VLBI相时延及其在深空探测器测定轨中的应用

甚长基线干涉测量(very long baseline interferometry,VLBI)技术是深空探测器测定轨的方法之一,也是行星无线电科学研究的重要手段.VLBI相时延通过解算相关相位的整周模糊度解算出探测器的VLBI时延观测量,可有效地降低相位随机误差的影响,从而提高时延测量的精度.本文论述了解算相位整周模糊度的条件和方法,给出相时延的解算方法,并分析比较了相时延与群时延的随机误差水平.以嫦娥二号(CE2)卫星飞往拉格朗日L2点的探测任务为例,求解了两个月内10次VLBI观测的相时延并分析了数据质量.相时延和群时延分别联合测速测距数据的定轨结果表明,在150万公里的距离上相时延用于探测器的定轨是可行的.     

量子测距辅助的网络RTK定位算法研究

针对在GPS网络载波相位实时动态差分(RTK)中短观测历元内,由位置精度因子(PDOP)变化缓慢引起的整周模糊度准确求解困难的问题,提出了采用量子高精度测距辅助整周模糊度的求解方法.采用Householder变换代替双差法,确保了用于求解整周模糊度的各个观测量之间的相互独立,提高了整周模糊浮动解的求解稳定性.数学分析和仿真结果验证了上述方法的准确性和有效性.     

GPS连续运行参考站网络分析及网络参数估计

本文分析了各种构网方式对网络模糊度解算效率的影响;阐述了最优双差观测值和观测方程的双差映射生成方法;本文在考虑网络参数的各种相关性的基础上,建立了整网卡尔曼滤波方程来整体估计网络参数,并使用LAMBDA方法解算具有奇异方差阵的模糊度。使用成都GPS综合服务网的子网数据验证了该模糊度算法,使用该网的实时数据计算了天顶对流层延迟网络参数,并与Gamit估值进行了对比。     

近地轨道长时间多星交会任务混合规划

对近地轨道长时间多星交会问题，考虑基于光照条件的时间窗口与J2摄动影响，建立多星交会混合整数非线性规划模型，提出两层混合优化方法进行求解：上层问题以交会次序、交会轨道转移时间及交会后服务时间为设计变量，采用混合离散连续编码遗传算法求解，下层优化以单次交会轨道机动时间及机动冲量为设计变量，采用下山单纯形法求解；推导考虑如摄动轨道要素差分线性交会方程，并以该方程为基础提出下层优化近似策略，以提高计算效率．仿真结果表明：1）建立的近地轨道长时间多星交会任务的混合整数非线性规划模型是有效的，提出的两层混合优化方法可以获得满足时间窗口约束的满意解；2）推导的线性交会方程是考虑如摄动长时间轨道交会轨道良好的一阶近似；3）在如摄动影响下长时间交会问题无论在一个还是多个轨道周期的时间尺度上均具有多峰性，基于混合编码遗传算法求解多星交会任务规划问题符合问题特征．     

控制器参数的可区分性分析及其在双馈风力发电系统的应用

电力系统中许多控制器的参数众多，所提出的可区分性是指在参数的优化整定过程中，能否唯一确定某个参数，也即最优解的唯一性．由于在大多数情况下，无法获得优化目标与控制器参数之间的解析关系，这时要靠解析方法分析可区分性就非常困难．为此，提出一种基于轨迹灵敏度的可区分性数值分析方法，揭示了控制器参数的可区分性与轨迹灵敏度之间的内在联系．提出通过分析参数灵敏度的大小得到影响控制器性能的主导参数，通过分析灵敏度曲线的相位确定不可区分的控制器参数．以双馈异步风力发电机组控制器为背景进行应用研究，算例结果验证了上述方法的有效性．     

空间进动锥体目标窄带雷达成像算法

弹道中段目标成像技术是弹道导弹防御系统的核心技术．由于弹道导弹中段飞行过程中具有空间进动形式，宽带ISAR成像雷达无法利用统一的相位补偿函数进行相位补偿，导致成像结果的模糊．本文提出一种利用窄带雷达实现空间进动锥体目标成像的算法，算法采用高分辨时频分析技术获取进动目标散射中心多普勒历程；采用广义Radon变换理论，提取目标散射中心的时频多普勒曲线参数，在参数空间内实现目标散射中心的二维重构．暗室测量数据的试验结果表明，算法可有效实现对进动目标的窄带雷达成像．     

