北斗全球卫星导航系统专题·编者按

北斗三号全球卫星导航系统于2020年6月23日和7月31日分别完成全球星座部署和正式开通服务公告,这标志着北斗从无到有、从有到优、从区域到全球的“三步走”发展战略圆满完成.北斗三号全球卫星导航系统空间段由24颗中圆地球轨道卫星、3颗地球静止轨道卫星和3颗倾斜地球同步轨道卫星共30颗卫星组成,具备导航定位和通信数传两大功能,可提供定位导航授时、全球短报文通信、区域短报文通信、国际搜救、星基增强、地基增强、精密单点定位共7类服务,全球范围定位精度优于10 m、测速精度优于0.2 m/s、授时精度优于20 ns、服务可用性优于99%,亚太地区性能更优.     

卫星激光通信光束控制中的迟滞建模与补偿

为保证卫星激光通信的链路稳定,需要将接收的光束始终控制在通信中心点.由于压电陶瓷驱动的快速倾斜镜具有高刚度和快速响应等特点,作为执行机构广泛应用于卫星激光通信的精跟踪系统.但是压电陶瓷本身具有迟滞特性,给精跟踪系统的闭环控制带来了难题.传统的处理方法是在精跟踪系统内部增加一层闭环控制使快速倾斜镜达到线性化的目的,但这会极大地降低精跟踪系统的带宽.通过对快速倾斜镜结构进行分析,我们发现可以利用对称迟滞模型对其迟滞特性进行建模,进一步提出了一种基于Madelung规则的对称迟滞建模与补偿方法,能够精确地描述和补偿快速倾斜镜的迟滞特性,有效地提升光束控制带宽,从而提高通信链路的稳定性.理论仿真和实验结果验证了所提出方法的有效性.     

卫星姿态控制的变结构滑模控制方法

针对卫星姿态控制问题中经典滑模控制器存在的收敛速率方面的缺陷,提出了一种变结构滑模控制方法。在保持经典滑模控制器结构简单、鲁棒性强的优势前提下,通过对滑模参数进行设计来提高系统的收敛速率,并大幅度减小控制系统的控制力矩与姿态角速度。引入变结构动态滑模参数的概念,在系统尚未到达滑模面时维持经典滑模面结构,而在到达之后开始对滑模参数进行实时更新、放大;引入角速度与控制力矩约束,给出控制参数与系统性能指标之间的约束关系,防止系统状态超过其上界。通过Lyapunov稳定性理论及数值仿真对提出方法进行验证,实验结果表明：在合理设置实验参数条件下,所提的变结构滑模控制方法对比经典滑模控制方法收敛速率提高50%,系统的控制力矩和角速度全程不超过其上界。所提的变结构滑模控制方法不仅提高了系统的收敛速度,而且系统状态全程不超上界,这对系统控制和系统寿命有极大的益处。     

融合多源数据的城镇空间演化研究—以京津冀为例

为了解决传统研究手段在城镇空间演化探测方面的不足,响应中国土地精细化转型,并提升光学卫星及遥感技术在社会经济领域的深层次应用,基于京津冀城市群,运用城镇演化及产业转移等模型,分析1990—2020年其演化的时空特征. 结果表明:①演化强度整体表现出“上升-下降”趋势,呈现出环京津唐及石家庄-保定等演化热点;②北京、天津及唐山等综合发展呈下降趋势,石家庄、邯郸及邢台等呈上升趋势;③区域产业链在空间上表现出集聚与扩散趋势,中高端产业在首位城市集聚,中低端产业向周围城市转移. 研究证明光学卫星在城镇发展监测方面具有巨大的潜力,可以对地区一体化发展的规划与决策提供一定的参考.      

