基于雷达高度计-星敏感器的卫星自主导航精度分析

考虑到采用多个雷达高度计进行卫星自主定位的不足,提出采用单个雷达高度计,结合星敏感器提供的测量信息,构成雷达高度计—星敏感器的卫星组合自主导航系统。通过大量的仿真实验,分析了地形起伏、可见导航星数目、星敏感器精度、地平仪精度等因素对定位精度的影响,并总结其变化规律,对提高卫星自主定位精度有重要的借鉴意义。     

非合作航天器自主相对导航研究综述

非合作航天器自主相对导航作为与非合作航天器实现空间交会对接过程中的关键技术,是在轨服务技术的重点发展方向之一,其研究具有重要的理论价值与工程意义.针对在轨服务任务对于自主相对精确导航的需求,本文对发展非合作航天器自主相对导航技术的必要性进行了阐述.首先总结了非合作航天器自主相对导航技术的内涵与研究现状;随后分析梳理了非合作航天器自主相对导航过程涉及到的光学敏感器、位姿测量、导航滤波器以及地面实验等关键技术.最后根据研究现状和关键技术的分析指出了非合作航天器自主相对导航目前存在的主要问题并给出后续发展的建议.     

UPF在探测器自主导航中的应用

利用星敏感器和地平仪测量"星光仰角",进行自主导航方案设计.将UPF(Unscented Particle Filter)方法引入导航方案,利用UKF(Unscented Kalman Filter)获得重要性采样函数的同时,通过重采样解决了粒子耗尽问题,改善了系统性能.并与标准粒子滤波方法相比较,通过仿真验证了该方法的优越性.     

基于紫外敏感器的卫星自主导航

卫星自主导航是指卫星不依赖地面支持,而利用星上自备的测量设备实时地确定自己的位置和速度,它是未来卫星导航的必然趋势.紫外敏感器具有精度高、体积小、可以实现多个敏感器功能的特点,利用地球成像的大小和位置以及恒星的位置可以获得卫星的导航信息.为了精确获得卫星导航信息,给出了轨道动力学模型,重点研究了地心矢量的确定方法,地心矢量的准确确定是精确导航的关键,提出了基于紫外敏感器的卫星自主导航模型,设计了扩展卡尔曼滤波算法,并结合轨道数据和测量数据进行了仿真,仿真结果说明了所提方案的有效性.     

基于多视场星敏感器的姿态确定方法

星敏感器是目前航天器姿态测量精度最高的器件,与传统的单视场星敏感器相比,多视场星敏感器可以实现三轴同样高精度的姿态测量,提高姿态测量精度;针对单视场星敏感器姿态确定问题,推导了以最小代价函数为指标的QUEST姿态确定算法;对于多视场星敏感器,通过坐标变换方法将多个视场的导航星矢量转换到同一视场中,再利用QUEST算法得到航天器姿态;最后仿真结果表明,坐标变换后进行姿态确定得到的姿态数据与单个视场所得的姿态数据相同,验证了方法的正确性。     

一种考虑光照约束的地球同步轨道航天器自主绕飞轨道机动策略

针对地球同步轨道(GEO)航天器的在轨服务航天器自主绕飞问题,为了实现对目标的有效观测,本文研究提出了一种考虑光照约束的轨道机动策略.首先,在HILL坐标系中建立了服务航天器与目标航天器之间的相对运动模型,定义了光照方位角来描述太阳光照对目标航天器观测效果.然后,结合航天器相对运动特性,分析了自主绕飞的形成过程,设计了...     

基于红外地平仪的航天器姿态确定技术

卫星的发展趋向于微小型化,研究小型化、廉价、可靠和中等精度的自主导航系统是非常有必要的.本文提出应用红外地平仪的对地定向航天器姿态确定算法.根据卫星姿态动力学模型建立了基于欧拉角的姿态确定滤波模型.利用地平仪测得的姿态信息,通过卡尔曼滤波器可以确定航天器姿态.进一步提出了姿态确定滤波算法.通过仿真实验,分析比较了模型噪声和测量噪声对定姿精度的影响.仿真算例结果表明,红外地平仪定姿方案可以满足中等姿态精度要求,在对地定向航天器自主导航中具有良好的应用前景.     

基于最小二乘法的月球探测器自主导航

对于地月转移轨道的月球探测器,其受力复杂,轨道动力学方程难以精确建立,因此难以应用已有的基于轨道动力学方程的滤波方法对其进行自主导航.文中提出了以太阳和恒星的天文信息为观测量,采用迭代最小二乘法进行纯几何解析定位来实现月球探测器自主导航的方法.最后还对定位结果的优化的进行了研究.通过数学仿真分析了敏感器精度、观测星个数等因素对定位精度的影响,结果表明这种方法简单可靠,可以作为深空探测自主导航的滤波方案的初值.     

基于电推系统的GEO卫星转移轨道段可测控性优化设计

基于电推系统的地球同步轨道(GEO)卫星需要利用霍尔推进器使其从地球同步转移轨道(GTO)推到GEO轨道,整个变轨时间段长达数月。在整个变轨过程中卫星具有姿态无法保持对地的特点,该特点将会减少卫星可测控时长。针对变轨段卫星姿态不确定减少可测控时长的问题,提出了一种在已有的轨道和姿态条件下,使用梯度下降算法寻找测控天线最优布局的方法,目的是使卫星获得最长的总可测控覆盖时长以及对中继星最长的可测控时长。结果显示通过改动天线布局可以显著地提升对地以及对中继星可测控覆盖时长,同时也能提升转移轨道关键时段对中继星可测控覆盖时长。与为天线增加转台与控制系统这类传统方法相比,该方法可以在不增加成本和质量的前提下,在一定程度上改善了电推卫星的可见性时长,对全电推卫星测控有指导意义。     

基于STK的卫星星敏感器视场仿真研究

研究卫星无陀螺姿态稳定性优化控制问题,针对在轨星敏感器可能会受到太阳光、月光、地气光等杂散光的干扰,从而降低星敏感器姿态测量精度以及有效姿态率等.首先建立了星敏感器视场遇杂散光的数学模型.为解决上述问题,提出用Satellite Tool Kit(STK)仿真软件进行了杂散光进入星敏感器视场的仿真,并给出了星敏感器遇杂散光的时间段、持续时长等信息.研究方法和仿真结果适用于对任意轨道卫星的星敏感器视场进行杂散光研究,并可用来优化星敏感器在星上的安装方位,对星敏感器的工程设计提供科学指导作用.