上海天文台亚厘米级单次测距精度的卫星激光测距试验

2001年8月, 中国科学院上海天文台与捷克技术大学合作在上海天文台进行了亚厘米级单次测距精度的卫星激光测距试验. 采用皮秒事件计时器作为激光往返脉冲的时间间隔测量仪器, 配合原有的发射和接收系统, 对Lageos-1, 2, Starlette, Stella, Topex和ERS-2等卫星进行了测距试验. 分析表明: 对这些卫星的单次测距精度达到了7~8 mm. 为了对比, 原有的测距系统同时对这些卫星进行了测量, 单次测距精度为12~15 mm. 表明新测距系统的测量精度比原有系统提高了约80%. 同时还对原有测距系统的系统偏差进行了检测.     

卫星激光测距中激光脉冲波形变化的理论分析及数值计算

分析了激光测距中脉冲波形变化的物理过程,给出了该变化的数学描述,讨论了脉冲波形变化对卫星质心改正(CoM)和测距精度(RMS)的影响,并对上述变化和影响进行了数值计算.计算结果揭示了激光脉冲波形在各种因素影响下产生变化的规律性,这对于毫米级精度的卫星激光测距系统的设计具有实际意义.     

天王星ε环的控制

解释天王星窄环的长期存在现象 ,研究了天王星ε环在其两颗牧羊犬卫星作用下的动力演化 .采用平面椭圆型限制性三体问题模型 ,其中三体分别为天王星、卫星及环粒子 .基于描述环粒子演化的常微分方程 ,得到了一个映射系统 .对该映射系统的数值研究表明 ,只有那些初始位于卫星共振有序平动区的环颗粒才能被卫星控制 ,从而得以长期存在 .而有序平动区的大小主要取决于卫星的质量和其运动轨道的偏心率 .对于ε环的外牧羊犬卫星Ophelia,只有在其质量约为目前所假设值的 1 / 3时 ,多数环粒子才能被控制 .据此推断Ophelia具有比目前所假设值更小的质量 .     

伪随机序列

在数字通信、测距及跟踪系统中常用伪随机序列来调制信号(即将信号波形用此种序列编码),以达到提高可靠性和有效性或保密等目的.其重要的应用是在测距方面.据报导,早期曾用长度为2~(13)-1=8191的 m-序列于金星测距,在极低的信噪比情况下提取信号,达到极高的测量精度;但这是用长的积累时间换取到的.后来,为了能快速检测,有的深空测距系统用几个短 m-序列的 Boole 组合序列调制连续载波,从而大大缩减了积累时间.伪随机序列亦曾用于可由单人背负的便携式连续波 Doppler 雷达,供前沿侦察之用;在功率相当低的情况下,提供了清晰的距离与速度信息.本文将国外资料中有关伪随机序列的主要结果作一侧重于数学方法的介绍,主要参考资料列在后面.     

基于物联网的活动范围受限人员监管系统的研究

首先介绍了活动范围受限人员监管系统的需求和研究意义,之后给出了系统的总体架构.在此基础上,着重介绍了基于RSSI(Received Signal Strength Indication)的测距原理和高斯模型校验方法,以及利用陀螺仪传感器通过航位推测算法进行方位计算的思想与方法.系列测试和实验结果表明,采用的RSSI测距方法和航位推算方法设计的系统可以有效的应用于活动范围受限人员的监管.     

天王星ε环的控制

为解释天王星窄环的长期存在现象,研究了天王星ε环在其两颗牧羊犬卫星作用下的动力演化.采用平面椭圆型限制性三体问题模型,其中三体分别为天王星、卫星及环粒子.基于描述环粒子演化的常微分方程,得到了一个映射系统.对该映射系统的数值研究表明,只有那些初始位于卫星共振有序平动区的环颗粒才能被卫星控制,从而得以长期存在.而有序平动区的大小主要取决于卫星的质量和其运动轨道的偏心率.对于ε环的外牧羊犬卫星Ophelia,只有在其质量约为目前所假设值的1/3时,多数环粒子才能被控制.据此推断Ophelia具有比目前所假设值更小的质量.     