厦漳泉地区气溶胶污染特征及影响因素分析

利用卫星Terra和Aqua上搭载的中分辨率成像光谱仪（moderate resolution imaging spectratiometer,MODIS）的气溶胶产品,研究福建省厦漳泉地区气溶胶污染特征和影响因素,并对比了3市气溶胶质量浓度的差异。研究结果表明2002—2017年厦漳泉地区气溶胶质量浓度的变化趋势可以分为三个阶段:一是在2002—2007年呈现平缓的增长;二是在2008—2011年没有明显的变化;三是在2012年之后,气溶胶质量浓度开始出现明显的下降趋势。在16年的时间里,区域平均气溶胶质量浓度减少了5.1 μg/cm2(约为23.10%),说明厦漳泉地区空气质量有较明显的改善。在气溶胶质量浓度较高的厦门市,2012年出现最大值（45.0 μg/cm2）,之后逐渐下降,到2017年（平均值为37.6 μg/cm2）约下降了16.34%。厦漳泉地区气溶胶质量浓度呈现明显的季节变化,最大值出现在4月;5月开始出现较大的下降;秋末冬初出现最低值;12月区域平均值为(18.4±5.2) μg/cm2,但是时间上的波动达到最大,同时空间异质性也很明显。厦漳泉地区气溶胶质量浓度的空间分布异质性明显,在10~85 μg/cm2之间变化。气溶胶质量浓度高值区主要出现在沿海的泉州市、厦门市和漳州市的城区,三个城区的高值分别为85,75,65 μg/cm2,高值区年际间波动较小;而低值区由于受到其他区域的影响,年际间波动较大。     

南美SLR 监测的2010 年智利8.8 级大地震产生的地面位移

2010 年2 月27 日, 智利发生了8.8 级特大地震, 该地震使震中附近的地面产生了较大位移. 德国与智利合作的卫星激光测距系统SLR-7405 距震中仅约130 km, 其观测受到地震的影响. 中国科学院国家天文台与阿根廷合作的SLR-7406 系统距震中约600 km, 利用这两个SLR 站的观测资料并结合全球SLR 站的观测资料, 在ITRF2000 下解算了这两个SLR 站点的地心坐标, 发现两站的坐标都发生了不同程度的变化. SLR-7405 站整体向西南方向发生了较大移动, 在X, Y, Z 方向上的位移量分别约为3.11, 0.52 和0.49 m, SLR-7406站在3 个方向上的位移量分别约为0.02, 0.03 和0.02 m. 由SLR 这一独立的观测手段得到的结果可以为其他定位观测提供必要的外部检核.     

2011年春季北极地区臭氧低值事件的卫星遥感监测

利用FY-3B SBUS 和NOAA SBUV/2 观测资料, 监测2011 年3 月1 日~4 月5 日北极地区臭氧低值事件发生发展全过程. 臭氧低值区臭氧总量在200~250 DU, 局部极低值在200DU 左右, 达到臭氧洞水平, 比通常水平低100~200 DU. 此次北极臭氧低值事件开始于3 月1日, 结束于4 月5 日, 期间经历扩展-消亡、围绕极地自西向东方向旋转、由极区沿经线向中纬度扩散等多个发展变化过程. 这次非常罕见的北极地区臭氧低值事件影响范围除极区外,还波及从欧洲到俄罗斯中部的广大人口密集地区, 导致这些地区地表紫外线强度的急剧增强, 对人类身体健康和环境造成重要影响, 应该引起高度关注.     

基于环境一号等国产卫星的环境遥感监测技术标准与规范研究

随着我国落实科学发展观、构建和谐社会,建设生态文明等战略思想的提出与逐步实施,环境监测迫切需要从环境监测科学体系发展出发,构建天地一体、具有先进预警能力的环境立体监测体系,实现地面、航空、卫星相结合的环境立体监测,探求环境系统内在结构、演变过程与规律,满足国家宏观战略发展对不同区域、不同尺度、不同层次环境综合信息的需求。     

新一轮太空强国梦想拉开序幕

北京时间2011年9月29日21时25分45秒,随着天宫一号目标飞行器在酒泉卫星发射中心发射升空后准确进入预定轨道,揭开了天宫一号、神舟八号空间交会对接任务的序幕,中国向空间站时代迈出了坚实的一步。     

On-orbit target tracking and inspection by satellite formation

A new type of estimator is developed for the satellite formation to track and inspect on-orbit targets. The follower satellite in the formation works without relative sensors, and its target pointing commands are derived based on relative orbital dynamics. The centralized estimator based on truth measurement is designed, however, this estimator is proved unstable because of the lack of necessary measurement information. After that, an alternative estimator based on pseudo measurement is designed, and its observability and controllability are analyzed to qualitatively evaluate the convergence performance. Finally, an on-orbit target inspection scenario is numerically simulated to verify the performance of the estimator based on pseudo measurement.