用于空间飞行器交会对接的CO_2相干激光雷达

本文综述了用于空间飞行器交会对接的ＣＯ＿２相干激光雷达系统的功能、设计及工作原理，并提出了用于我国空间飞行器自主交会对接的ＣＯ＿２相干激光雷达的技术方案。初步研究表明，所设计的ＣＯ＿２相干激光雷达用于空间飞行器交会对接中测量目标的距离及姿态是可行的。     

小倾角下空间后方交会算法辅助的SINS/GPS姿态位置解算

利用航拍图像匹配技术辅助导航系统参数解算,通常要求飞行器姿态角近似为零。提出借用航空单像空间后方交会算法实现小倾角下SINS/GPS组合导航系统的姿态位置估计。推导了载体与航拍镜头固连且横滚角、俯仰角不为零情况下,以SINS输出的姿态角作为参数对航拍图片进行仿射变换的公式。进一步提出用上述仿射变换后的航拍像片参与地图匹配,匹配所得的控制点经空间后方交会解算,结果用以修正组合系统姿态和位置量。仿真试验表明:在静态小倾角情形下,方法能够减小迭代次数,缩短导航解算时间;即使在倾角达到20°,仍可不失效地为载体提供位置姿态信息。模拟飞行器直线平飞动态情形,验证了所提出的辅助算法可获得较好的位置估算精度。     

一种GPS载波相位差分相对定位算法

导航定位技术是空间卫星交会对接任务的关键技术。导航定位精度要求达到厘米级,工程实现难度大。为了解决该问题,本文基于卫星交会对接任务需求,提出采用GPS载波相位差分相对定位算法对卫星进行高精度导航定位。该算法利用测量之间的强相关性,通过误差消除获得高测量精度。同时,本文应用该算法结合星载GPS天线进行了外场试验验证。试验结果表明,GPS载波相位差分相对定位算法精度达到厘米级,可以满足卫星交会对接任务的导航定位测量要求。     

偶极声波实现钻前地质探测的方法研究

针对随钻地震技术在声波长距离传播导致的衰减和信号混叠等问题,本文提出采用井下发射和接收声波的方式,利用偶极声波实现前方地质情况探测。结合数值模拟结果,分析了偶极辐射声场和反射声场特征,重点讨论了反射波信号与钻头前方反射面之间的关系。结果表明,偶极横波在低倾角反射面的反射强度较大,尤其是SH波具有振幅强、倾角覆盖范围大的特点,可以用于前方地质情况探测。偶极横波还表现出了较高的方位灵敏度,有助于识别前方反射体的方位。     

机载光电平台目标交会定位

根据直线交会测量原理,构建了机载光电平台目标定位数学模型。首先建立5个坐标系,确定了坐标系之间的变换关系,在地心直角坐标系下,根据光电平台观测目标的方位和俯仰角度参数,结合飞机的位置和姿态测量参数,通过坐标变换确定从光电平台到目标之间的观测直线方程。选择一组目标观测直线建立目标交会测量目标函数,根据最小二乘原理,建立关于直线交会点坐标的线性方程组。解出直线交会点的三维坐标并根据从地心直角坐标系到大地地理坐标系的变换关系,计算目标的大地经纬度和高程坐标,通过样本数据进行交会定位精度实验。实验结果表明,本文方法定位结果和实际测量数据接近,经度误差为0.65",纬度误差为0.82",高程误差为5 m,验证了本文方法的准确性。本文方法有效可行,对机载光电平台目标定位具有实用价值。     

近地小行星与地球的交会问题

小行星是太阳系最重要的一类小天体 ,而近地小行星的运动又特别引起人们的关注 ,其焦点之一是与地球的交会问题 .研究这类小行星的轨道演化 ,通过分析比较 ,给出了合理的力学模型和相应的算法 ,对已正式编号的近地小行星进行了计算 ,所获得的与地球交会的最小距离及相应的交会时刻与国际小行星中心 (MPC)公布的结果相符     

光电经纬仪测量精度指标的确定

光电经纬仪测量元素误差是外弹道测量中最主要的误差源。为了保证外弹道的测量精度，就应对光电经纬仪的测量精度进行合理设计。通过数学解析的方法，推导建立了2个简洁的公式：1）单站定位体制下弹道点位精度和光电经纬仪测角、测距精度以及目标斜距、高角之间的数学表达式；2）对称交会测量体制下弹道点位精度和光电经纬仪测角精度以及目标斜距、交会角之间的数学表达式。这2个公式为光电经纬仪精度指标的设计论证提供了理论依据。     

多摄像机空间交会动态测量中遮挡问题的研究

遮挡问题是现有多摄像机测量网络在进行空间交会测量时存在的一个重要问题。当测量过程中有遮挡发生时,某些特征点可能仅能被一个像机观测到,传统的前方交会测量方法将不再可行。为了解决这一问题,通过特征点的几何约束来求解特征点位在全局坐标系下的粗略位置作为进一步迭代优化的初值,并根据可用的特征点(可以是能被所有像机观测到,也可以是仅被部分像机观测到)的多光线约束来建立最优化目标函数,通过迭代算法最终解算得出被测目标可靠的位置姿态。实验结果表明,该方法在解决实际应用中遮挡问题的同时,也能提供较高的测量精度。     

载波相位差分相对定位在航天器对接中的应用

将GPS载波相位差分技术应用于航天器自主对接,提出了一种在单频接收机条件下的整周模糊度快速求解方法,首先采用载波相位平滑伪距差分技术进行相对定位,估计模糊度的浮点值,而后通过LAMBDA搜索法求解得到整周模糊度,最后通过最小二乘方法实现相对定位。该方法求解过程简单,并可在基线较长情况下解算模糊度。仿真结果表明,当两航天器相距小于100km时,通常20s即可求解模糊度,最长不超过45s。模糊度确定后,采用整周约束解进行相对定位,相对定位的均方差为0.006m,能很好地满足航天器对接的精度需求。     

实时数据驱动的交会对接仿真平台设计与实现

航天器地面综合测试时,为了在测试数据显示基础上,动态展示航天器交会对接过程,验证交会对接飞行方案的正确性,为航天员手控交会对接训练提供支持,设计航天器交会对接仿真系统,给出交会对接仿真平台设计架构。通过对航天器建模、虚拟场景装配、模型驱动方法、阳照区/阴影区绘制、姿态和星下点轨迹计算方法研究,开发实现航天器交会对接仿真平台。平台由实时测试数据驱动,在航天器地面静态测试下,可以实时显示航天器三维飞行状态及星下点轨迹。目前,仿真平台已经应用于航天器地面综合测试过程中,同时,平台可以扩展支持航天器在轨飞行动态展示,丰富了航天器测试和监视手段,具有较高工程应用价值。