利用SRD方法监测区域性地壳形变

介绍了一种同步测距差(SRD)的半动力、半几何的处理方法,以取代通常的卫星动力法,利用此方法,根据1985—1990年Lageos卫星的SLR资料,测定了位于著名的San Andreas断层两侧的Quincy和Mnpeak的SLR站间基线矢量的变化率,其结果为 dB_x=15.0±3.4(mm/a), dB_y=20.2±2.5(mm/a), dB_y=15.2±2.6(mm/a), dB=26.9±2.1(mm/a)。     

辛Runge-Kutta方法在卫星交会对接中的非线性动力学应用研究

卫星交会对接问题是实现太空平台等空间系统的关键问题之一.考虑了由于地球引力作用而引起的卫星交会对接中的非线性动力学问题.首先,采用能量方法给出Lagrange函数;然后,通过引入广义坐标和广义动量,以及Legendre变换,得到Hamilton方程;随后,采用辛Runge-Kutta方法求解该Hamilton方程,并与传统的四阶Runge-Kutta方法对比.数值结果表明:辛Runge-Kutta方法能够在积分过程中长时间保持系统的固有特性,为天体动力学问题的研究提供了良好的数值方法.     

白天卫星激光测距系统的设计和实测结果

中国科学院上海天文台首次建立了一套白天卫星激光测距系统 .分析了白天强烈噪声的虚警概率和白天探测单光子激光回波的成功概率 ,详述了该系统的总体设计、性能参数、研制过程、采用的关键技术和卫星实测的结果 .     

卫星姿态跟踪的间接自适应模糊预测控制

对含模型不确定性和未知干扰的卫星姿态系统提出了具有间接自适应模糊补偿的广义预测跟踪控制方法. 首先基于卫星姿态动力学模型设计了非线性广义预测控制律, 再利用自适应模糊系统逼近预测控制律中的模型不确定项, 使得所得到的预测控制算法可实施.证明了当卫星姿态模型中不确定项满足一定条件时, 所设计的控制律可使卫星姿态跟踪误差收敛到原点的小邻域内,并仿真结果验证了所提出方法的有效性.     

卫星姿态的开关式控制

<正> 在人造地球卫星的飞行控制中,一个重要的问题是控制卫星的姿态,即卫星相对某坐标系的定向和角速度.例如使卫星某个轴指向地球,或让卫星绕一轴旋转.某些时候,卫星姿态是用固定在卫星上的喷咀喷气的反作用力矩控制的.在工程上,喷咀只能有两种状态:喷或不喷,而喷气的速度是不加调节的.因此,卫星受到的控制力矩是开关式的,     

基于相对位置测量的分布式卫星自主导航能观性

本文考虑由两卫星组成的分布式卫星系统,研究仅利用星间相对位置测量的自主导航系统的能观性问题;提出局部k阶能观性的概念并将其用来分析非线性系统的能观性,分别得到自主导航系统局部4–6阶能观的充要条件并给出数学证明;通过分析这3个条件与非线性系统能观性秩条件成立的关系,给出并证明自主导航系统能观性秩条件成立的充要条件.     

基于卫星云图的风矢场(云导风)度量模型与算法探讨

对通过卫星云图来识别移动云块、计算风矢的问题进行了探讨.采用以点法式平面方程为核心的空间曲面方程组,实现了视场坐标变换;结合相邻帧差、中值滤波、阈值截取三种方法对卫星云图进行预处理,获得了云块分布;建立了滑动搜索图像匹配模型,并从数据挖掘以及图像特征的角度出发,设计了基于数据和基于统计参数这两种自适应算法,对匹配窗口大小、搜索范围进行优化;最后,为模型的继续改进提出了建议.     