高超声速飞行器准平衡滑翔自适应制导方法

针对高超声速飞行器同时满足终端约束及过程约束的再入滑翔制导问题，提出了一种全新的准平衡滑翔自适应制导方法．该方法充分利用升力式再入飞行中的准平衡滑翔现象，并以准平衡滑翔条件（QEGC）为核心，一方面，利用QEGC的特定弹道形式实现对终端速度及射程的精确解析预测；另一方面，借助QEGC将传统预测类制导方法难以处理的飞行过程约束转化为攻角约束．该算法不依赖于标准轨迹，实现了制导指令倾侧角及攻角均采用解析公式实时解算，使制导方法具备了自适应能力．CAV-H飞行器制导实例仿真表明，该制导方法能够导引飞行器平衡滑翔飞行，满足终端约束和过程约束，并且对任务临时改变具有自适应性．该制导方法的鲁棒性通过Monte Carlo仿真得到验证．     

结构随机响应计算的一种数值方法

摘要应用降维数值积分和C型Gram．Charlier级数展开方法，基于有限元理论讨论了随机结构响应概率分布的计算问题．首先依据正交多项式权函数与随机变量概率密度函数的关系，给出了随机响应统计矩计算的降维数值积分公式；进而应用C型Gram—Charlier级数逼近获得了随机响应的概率密度函数；提出了基于有限元方法求取结构随机响应概率分布的计算流程．数值算例中介绍了平面十杆桁架结构最大位移的概率分布、由随机参数表征的某型车架固有频率计算和弯管结构随机VonMises应力分析问题，所得结果同蒙特卡罗数值模拟结果进行了对比验证．结果表明：文中计算流程能够获得较为准确的随机响应概率分布，特别是对概率分布尾部的估计精度达到10^-44-10^-3数量级，为机械结构安全性分析与设计打下基础；同时，算法的计算效率较高，与传统的数值模拟方法相比通常能够节约计算资源消耗两个数量级以上；第三，算法流程实现简单，不需要计算结构响应对基本随机参数的梯度和二阶灵敏度信息，也不需要对结构有限元矩阵的修改，因此可以充分发挥现有成熟有限元程序的优点，在个人计算机上实现工程随机问题的分析与计算．     

光滑粒子流体动力学（SPH）中摩擦接触的模拟

光滑粒子流体动力学（SPH）无网格法是岩土体崩塌与流动大变形计算的有力工具，但是，如何在SPH框架内模拟摩擦接触现象尚无系统方法，迫切需要开展研究．提出一种在SPH框架内模拟土与刚性或柔性结构摩擦接触的算法，该算法根据所存在的接触边界，将计算域分解为若干个子域，以接触力为桥梁在各子域间建立联系，最终实现接触问题的整体求解．在各子域内对土体的运动控制方程进行SPH离散时，修正了SPH固有的边界缺陷，使得位于接触边界附近的SPH粒子具有准确的加速度，保证了接触探测的精度．然后，假设允许土体SPH粒子局部侵入结构体，根据允许的残余侵入量，运用动量原理，计算沿接触面法向和切向的接触力，并应用滑移条件对切向力进行修正使其不超过极限摩擦力．与现有的在SPH中处理接触通常采用“粒子．粒子”接触或忽略摩擦滑移的方法相比，方法具有更高的计算效率和精度，适用于岩土材料与刚性或可变形结构之间相互作用的模拟．通过多个算例对此方法的精度和稳定性进行了验证，计算表明，基于接触算法的SPH计算成果与理论解或有限元解吻合很好，算法是有效的，可用于拓展SPH的计算能力与应用范围．     

基于△DOR信号的高精度VLBI技术

在嫦娥二号（CE-2）工程中，我国首次开展了X波段ADOR测量实验，获取了ADOR信号的VLBI时延数据，并用于精密定轨．本文给出了CE-2中ADOR信号的VLBI测量与数据处理方法，结合我国VLBI测量系统对时延数据进行了误差分析及精密定轨分析．结果表明：ADOR信号的VLBI时延精度优于0．5ns，比利用S波段信标的测量精度提高约一个数量级．本研究成果为后续的月球及深空探测高精度测定轨提供了重要的技术手段．     

中国载人交会对接技术的设计与实现

中国在载人航天工程第二步第一阶段任务中,自主研制了天宫一号目标飞行器和神舟八号、神舟九号、神舟十号载人飞船,通过3次在轨飞行任务完成了8次交会、6次对接,覆盖了自动和手动等多种交会对接模式,突破并掌握了交会对接技术.从交会对接系统、交会轨道、交会测量和控制、信息传输、对接与分离、飞行方案,以及试验验证等方面对中国载人交会对接设计的技术特点、所采用的创新技术方法和解决的技术难题进行了介绍,在飞行验证的基础上分析了工程任务取得的成果,与国际水平进行了综合比较,对中国载人交会对接技术的设计和研制情况进行了总结.     

