基于Matlab/Simulink的嫦娥一号探月轨道运动的动态仿真

本文建立了嫦娥一号卫星在有心力场中做轨道运动的动力学方程,使用Matlab中的Simulink仿真工具实现了卫星在不同轨道的运动和变换,并模拟了卫星轨道运动的实时高度和角速度.     

基于Matlab/Simulink的嫦娥二号探月轨道运动的动态仿真

建立了嫦娥二号卫星在有心力场中做轨道运动的动力学模型,使用MATLAB中的SIMU-LINK仿真工具实现了卫星在不同轨道的运动,并得到了卫星轨道运动的实时高度曲线。     

卫星组网可视化仿真系统设计与实现

卫星组网是满足未来空间通信需求的有效方式,为实现空间卫星组网的可视化,设计了一种卫星组网可视化仿真系统;系统由星座设计分系统、星座覆盖性能分析分系统、数据处理分系统和可视化分系统组成;在组网过程中,首先在星座设计分系统中设置星座的参数,根据轨道参数模型计算出星座中每颗卫星的轨道参数,并将计算结果输出给星座覆盖性能分析分系统,完成对纬度、区域和全球覆盖效果的分析、评估和显示;仿真结果表明:系统能够对卫星组网进行实时计算和显示,计算精度比STK仿真软件提高12%,系统运行稳定,界面良好。     

滑翔弹一体化实时半实物仿真平台设计

针对滑翔弹飞行控制系统半实物仿真平台研制中的两个关键问题—仿真实时性与一体化建模,建立了一套基于Windows操作系统的半实物仿真平台,开展了在较低成本的工业控制计算机上实现高效、实时的飞控系统半实物仿真研究。文中采取了Real Time Extension(RTX)插件扩展系统实时性的方案,既满足了仿真平台1ms精确定时的要求,又大幅降低仿真平台的成本;结合Simulink软件高效、安全的基于模型设计的解决方案,建立了扩展实时Windows系统下自动生成代码与手工代码混合编程的方法,重点解决了一体化建模方案在实时平台中的集成问题,并进行了仿真平台实时性能测试。最后完成了发射高度为海拔4 800 m,初始速度为202 m/s以及不同误差组合条件下的滑翔弹半实物仿真试验,整个飞行过程中侧滑角都稳定在-3度与3度之间,满足飞控系统稳定裕度要求。     

人造地球卫星的运动规律

与由苏联人造地球卫星的出现有关,从许多方面提出了问题:它如何发射?何以能飞行? 本文不准备对所有作用于人造卫星的外力、如地球的非正球形及大气阻力等,作高度精确的叙述,只对某些基本关系及规律提出基本的知识,这些关系与规律包括利用多级火箭使卫星加速及卫星环绕地球的运动。在第一级近似中略去月球,其他行星及太阳对卫星飞行的影响,可将卫星在地球引力场中的运动表示为如下的情形。要使人造卫星围绕地球沿圆形轨道运转而不落到地面上,必须要依据达朗伯原理,使卫星在规定轨道高度上的重力等于离心力。以下符号表示的意义     

带噪声模拟仿真星图的实现

本文对星敏感器的姿态参数进行仿真计算,实现了观测星的提取及星图模拟。根据二维高斯分布模型对星点进行灰度弥散;考虑了噪声等因素的影响,实时模拟星敏感器在轨状态下拍摄星空的真实星图。实验证明,通过仿真模拟在轨运行卫星所拍摄的星图,可以为星敏感器星点提取、星图识别、姿态解算等功能算法提供验证。     

RTX实时系统在半实物仿真中的应用

文中介绍了一种应用于红外制导体制半实物仿真系统中的通信接口设计方法,此方法针对以往采用的Windows系统通信不够实时、定时不够稳定等缺点,提出了一种基于Windows+RTX的仿真应用架构,通过增加RTX实时扩展子系统,使得仿真系统的实时性和开发效率得到了大幅提高。探讨了在半实物仿真中开发的要点,给出了一种通用的开发模式及流程,设计了共享内存及任务调度的编写算法共享内存机制的建立,保证了上位机MFC界面与下位机实时通信模块之间的协同工作。经试验测定,该系统应用在红外制导仿真系统回路中具有实时性高、灵活性好、稳定可靠等特点,同时降低了半实物仿真系统的复杂度。     