纯引力轨道验证质量辐射计效应分析

纯引力轨道飞行器在精密导航、重力场测量以及基础科学研究等方面具有重要意义,辐射计效应是纯引力轨道验证质量的重要干扰力之一．针对内编队重力场测量系统,利用解析和数值计算相结合的方法,分析了内卫星辐射计效应与内编队系统参数的关系,并给出了适宜于工程计算的内卫星辐射计效应近似函数及其修正因子．分析可知,内卫星辐射计效应与腔体平均压力成正比,与腔体平均温度成反比;随腔体温差的增加而增加,随外卫星腔体半径的增加存在极小值,并且取极小值时外卫星腔体半径和内卫星半径比为常数1.189 4,这一常数是由内外卫星的球形腔体构型决定的,与腔体内温度和压力无关．当内外卫星半径比大于10时,可认为外卫星腔体充分大,此时内卫星辐射计效应与内卫星半径的平方近似成正比,随外卫星腔体半径的变化可忽略．     

卫星研制项目管理决策支持系统研究

卫星工程项目科学管理是卫星研制成功的一个重要保证,本对卫星研制过程进行了分析,介绍了用于卫星工程项目管理和方案论证的决策支持系统（SDPS）,并给出了系统的结构、基本功能、系统流程和实现方法。     

周期扰动下卫星运动系统的动力学性质

本文运用Melnikov方法对平面卫星运动系统在周期扰动下所表现出来的动力学性质进行了探讨.首先运用次谐Melnikov方法给出了卫星轨道在周期扰动下存在次谐周期轨道的条件,并进一步运用同宿.Melnikov方法证实了该系统存在Smale马蹄意义下的混沌性质.     

卫星运动预测及规避的建模与求解

近年来,随着各国侦查卫星系统的不断完善,有效根据观测数据预测卫星的轨迹,同时建立适当的规避防范措施变得尤为重要·通过研究地面监测站监测的卫星数据及地理信息,提出了一种基于三维坐标系变换的卫星轨迹求解模型,具体建立模型的方法为:建立4种不同的坐标系,通过卫星坐标在4种坐标系中的变换,将地面检测站检测到的卫星数据进行处理,拟合出卫星的六个运动参数,得出卫星运动轨迹方程,并较为精准的预测卫星被观测站观测到的情况,以及任意时刻星下点的经纬度坐标.针对卫星的运动情况,为满足我方军事目标的运动需求,根据新疆地图建立军队行军路线的有向图,然后,在考虑卫星规避的情况下对每条路线进行模拟分析,最终,通过每条路线模拟分析的结果进行比对,得出最优的行军路线.     

一种基于序列图像的单镜头测距方法

针对于监视区域目标参数的测量问题,在考虑到被动式实时监控定位与便携性要求的前提下,提出了基于标定点的序列图像单镜头测距算法,并实现了核心测距算法.     

基于约束满足问题的中继卫星调度问题研究

中继卫星任务规划与调度是中继卫星系统应用中的重要问题。根据航天器的空间轨道参数，得到中继卫星与用户航天器之间的可见时间窗口。在此基础上，通过分析中继卫星系统中各种资源之间的约束关系、任务优先级与调度准则，建立中继卫星系统的任务调度模型。仿真结果表明，基于约束规划理论建立中继卫星调度模型是解决中继卫星调度问题的有效方法。     

“清除太空垃圾”是否存在商机呢?

对太空轨道碎片清理的商业运营模式和是否存在商机问题建模进行研究。首先,提出了太空轨道碎片清理公司的商业运营模式,即以清理公司、保险公司和卫星公司为主体的三位一体的系统运营模式;其次,给出私营清理公司商机的定义,通过对运营系统资金费用的分析,定量建立系统正常运营的保险公司最低保单价格和卫星公司最高保险价格求解的模型,并分析了模型的可计算性,给出了商机存在的条件以及商机大小的计算方法;最后,借助于清除效率,建立3种不同轨道碎片清除模式下清除成本的模型,给出了计算不同清除方式下保险公司最低保单价格和卫星公司最高保险价格的模型,验证了定义的商机是合理的并可计算的。