神舟飞船交会对接自动控制系统设计

2011年11月、2012年6月、2013年6月相继发射的神舟八号、神舟九号、神舟十号无人和载人飞船分别与天宫一号目标飞行器成功地进行了4次自动交会对接.本文首先简要介绍了神舟飞船交会对接自动控制系统的组成和飞行阶段划分,重点对自动交会对接制导、导航和控制的设计方案和算法进行了介绍,对决定交会对接任务成败的导航精度、制导精度和控制精度进行了分析,并给出了在轨飞行验证结果.     

嫦娥三号探测器7500N变推力发动机研制

为实现空间飞行器轨道机动、交会对接、星际软着陆等任务,采用具有大范围推力调节能力的变推力液体火箭发动机是比较理想的方案.嫦娥三号探测器采用的7500 N变推力发动机,为我国首台大范围变推力发动机,可按照飞行器的控制指令,准确、快速、无级地改变推力,来实现探测器的中途修正、近月制动及月面软着陆任务.介绍了7500 N变推力发动机的研制情况,包括发动机技术方案、关键技术攻关以及试验验证情况,试验验证和飞行情况表明,发动机设计合理、性能先进、工作可靠.     

嫦娥三号“玉兔号”巡视器遥操作中的关键技术

2013年12月14日,"嫦娥三号"成功地将月面着陆器和"玉兔号"巡视器送抵月球,这标志着我国已完成了探月工程中"落"月的重要阶段.嫦娥三号任务的一个关键组成部分是由地面遥操作中心控制"玉兔号"巡视器在月面非结构化环境中进行巡视和科学探测,而遥操作技术正是该组成部分成功实施的关键."玉兔号"巡视器遥操作技术主要包括巡视器的导航定位、月面地形重构、行驶路径规划和机械臂探测等关键步骤,这些步骤相互支撑与融合,保证了嫦娥三号任务的顺利实施.本文在对上述4个方面关键技术的发展和应用现状进行总结的基础上,阐述了相关的主要技术途径及其应用特点,分析了各种技术在"玉兔号"月面巡视与科学探测任务实施中的发挥的重要作用,并评述了它们的发展潜力和应用前景,对中国探月工程以及后续火星探测工程中的遥操作具有一定的指导意义.     

嫦娥三号巡视器GNC及地面试验技术

嫦娥三号巡视器是我国首个实现地外天体表面巡视探测的航天器,其制导导航控制（GNC）技术与地球卫星和飞船等全然不同.嫦娥三号巡视器GNC系统突破了月面自主导航定姿定位和协调运动控制、基于双目立体视觉的自主环境感知、基于地形通过性量化分析的路径规划、基于主动结构光被动视觉的激光探测避障以及地面试验验证等关键技术.在轨飞行试验结果表明,GNC系统实现了既定任务目标,为未来火星等深空巡视探测任务奠定了技术基础.本文对巡视器GNC系统的任务要求、系统组成、功能实现方案及关键技术、工作模式、地面试验验证及在轨飞行情况等方面进行了系统介绍.     

嫦娥三号巡视器视觉定位方法

月面巡视器的定位是巡视器开展月面科学考察工作的基础,是一项关键技术.本文提出了一种基于计算机视觉的定位方法,将SIFT(scale-invariant feature transform)匹配、相关系数匹配、最小二乘匹配和光束法平差等多项技术融合,实现了相邻站间月面巡视器的导航定位.在实验室构建立体视觉导航系统对本文的方法进行可行性和精度测试,结果表明视觉定位相对精度将优于4%,并成功应用于玉兔号巡视器定位.     

交会对接地面验证技术

本文对交会对接地面仿真验证技术的实现途径进行了总结,着重对我国交会对接地面仿真验证技术发展历程中具有重要代表性的交会对接九自由度半物理仿真验证系统的设计特点进行了介绍,给出了利用该仿真验证系统对我国交会对接技术核心的自控/人控系统设计进行仿真验证的结果,最后对我国交会对接地面仿真验证技术的发展方向进行了展望.