踪卫星的误差小于0 .2°。所研制的车载移动卫星通讯系统已在军事指挥和电视转播中得到成功应用     

雷达与经纬仪的联合定位方法

在测距雷达与经纬仪组成的测量网络中,为了提高目标的跟踪定位能力和获取更多的弹道数据,提出了雷达与经纬仪的联合定位方法.根据雷达与经纬仪实时跟踪目标时的几何关系,推导出目标定位的计算公式.将经纬仪的测角信息和雷达测距信息进行数据融合,得到目标相对于经纬仪的距离,进而确定目标的三维位置信息.分析了定位误差的主要来源,明确了该方法的适用范围.在雷达与经纬仪跟踪远距离目标过程中加以应用.结果表明,雷达与经纬仪间的测量基线越小,该方法的定位误差越接近雷达的测距误差.     

合成孔径雷达平台角运动误差测试系统设计

分析了SAR(合成孔径雷达)天线指向误差对其成像质量的影响及某型机载SAR在商用载机成像飞行时的运动特性,在此基础上设计了针对此类机载SAR的天线稳定转动控制平台,并采用二维仿真转台模拟载机角运动,提出了对角运动误差的测试方案.借助现代虚拟仪器技术完成了对载机角运动误差的高性能测试.通过对所研制的实用样机系统合成孔径雷达天线转动模拟仿真平台的测试,证明采用该方案进行测量其角运动误差精度可达到3°‰.     

星载抛物面天线反射器太阳辐射热流分析

太阳辐射是在轨抛物面天线反射器产生变形并导致其电性能下降的重要因素。针对天线轨道位置的时变性及抛物反射器的几何特点,讨论了太阳辐射光线与轨道面的夹角、进出地球阴影区的时刻等参数。根据抛物面方程以及太阳光辐射向量,运用几何方法分析抛物面天线的自遮挡作用,并给出了相应的判据,同时利用坐标变换实现天线反射面的对地指向不变。该方法实现对在轨抛物面天线反射器的太阳辐射热流的实时分析,为准确分析反射器的热变形或热颤提供条件。     

Tracking in a ground-to-satellite optical link: effects due to lead-ahead and aperture mismatch, including temporal tracking response

Establishing a link between a ground station and a geosynchronous orbiting satellite can be aided greatly with the use of a beacon on the satellite. A tracker, or even an adaptive optics system, can use the beacon during communication or tracking activities to correct beam pointing for atmospheric turbulence and mount jitter effects. However, the pointing lead-ahead required to illuminate the moving object and an aperture mismatch between the tracking and the pointing apertures can limit the effectiveness of the correction, as the sensed tilt will not be the same as the tilt required for optimal transmission to the satellite. We have developed an analytical model that addresses the combined impact of these tracking issues in a ground-to-satellite optical link. We present these results for different tracker/pointer configurations. By setting the low-pass cutoff frequency of the tracking servo properly, the tracking errors can be minimized. The analysis considers geosynchronous Earth orbit satellites as well as low Earth orbit satellites.     

卫星激光反射器有效反射面积的计算与测试

本文介绍了反射器有效反射面积的概念及计算方法,并用矢量的方法分析了光线在角反射器内部的轨迹.计算了60°位置角的角反射器的有效反射面积,对内切圆角反射器的相对有效反射面积进行了测试,给出了测试结果.分析了角反射器位置角对有效反射面积的影响,以及星载激光反射器的反射面积与卫星轨道高度的关系.理论计算及实测结果表明,当卫星高度低于14625km时,为保证在卫星的可观测区域内,反射器均有较大的反射面积,应对角反射器镀以高反射膜,使反射器的有效反射面积不受反射器位置角的影响.     