基于HLA和VEGA的海基靶场半实物视景仿真系统研究

为了在导弹试验任务中给指挥员提供决策支持,设计了一种基于HLA和VEGA的海基靶场半实物视景仿真系统。将三轴飞行转台、目标模拟器、负载模拟器等实物接入仿真系统,采用高层体系结构规范构建仿真系统的联邦架构,设计了联邦对象模型,建立了关键联邦成员的数学模型,解决了反射内存网与HLA的时间推进冲突问题,有效提高了仿真系统数据传输的实时性。采用Multigen-Creator软件建立了各个仿真实体的3D模型,利用Vega软件实现模型的渲染、场景驱动、声音仿真等。通过系统测试,结果表明：该视景仿真系统能够实时驱动各个仿真实体运行,视景画面流畅,图像刷新速率达到30帧/秒以上,满足系统实时性要求。     

地球静止轨道光综合孔径相机的能耗与(u,v)覆盖研究

围绕高分辨率对地观测实时成像需求,研究了地球静止轨道分布式卫星光综合孔径相机的能耗情况和空间频谱(u,v)覆盖情况.从静止轨道卫星动力学特性出发,分析了在天底对地观测和斜向对地观测两种情况下,维持分布式卫星编队飞行组成的光综合孔径阵列的收集器卫星的能耗情况,并给出仿真计算结果;从高质量成像需求出发,研究了实时成像情况下,对地面天底观测和对地面纬度为20°情况下的斜向观测两种情况下,不同时刻的(u,v)覆盖变化情况.研究方法和研究成果也可以扩展应用到其他天基轨道(如低轨道、深空探测轨道)的不同波段(如毫米波、微波)的综合孔径成像情况,对于发展中国空间对地观测高分辨率成像遥感等,具有重要的参考价值.     

复杂星空背景下的空间目标快速捕获算法

针对现有方法在大视场、高灵敏度条件下星空背景复杂导致的空间目标捕获速度慢的问题,利用大视场星图识别的优势,提出了复杂星空背景下的空间目标快速捕获算法.采用分级曝光策略,基于短曝光获取有限数量的恒星以大幅度提高星图识别速度;利用二维最大背景估计方法,实现星图预处理,获得质心数据信息;最后基于星图目标序列剔除自然天体.通过星图目标排序横向剔除,保证剔除准确性的前提下有效提高了剔除效率,实现了空间目标快速捕获.仿真试验结果表明,本文方法快速性好、准确率高,与已有算法中较快算法相比,目标捕获所用时间减少41.92%.     

基于DSP + FPGA的PMSM控制系统设计与实现

面向低轨卫星载荷测试中可灵活配置和小体积宽带信号模拟的需求,采用了AD9361和Zynq-7000构成了信号模拟系统,AD9361射频捷变芯片具有宽带、小型化特点,基于SOC架构设计的Zynq-7000运行Linux操作系统,可完成低轨卫星轨道的位置、速度以及卫星接收信号的多普勒值计算,Zynq-7000通过寄存器实现对AD9361射频捷变芯片参数配置,同时将接收信号多普勒值计算结果通过AXI总线实时设置AD9361射频捷变参数可实现70MHz至6GHz低轨卫星载荷接收信号的模拟。论文给出了基于Zynq-7000芯片Linux操作系统下实时轨道参数和信号参数计算的流程和结果,测试了AD9361射频捷变芯片模拟生成的低轨卫星载荷接收信号性能参数。     

天空背景辐射亮度测量与研究

天空背景辐射亮度在空间目标探测与识别中有着重要作用,为了对其进行研究,介绍了天空背景辐射参数测量系统,与法国CIMEL公司研制的CE318太阳辐射计进行对比实验,取得了较好的一致性。利用天空背景辐射参数测量系统,在空间某目标过境时段,对其运行轨道上的天空背景辐射亮度参数进行了测量,通过对数据分析与研究,初步得出了该空间目标过境时段轨道上的天空背景辐射亮度参数变化特征,为应用研究提供了重要信息。     

