一种适用于星敏感器的大角速度下星跟踪算法

传统的星敏感器预报方法是利用当前四元数和陀螺输出角速度来预测下帧姿态四元数,再通过预测的四元数计算视场内恒星的理想星像坐标,最后在这些理想坐标为中心的范围内来获取实际的星像坐标。但是,由于陀螺漂移的存在,随着时间的增加,预测的理想坐标与实际坐标偏差越来越大,获取实际星像坐标扫描的区域越来越大,星敏感器的数据更新率也随之降低。为此,本文提出了一种适用于星敏感器的大角速度下星跟踪算法。首先根据连续两帧的姿态偏差计算星敏感器的角速度,利用角速度来计算星敏感器当前时刻与最近上一帧的姿态偏差。然后以该姿态偏差来预报当前时刻的星敏感器姿态输出,这样不仅提高了数据更新率,而且满足飞行器在大角速度机动时单纯采用星敏感器进行姿态测控的要求。最后,采用2010年外场试验实际观星数据对该算法进行了仿真验证。     

用于星敏感器的马蹄形卡塞格伦反射式光学系统杂散光抑制方法（英文）

星敏感器是惯性天文组合导航系统的关键传感器,星敏感器的光学系统设计及对杂散光的抑制是决定其能否实现测星的主要因素。提出一种改进型的卡塞格伦反射光学系统,该系统通过摆镜折叠光路并实现扫描,压缩了系统的体积,增强了系统的灵活性。进而针对该系统设计了一种基于基生叶结构的遮光罩,利用光线追迹软件在不同方位和俯仰角度入射下对系统进行了仿真分析,结果表明规避角以外的点源透射比可以达到10?9以下,满足系统使用要求。此外,鉴于传统点源透射比方法的计算量较大,还引入了杂散光系数的概念,通过对镜像系统进行反向光线追迹可以将杂散光分离,从而计算出杂散光系数,表征系统对杂散光的抑制能力。该方法可降低计算量,提高设计效率。     

一种基于快速反射镜的星敏感器图像稳定系统（英文）

在机载星敏感器工作过程中,大气抖动和载体晃动将会导致星图模糊产生拖尾,影响测量精度,降低观测效率。基于快速反射镜的星敏感器图像稳定系统通过补偿图像位移保持光路的稳定性。首先利用改进的质心提取算法对星敏感器获取的星图进行开窗搜索,然后在窗口内计算星点质心坐标,以获得星点相对于图像中心的脱靶量。控制系统根据脱靶量驱动音圈电机,带动快速倾斜镜反向位移,补偿外界运动,将星点控制在图像中心,以达到稳定图像的目的。研究结果表明,当系统的校正频率为100Hz,曝光时间为8ms时,图像晃动的幅度可减小约3个像素。载体运动对成像的影响基本消除,同时大气抖动导致的图像抖动也被大大改善,系统的观测效率得以显著提升。     

面向星敏感器的星模式识别算法

介绍了到目前为止出现的所有面向星敏感器的星模式识别算法,它们是概率统计算法、三角形算法、匹配组算法、网格算法、奇异值分解算法、神经网络算法和遗传算法,并分两组比较了它们的性能,给出了具有指导意义的结论。     

多探头星敏感器星图融合姿态确定精度

针对多探头星敏感器星图融合姿态确定精度问题做了研究。首先提出多探头星敏感器星图融合方法;其次在此基础上以三个探头为例,推导了三探头星敏感器星图融合姿态确定误差协方差矩阵公式;然后利用协方差椭球对该协方差矩阵的性质做了详细分析,明确了探头间构型、星图融合参考系选择以及各探头星点选取等因素对星图融合姿态确定精度的影响关系;仿真结果表明,最优构型的多探头星敏感器通过星图融合可输出同精度的三轴姿态,并且光轴精度较单探头星敏感器提升了30%。研究成果对多探头星敏感器的工程研制具有理论指导意义。     