车载双联光电瞄准系统的研究

车载双联光电瞄准系统主要由折转光管、自准直经纬仪和相应的调制器组成。系统采用光学手段,通过折转光管实现弹上棱镜和自准直经纬仪之间的光路传递,并对其光学信息进行调制,完成双联装导弹同步实时光电瞄准工作。系统在10分钟内(从发射车进入阵地定点至能给出“瞄准好”信号的时间)无依托瞄准总精度为1.5'。     

基于二维振镜的动态目标实时跟踪与高保真信息采集系统

针对目前视觉跟踪平台研究中存在的大视野与高分辨力不可兼得以及高速运动目标跟踪难以实现等痛点问题,设计了一种基于二维振镜的新型视觉跟踪平台,可以在保证视野范围的前提下,兼顾高帧率和高分辨力特性,实现动态目标50 FPS的实时跟踪以及100倍放大后的高保真信息采集。首先,对基于二维振镜的光学系统进行几何建模,对光路变化与动态视角之间的耦合关系进行分析,完成了双相机协同系统的坐标系变换;其次,针对运动目标实时跟踪任务,采用一种基于动态模板匹配和卡尔曼滤波器的目标检测跟踪算法,以保证目标物体的快速、准确定位;最后,从动态视野范围、响应速度、跟踪目标定位精度及跟踪目标极限速度四个方面对系统性能进行评估,并选择多个典型场景对系统的应用领域进行分析。结果表明：该系统特殊的双相机协同工作模式和极快速的动态响应特性,使其很好地弥补了现有视觉跟踪平台的不足,在智能监控、智慧交通、国防军工等领域中具有广阔的应用前景和极高的研究价值。     

Research on real time detection of departure angle for the laser beam through atmospheric channels

The precision of departure angle detection for the laser beam can be improved by optimizing algorithms by which the high precision and stability of the laser beam pointing and tracking would be obtained, namely, improving the performance and accommodation of the free space optical communications. Atmospheric turbulence-induced optical intensity scintillations have a strong impact on the location precision of the laser spot through the atmospheric channels. Consequently, new requests come into view for the optimization of the algorithms. In the paper, the advantages and disadvantages of the traditional centroid method are analyzed. In terms of variations of laser spot, combined with the requests for real-time detection of departure angle, we proposed a new detection method. The edge of the laser spot on the detection sensor was redefined, and then the redefined spot was used to calculate the departure angle of the laser beam. The results of the simulations and experiments show that the precision of departure angle detection has been improved by more than 16%, which could reduce the effect of detection errors on the tracking procedure.     

雷达光电经纬仪外测数据的融合处理方法

为了提高飞行器的事后定位精度,提出了一种基于多台雷达光电经纬仪外测数据融合的处理方法.给出了雷达光电经纬仪外测数据的数学模型,将样条约束方法应用于角度、距离和速度测量数据的融合处理,建立了飞行器位置参数和设备系统误差的联合求解模型,通过充分利用雷达测量数据来增加模型的冗余度.仿真结果表明,与单纯的角度数据融合相比,角度、距离和速度测量数据进行融合可以显著提高飞行器位置参数和设备系统误差的估计精度.     

新型碟式太阳能跟踪平台设计和姿态工作空间分析

传统的碟式太阳能热发电系统采用回转支承和螺旋升降机来实现太阳方位角和高度角的跟踪,不足之处在于无法自动调整聚光器镜面单元的位姿以应对外界扰动。采用并联机构来实现太阳跟踪,不仅具有刚度高、跟踪误差小等内在优势,还可以自动调整聚光器镜面单元位姿。若采用传统球铰,由于其物理限制,跟踪机构的偏转能力不能精确满足太阳跟踪角度范围大的技术要求。针对上述问题,采用新型被动球铰,设计了一种基于3-RPS并联机构的新型碟式太阳能跟踪平台,并计算了其跟踪角度的范围;同时,通过建立通用3-RPS并联机构的逆运动学方程,结合球坐标搜索法计算了3-RPS并联跟踪机构的姿态工作空间,并结合结构参数对其姿态工作空间的影响规律,确定了各结构参数的最优值。结果表明：当新型碟式太阳能跟踪平台选用新型被动球铰,动、定平台形状为等腰三角形,转动副轴线共面且呈三角形布置,动、定平台的半径比为2以及支链长度为动平台半径的2倍时,其结构符合设计要求且调整后的姿态工作空间满足太阳跟踪所需的角度范围。研究结果可为后续的太阳跟踪平台结构设计和参数优化提供参考。