同步卫星扫描视锥与轨道的绘制算法

为了模拟同步卫星在外太空的飞行状态,建设先进的同步卫星模拟仿真系统对于卫星的研制与性能分析有着重要的意义;由于卫星是在特定的轨道上飞行,所以对卫星轨道的绘制建模是卫星模拟仿真系统开发中关键的一环;在这篇文章中介绍了同步卫星与地面观察站通信过程中的扫描视锥与同步卫星运行轨道的绘制算法,重点探讨了基于OpenGL基本矢量图元的绘制以及利用世界坐标系和向量的方法对在绘制过程中所需数据的求解过程;分析了根据同步卫星的运行姿态与其所在轨道的位置来确定同步卫星扫描视锥的角度;最后通过一个虚拟世界的3D引擎验证算法的可行性与绘制效果。     

Satellite-station time synchronization information based real-time orbit error monitoring and correction of navigation satellite in Beidou System

Satellite-station two-way time comparison is a typical design in Beidou System(BDS)which is significantly different from other satellite navigation systems.As a type of two-way time comparison method,BDS time synchronization is hardly influenced by satellite orbit error,atmosphere delay,tracking station coordinate error and measurement model error.Meanwhile,single-way time comparison can be realized through the method of Multi-satellite Precision Orbit Determination(MPOD)with pseudo-range and carrier phase of monitor receiver.It is proved in the constellation of 3GEO/2IGSO that the radial orbit error can be reflected in the difference between two-way time comparison and single-way time comparison,and that may lead to a substitute for orbit evaluation by SLR.In this article,the relation between orbit error and difference of two-way and single-way time comparison is illustrated based on the whole constellation of BDS.Considering the all-weather and real-time operation mode of two-way time comparison,the orbit error could be quantifiably monitored in a real-time mode through comparing two-way and single-way time synchronization.In addition,the orbit error can be predicted and corrected in a short time based on its periodic characteristic.It is described in the experiments of GEO and IGSO that the prediction accuracy of space signal can be obviously improved when the prediction orbit error is sent to the users through navigation message,and then the UERE including terminal error can be reduced from 0.1 m to 0.4 m while the average accuracy can be improved more than 27%.Though it is still hard to make accuracy improvement for Precision Orbit Determination(POD)and orbit prediction because of the confined tracking net and the difficulties in dynamic model optimization,in this paper,a practical method for orbit accuracy improvement is proposed based on two-way time comparison which can result in the reflection of orbit error.     

基于光谱靶标的光学遥感器光谱响应特性在轨评估方法研究

多光谱遥感技术在研究地表生物量、气候变迁和自然灾害预报等方面有重要应用,遥感器的光谱敏感度与遥感数据的定量化存在相关性。遥感器在轨运行期间,受空间辐射、温度剧变和化学分子污染或宇宙尘埃等因素的影响,光学系统光谱敏感度产生退化,导致测量值与真值出现偏差,影响影像产品的精度。在已有工作的基础上,提出了一种简化的基于人工光谱检测参照的光谱响应特性在轨评估方法,通过建立光谱响应函数的退化模型,结合光谱靶标反射率的测量结果与影像反演结果,实现遥感器光谱响应特性的在轨评估。经仿真实验与在轨实验验证,该方法可以有效实现对光谱响应函数波长漂移和带宽缩放变化的检测,并有利于提高遥感器长时间序列数据产品精度和多种遥感器数据产品的综合利用水平。     