火箭上面级星敏感器/陀螺组合定姿实时仿真系统

针对运载火箭上面级惯性导航设备提供的姿态信息随时间累积而误差逐渐增大的问题,提出了基于扩展卡尔曼滤波的星敏感器/陀螺组合姿态确定算法,并为加快工程样机研制设计了基于Matlab/dSPACE平台的实时仿真系统。基于地心第二轨道坐标系和上面级体坐标系,给出了姿态角定义,推导了姿态转换矩阵。通过分析组合定姿方案和姿态状态估计方法,设计了基于误差四元数的滤波器;为减少算法的计算量,采用了离线计算次优增益矩阵的方法。进行了星敏感器在回路中的半实物仿真。仿真结果表明组合定姿精度优于50″,且能够准确估计陀螺常值漂移。该算法精度高,速度快,实时仿真系统具有很好的参考和应用价值。     

一种双星敏感器联合确定船体姿态方法

单星敏感器横滚测量精度偏低会影响航向测量精度,采用双星敏感器联合的方法可以有效提高船姿精度,其中关键是蒙气差修正和联合姿态确定方法。目前蒙气差修正一般采用基于恒星观测矢量的修正方法,联合姿态确定方式一般采用基于双视轴指向联合的方法。以上在蒙气差中需要引入初始船体姿态,而且修正迭代解算过程复杂,再者单星敏感器需要识别4颗以上恒星才能获得视轴指向,如果其中一个无法获得视轴指向,双星敏感器无法解算船体姿态。针对上述情况,提出了一种新的双星敏感器联合确定船体姿态的方法,包括基于恒星参考矢量的蒙气差修正方法和基于恒星观测矢量的联合姿态确定方法。基于该方法蒙气差修正不再需要初始船姿,而且在理论上只需双星敏感器各自至少有1颗可识别恒星,即可完成船体姿态角的解算。试验结果表明该方法降低了双星敏感器获取船体姿态角所需的可识别恒星数量限制,提高了双星敏感器获取船体姿态的能力。     

在飞航导弹中用星敏感器修正捷联惯导陀螺漂移

星敏感器是一种高精度的姿态测量装置。研究了星敏感器和陀螺的特点,对星敏感器工作原理和修正陀螺漂移技术进行了原理分析。在不利用外界提供的姿态和位置信息的情况下,采用卡尔曼滤波的信息融合算法,建立组合导航系统的状态方程和量测方程,利用星敏感器输出的载体相对于惯性空间的姿态信息来修正捷联惯导的陀螺漂移。设计飞航导弹的典型飞行轨迹,通过数学仿真,对上述算法的有效性进行了验证,结果表明星敏感器能够有效地补偿捷联惯导由于陀螺漂移带来的误差,明显提高了导航定位精度。     

时间相关噪声条件下的捷联惯导/星敏感器组合导航方法

针对星敏感器测量信息含有时间相关测量噪声和振动环境下惯性传感器带来的时间相关系统噪声问题,在不增加滤波维数的基础上,提出了一种基于改进卡尔曼滤波的捷联惯导/星敏感器组合导航方法。分析了时间相关噪声对状态估计的影响,构建了基于时间相关噪声模型下的状态方程和量测方程,详细推导了改进卡尔曼滤波方程,给出了组合导航方法。利用仿真对所提方法进行了验证,仿真结果表明,组合导航方法取得了400 m/1200 s的导航精度;在时间相关噪声条件下,与标准卡尔曼滤波相比,基于改进卡尔曼滤波的组合导航方法定位精度提高了50 m,是有效可行的。     

卫星三轴姿态确定系统的光纤陀螺/星敏感器组合技术研究

为了满足卫星三轴姿态确定的精度要求，提出了基于状态估计法的星敏感器和光纤陀螺组合的方案，并设计了相应姿态确定算法。通过仿真证明：此方案能达到高精度卫星姿态确定系统的要求。     

