空间指向测量仪器的多物理场效应研究综述

空间指向测量技术是航天器研制中的基础性和关键性技术之一。多参量、时变性、强耦合的空间多物理场是制约指向测量精度向毫角秒级提升的瓶颈。本文首先对空间多物理场的复杂效应进行了概述;然后从空间多物理场误差的分析抑制、地面标定和在轨标定3个方面总结了国内外空间多物理场误差标定装置和关键技术的研究现状。本文提出,通过精准模拟与感知多物理场,量化重构空间复杂环境,搭建毫角秒级误差标定系统,揭示多物理场耦合效应及误差演化机理,建立完备的多物理场效应分析和误差补偿模型,是突破高精度空间指向测量技术的重要途径。最后,本文剖析了装置研制和空间多物理场效应研究中的关键难题,并对相关技术的发展给出了若干建议和展望。     

基于C-TOF成像的位姿测量与地物目标识别技术研究

深空探测器的功耗和体积有限,任务工况多样,与低轨道地球探测器相比,深空探测器对导航敏感器的任务能力提出了更高的需求。提出了一种基于飞行时间成像的快速位姿测量和地物目标识别技术。为了在保证位姿测量精度的前提下满足对位姿测量时间性能的需求,提出了一种基于深度信息的动态尺度估计方法。该方法提升了物方多尺度变化条件下点云配准的时间稳定性,平均配准时间缩短60%以上,平均配准精度约为0.04 m。为了满足多尺度、多形态地物目标识别的需求,使用了基于轻量化深度神经网络,可根据场景深度信息进行地物检测。结果表明,该方法可对地物特征进行快速感知,在真实场景中的准确率达到70%以上。     

小天体在轨渲染观测技术

提出了一种空间光场中小天体在轨序列图像渲染观测方法,综合小天体的表面反射特性、轨道特性与观测需求,提供目标在观测时刻的位姿序列、光照角度和相机特性等参数,生成符合探测器成像特性的物理渲染图像集.完成了三维基准模型的建立、反射特性文件的生成及物理渲染的光线追迹.由渲染图像真实度检验与地形三维建模实验,针对糸川小行星在特定观测时刻与位置的图像进行闭环模拟观测验证.实验结果表明,通过匹配重建模型的二维投影地形图,图像灰度值配准的平均均方根误差为0.1785,对应小天体地表0.0628 m左右的海拔高差.该渲染观测方法能够有效服务于小天体地形模型重建与相对导航闭环分析环境的搭建.此外,为满足在轨快速解算需求,提出了归一化光谱与灰度响应的快速转化方法,在精度不变的情况下,解算时间为3.48 s,由数小时缩短至秒级.     

高灵敏度空间目标自主探测技术研究

在线捕获GEO远距离暗弱目标,实时监视轨道目标状态对于空间安全具有越来越重要的意义。在灵敏度接近14 Mv情况下,密集恒星、恒星散射光效应将极大影响目标探测。为解决上述问题,提出一种背景稠密恒星同步剔除和空间目标证认方法,利用目标短时间内规律运行的特征,实现目标的捕获、分类和在线跟踪,地面仿真和试验充分验证了方法的有效性和准确性。文中方法对于太阳系内行星、小行星探测等深空项目亦具有重要的借鉴意义。     

基于轨迹一致性检测的空间碎片天基识别方法

针对空间碎片天基观测量与编目数据库在轨关联难题,建立天基光学相机对空间碎片的观测模型,分析在轨应用环境对观测信息的影响,基于碎片轨迹一致性检测设计识别方法。为适应在轨应用的需求,提出了DTW与轨迹形貌差异量化检验融合的空间碎片识别方法。首先,依据DTW原理筛选出与待检测真实轨迹形貌最接近的预报轨迹;进一步,将初选相似轨迹之间的形貌差异量化为轨迹间总误差的标准差;最后,通过统计量检验实现轨迹一致性确认,轨迹一致则碎片成功识别。对所提出方法与轨迹直线拟合参数误差检验识别法进行碎片识别稳定性的仿真与实验对比。结果表明:DTW与轨迹形貌差异量化检验融合识别法是一种更稳定的碎片识别方法,对仿真及实验中的全部碎片及低轨卫星均能实现稳定识别,较轨迹直线拟合参数误差检验识别法稳定性明显提升。文中提出方法具有不受碎片运动特性、观测环境等因素影响的特点,可在卫星感知与防护领域广泛应用。     

基于恒星敏感器的仪器星等修正方法

基于恒星敏感器的仪器星等修正方法主要包括星际消光计算（大气层外）与大气消光计算（大气层内）两部分。通过对SKY2000原始星表的恒星星等进行转换计算,修正后星等差一般为0.5星等左右,且与观测仪器的光谱响应有关。     

新型抗气隙干扰磁弹性扭矩传感器的研究

针对磁头型磁弹性扭矩传感器输出受气隙干扰的问题 ,设计了一种恒定磁通控制和乘积电流补偿相结合的方案 ,并设计相应的励磁和信号放大电路 ,对制作的传感器标定结果表明 ,所设计的方案较好地补偿了气隙干扰 ,灵敏度和线性良好 ,其市场前景广阔。     

基于TOF计算成像的三维信息获取与误差分析

TOF三维成像技术具有帧内并行主动探测、获取景物信息的实时性好、环境光影响小、测量精度高、抗运动干扰性强、平均功耗低等优势,在三维智能感知、工业检测、SLAM等领域有着广泛的应用前景,特别是在自主导航,驾驶控制与智能系统中作为获取实时三维成像信息的传感器得到了迅速发展。研究了两类TOF成像的原理及特点,论述了其系统组成,并将TOF成像原理与其他主流三维成像技术进行了对比,对其主要误差来源和类型进行了归类和分析,研究了测量误差模型。TOF成像作为新一代三维成像技术仍处于发展阶段,可以有效提升智能系统的成像感知能力和测量水平,推动了相关领域的技术进步。