星光掩星探测技术的轨道模拟结果分析

星光掩星技术是利用恒星光谱进行地球及其他行星大气痕量成分密度、温度、气溶胶等测量的有效手段。该探测原理主要是根据不同的大气成分在恒星光谱的不同位置上表现出不同的吸收特征,具体表现在:紫外波段可进行臭氧、氧气、氢气等的测量,可见光谱段可探测二氧化氮、三氧化氮、氧气等,红外可探测水蒸气、气溶胶、甲烷、二氧化碳、氧气等。星光掩星的实现过程为:当LEO卫星和恒星分别位于地球的两侧时,恒星发射的光经过地球大气的吸收、散射等作用,被另一侧的LEO所接收,即构成掩星观测。根据光谱流量得到恒星的视星等范围,给出恒星在天球坐标系中的分布和不同的光谱型,以及利用各光谱型可探测的大气成分,再利用恒星和LEO卫星在地固坐标系中的相对位置,进行恒星-LEO星光掩星轨道观测模拟,基本流程为:首先读取LEO卫星的轨道位置以及目标恒星的位置,设置24 h的模拟时间,其次判断是否处于掩星状态,当掩星开始时,计算并输出掩星发生的经纬度、速度等,直至模拟时间结束。其中涉及恒星从天球坐标系转换到地固系的过程, LEO卫星轨道、掩星切点经纬度等的计算。根据模拟流程,计算并分析掩星事件的日观测量、全球分布、持续时间以及漂移速度等,得到以下结果:(1)目标恒星在全天区都有一定数量的分布且具有不同的光谱型,可进行臭氧、二氧化氮等成分的探测;(2)在对星光掩星进行24 h的轨道模拟过程中,日观测量为5 563次,其中包括2 737次上升掩星, 2 826次下降掩星;(3)从全球分布来看,掩星事件主要分布在低纬度,两极最少,其他纬度数量相当,且经度方向分布均匀;(4)根据方位角的分布,正常掩星占比为78.25%,持续时间平均为1.5 min,切点水平漂移在18~600 km;(5)21.75%的侧面掩星事件,其较正常掩星来说,持续时间长,切点的水平漂移速度大,方位角变化也大。该结果为卫星轨道设计和探测载荷设计提供理论指导。     

First observational tests of eternal inflation

The eternal inflation scenario predicts that our observable Universe resides inside a single bubble embedded in a vast inflating multiverse. We present the first observational tests of eternal inflation, performing a search for cosmological signatures of collisions with other bubble universes in cosmic microwave background data from the WMAP satellite. We conclude that the WMAP 7-year data do not warrant augmenting the cold dark matter model with a cosmological constant with bubble collisions, constraining the average number of detectable bubble collisions on the full sky N(s) < 1.6 at 68% C.L. Data from the Planck satellite can be used to more definitively test the bubble-collision hypothesis.     

具有均匀天空背景的高精度静态星模拟器设计

为解决现有星模拟器只关注星图模拟精度而忽略天空背景模拟的问题,设计了具有均匀天空背景的高精度静态星模拟器.重点阐述星模拟器的组成和工作原理,详细论述光学系统优化设计方法.根据模拟器光学系统透镜大、精度高的特点,采用筒套筒的镜筒设计形式;为了保证星图模拟精度,采用激光直写技术制作星点板,刻划精度优于±1μm.测试结果表明:设计的具有均匀天空背景的高精度静态星模拟器的星图模拟精度优于3″,天空背景均匀性优于95％,满足导航敏感器的高精度地面标定与功能测试需求.     

空间激光跟瞄中指向驱动电机运动特性研究

设计了一种深空非合作目标的激光扫描、捕获、跟踪地面实验装置,通过模拟深空同轨道运动的两颗卫星跟瞄过程,在理论上计算了跟瞄装置中光束指向驱动电机的最小加速度和其在跟踪过程中的运动特性。理论分析与仿真结果表明,当卫星偏离光斑中心一定距离时,指向驱动电机先加速后减速,补偿这个偏心,重新捕获跟踪卫星;重新捕获到跟踪所需时间受电机加速度和望远镜探测精度以及探测器响应处理时间影响,其中探测器精度对重新捕获到跟踪所需时间影响较大,探测器响应处理时间要减小到最小;为了使从捕获到跟踪过程中卫星始终在扫描光斑范围内,经纬仪驱动电机的最小角加速度为25.5°/s2。