基于加性四元数误差方程的惯性/天文姿态组合算法

针对采用旋转四元数误差进行的组合导航误差建模中状态方程的非线性化问题,提出一种新的惯性/天文组合姿态组合算法,以姿态加性四元数误差和陀螺漂移为状态变量,推导系统线性化状态方程,并以天文导航和惯导姿态四元数之差为量测量,建立系统量测方程,然后利用卡尔曼滤波实现对该组合模式的信息融合,仿真分析表明,所设计的基于姿态四元数误差和陀螺漂移的组合模式能够有效估计系统状态误差,姿态误差0.02°左右,验证了其有效性,可避免较为复杂的非线性滤波器的使用,为工程实践提供了理论支持.     

基于星体跟踪器的天文找北系统

以星体跟踪器为基础，设计了一种天文找北系统。介绍了天文找北系统的结构和工作原理，对找北系统的精度进行了分析。分析表明：天文找北系统结构简单，精度高，对外部误差源不敏感。     

在SDSS DR8恒星光谱中自动搜寻稀有天体

SDSS DR8海量光谱中包含许多有研究价值的稀有天体,如特殊白矮星(DZ,DQ,DC)、碳星、白矮主序双星、激变变星等,如何在海量光谱中自动搜寻稀有天体有着极其重要的意义。提出一种基于核密度估计和K-近邻(K-nearest neighbor, KNN)相结合的方法在SDSS DR8 信噪比大于5的546 383个恒星光谱中搜寻稀有天体。首先对光谱进行高斯核密度估计,选取概率最小的5 000个光谱作为稀有类,概率最大的300 000个光谱作为普通类,然后进行KNN分类,同时也将5 000个稀有光谱的K个最近邻也作为稀有的天体,结果共有21 193条光谱。为了方便分析,对这些光谱聚类后进行人工检查。这些光谱主要包括由于数据缺失、红化、流量定标不准引起的问题光谱、行星状星云、没有物理联系的光谱双星、类星体、特殊白矮星(DZ,DQ,DC)、碳星、白矮主序双星、激变变星等。通过和SIMBAD,NED,ADS及一些主要的文献交叉验证,我们新发现了3个DZ白矮星、1个白矮主序双星、2个伴星为G型星的激变变星,3个激变变星的候选体、6个DC白矮星,1个DC白矮星候选体和1个 BL Lacertae(BL lac)候选体。还发现了1个有CaⅡ三重发射线和MgⅠ发射线的DA白矮星和1个光谱上表现出发射线的晚M恒星但测光图上像是一个星云或星系。     

荷电天体引力场中试验粒子进动的后牛顿解法

采用后牛顿近似方法分析讨论了荷电天体引力场(即Reissner-Nordstr(o)m度规场)中试验粒子的轨道进动情况,给出了荷电量Q对试验粒子轨道进动的影响.     

Eccentricity modulation of a close-in planet by a companion: Application to GJ 436 system

GJ 436b is a Neptune-size planet with 23.2 Earth masses in an elliptical orbit of period 2.64 days and eccentricity 0.16. With a typical tidal dissipation factor (Q′∼10⁶) as that of a giant planet with convective envelope, its orbital circularization timescale under internal tidal dissipation is around 1 Ga, at least two times less than the stellar age (> 3 Ga). A plausible mechanism is that the eccentricity of GJ 436b is modulated by a planetary companion due to their mutual perturbation. Here we investigate this possibility from the dynamical viewpoint. A general method is given to predict the possible locations of the dynamically coupled companions, including nearby/distance non-resonant or mean motion resonance orbits with the first planet. Applying the method to GJ 436 system, we find it is very unlikely that the eccentricity of GJ 436b is maintained at the present location by a nearby/distance companion through secular perturbation or mean motion resonance. In fact, in all these simulated cases, GJ 436b will undergo eccentricity damp and orbital decay, leaving the present location within the stellar age. However, these results do not rule out the possible existence of planet companions in nearby/distance orbits, although they are not able to maintain the eccentricity of GJ 436b. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 10833001 and 10778603) and the National Basic Research Program of China (Grant No. 2007CB4800)     

一种基于加速度计和天文的卫星自主导航新方法

直接敏感地平是一种典型自主天文导航方法,该方法简单可靠,易于实现,但是由于常用卫星轨道动力学J2模型精度有限,地球敏感器精度较低,因此导航精度不高。加速度计是测量运载体线加速度的常用惯性导航设备,当航天器在轨运行时,星载加速度计能够测量航天器所受发散力。结合上述两种方法的特点,提出一种将加速度计和天文相结合的自主天文导航新方法。在常用卫星轨道动力学模型基础上,引入大气阻力和太阳光压系数模型作为自主导航系统状态方程的一部分,并建立近地空间环境下星载加速度计的测量模型,将其与直接敏感地平均作为导航系统观测方程。设计基于信息融合的自主导航滤波方法,通过对多种导航模式进行数值仿真及结果分析,结果表明所设计方法提高了系统定位精度62.8%和速度精度63.9%,增强了系统可靠性。     

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。     

日地系统L2点Halo轨道自主天文导航及精度分析

针对运行于日地L₂点Halo轨道探测器,给出了质心惯性坐标系和质心旋转坐标系中的探测器运动方程,并建立了以星光角距作为观测量的导航模型,采用扩展卡尔曼滤波（EKF）算法解算探测器位置,以Cramér-Rao误差下界（CRLB）为系统可观测度的度量标准分析了不同的状态量和观测量对导航性能的影响. 通过数值仿真发现导航坐标系、主天体、导航恒星数目以及滤波器采样周期等因素对导航性能的影响较大,并依据平动点轨道运动学分析了以上因素对导航精度的影响.      

偏振滤波白天抑制天光背景作用分析

由于天文观测领域大部分自适应光学系统只能在夜晚工作,提出了采用偏振滤波技术抑制天光背景的办法以达到白天探测微弱星体目标的目的。介绍了偏振滤波的原理并估算了抑制天光背景的效果,通过观测角度关系得到了偏振方位角的计算公式,并在丽江观测站1.8m望远镜自适应光学系统平台上进行实验,给出了消像旋模型。实验结果表明,偏振滤波技术能有效抑制天光背景,提高星体目标探测能力,一定程度上提高了自适应光学系统在白天探测弱小星体目标的可能性。     

基于Unscented Kalman滤波的飞行器天文/地磁自主导航算法研究(英文)

针对地磁场模型精度低而引起的导航精度不高及基于轨道动力学方程的天文导航算法的局限性问题,提出了一种利用天文/地磁信息为观测量的飞行器自主导航方法,并建立了动力学方程,同时推导了观测方程。算法采用星光矢量与地磁矢量的夹角为观测量,采用UKF滤波器估计飞行器的速度和位置,并进行了仿真研究。仿真结果表明,该算法的精度要远高于单纯的地磁导航,滤波的收敛性和稳定性较好,导航误差不随时间累积,有工程应用价值。