A method for the selection of sensor and actuator locations

A new and efficient technique for determining optimal locations of sensors and actuators of intelligent structures is presented. The optimization of sensor and actuator locations is based on the 1st order singular value perturbations of observability and controllability. Using this method the optimal placements of sensors and actuators of the intelligent structurer can be selected. Two numerical examples are given to demonstrate the applications of the method. The impulse responses of structures due to different locations of actuators with the same control law are analyzed in detail. The project supported by the National Natural Science Foundation of China and the Mechanical Technique Development Foundation of China     

A measurement method of scattered light photoelasticity using unpolarized light

This paper describes an automatic measurement method for the stress analysis of a three-dirnensional photoelastic model having the rotation of the principal stress by scattered-light photoelasticity using unpolarized light. The relative phase retardation and the principal stress directions of a linear retarder for a distance in the solid model are expressed in terms of measurable Stokes parameters. The method was used for measurements on a frozen stress sphere under diametral compression.     

A matrix method for describing unpolarized light and its applications

A matrix method for describing fully depolarized light is proposed. According to the properties of fully depolarized light it is proved theoretically that this column matrix (Jones vector) can be used to describe unpolarized light as well. Thus, it enables the problems of holographic photoelasticity, including holographic photoelasticity of unpolarized light, to be simply treated by using a unified matrix calculus (Jones calculus).     

A dual-observation method for determining photoelastic parameters in scattered light

A dual-observation method is developed for determining photoelastic parameters in scattered light. Using this method, the intensities of scattered light along two directions of observation, making an angle of 45 deg in a plane normal to the beam, are recorded simultaneously without rotation of either the beam or the model. Photoelastic parameters are evaluated from these records. The theory of the method, the apparatus and techniques, as well as an illustrative experiment, are reported.     

一种临近空间飞行器动态拖尾星图复原方法

临近空间飞行器飞行速度快,机动性强,飞行过程中的大姿态机动会导致星敏感器拍摄的星图出现拖尾现象,从而使天文导航的计算结果出现较大的误差甚至失效。针对这一问题,采用IMU量测信息辅助设计动态拖尾星图复原算法,针对传统维纳滤波无法对光轴向角速度引起的拖尾进行有效复原的缺陷,提出了一种图像分割分布式拖尾星图复原方法。通过图像分割对不同图像区域的星点进行分布式维纳滤波,完全适应三轴角速度变化。搭建了天文导航虚拟验证仿真平台并进行了仿真验证。仿真结果表明,图像分割分布式拖尾星图复原方法可对拖尾星图进行有效复原,复原后姿态精度可维持在20"(3σ)以内,质心提取精度提高20%,姿态精度提高10%。所提出的方法能有效提高动态环境下天文导航系统的适应能力,对未来临近空间飞行器天文导航算法的设计具有一定的参考价值。     

基于半球谐振陀螺与星敏感器的星载姿态测量系统实现

为满足长寿命卫星对高精度、高可靠、低功耗、轻重量的姿态测量系统的需求,构建了一种基于半球谐振陀螺与星敏感器的星载姿态测量系统。针对国产半球谐振陀螺和加速度计结构特点,建立了惯性器件配置结构,完成了系统的相关标定,开发了以四元数为基础的姿态算法,利用卡尔曼滤波技术,将惯性姿态测量系统与星敏感器进行组合,实现了工程样机设计。测试表明,在实验室环境下,静态姿态精度达到13.9″(峰值),动态姿态精度达到15.4″(峰值),所研制的工程样机的精度指标能够满足高精度卫星的使用要求。     

变厚度薄板静力分析的一种方法

应用有限元法 ,建立了变厚度薄板三角形单元刚度矩阵 ,给出了变厚度薄板三角形单元形心上的应力和位移计算的数学模型。通过对某型反坦克导弹弹翼进行静力分析和实验比较 ,表明采用这种模型进行分析合乎结构设计精度要求