基于平方根UKF的双星编队相对状态自主确定

基于AFF技术,提出了一种利用类GPS敏感器进行星间测量的双星编队相对状态自主确定算法。该算法以双星编队相对轨道和相对姿态运动方程为状态方程;为消除系统误差和钟差的影响,用同一卫星不同接收天线之间的伪距观测值的单差来构造测量方程;为保证协方差阵的正定性,提高计算精度和速度,应用平方根UKF滤波方法进行双星编队相对状态的自主确定。仿真结果验证了所给出方法的可行性和有效性。     

星载SAR干涉测量中伴随卫星编队构形保持与姿态控制的协同

研究星载SAR干涉测量中伴随卫星编队构形保持与姿态控制的协同问题。首先,简介主SAR卫星与伴随卫星编队所构成干涉测量系统的工作原理,当主SAR卫星施加偏航导引补偿多普勒频移时,为实现波束指向同步,伴随编队需进行构形与姿态的协同控制。给出协同控制框架结构图,通过设置轨道协同规划器与姿态协同规划器明确了解决方案;进而从构形规划、姿态规划、构形与姿态协同控制三方面具体地阐述伴随编队的协同控制技术。最后对构形保持、姿态规划和姿态控制进行数值仿真,结果表明伴随编队的协同控制满足波束指向同步要求,所提出的协同控制方案具有可行性。     

基于一致性算法的卫星编队姿轨耦合的协同控制

针对卫星编队一主多从结构的相对轨迹、姿态的协同控制问题,提出了一种基于Lyapunov方法的编队飞行协同控制策略。该控制策略将分布式控制思想引入卫星编队飞行的相对轨迹、姿态的动力学系统中,使各从星保持编队构型的同时沿期望轨迹相对主星绕飞。从理论上证明了系统的渐近稳定以及对外部干扰的抑制,并基于一致性算法理论定量地分析了通信拓扑结构为有向图情况下控制器参数的选择范围。此外,利用星星间的相对位置信息确定各从星的期望姿态和角速度,以确保对卫星编队进行姿态协同控制,达到跟踪同步的目的。最后将提出的算法应用于卫星三角形编队飞行的协同控制,仿真结果表明该方法的可行性与有效性,具有潜在的应用前景。     

伪陀螺/星敏感器组合双体卫星姿控系统

针对双体卫星姿态控制系统,给出了"伪陀螺"概念,及其与星敏感器组合的姿态确定方法,其中伪陀螺是使用卫星内部传感器的测量以及卫星参数来进行动态模型的实时软计算,跟踪系统角动量进而得到角速度。首先建立了双体卫星模型,并设计了动量轮控制律,在此基础上根据星敏感器的测量信息,应用广义卡尔曼滤波器来估计姿态和角速率漂移误差,进而对伪陀螺和惯性陀螺进行校正。仿真结果表明本文的姿态确定方法,对双体卫星的姿态控制系统是非常有效的。     

卫星编队构形重构的螺旋控制策略

系统地探讨利用螺旋控制策略实现卫星编队的构形重构问题，并给出等速螺旋控制、加速螺旋控制、对数螺旋控制、加速对数螺旋控制等几种可行的控制策略．首先将相对运动方程的解看作某种螺线，代入到Hill方程中，推导出控制律，并进行仿真分析；继而通过理论推导，探讨初始状态和构形重构时间对重构结果的影响，给出构形重构条件；然后对各种螺旋控制策略进行比较；最后通过一个三星编队的构形重构实例，验证了利用螺旋控制策略实现卫星编队构形重构的优良性能。     

基于部件模拟等效器的卫星姿态控制仿真系统

为了加快小卫星姿控系统的研究进度,提高姿控系统的可靠性,提出了一种利用数据接口转换和数据编码来模拟姿态敏感器实物功能和接口特性的方法,设计了一个基于部件模拟等效器的小卫星姿态控制仿算系统,并详细介绍了该仿真系统的总体构成和方案设计.最后,通过接入姿态敏感器的实物来验证该模拟方法的正确性,并在该系统上实现了小卫星姿态控制算法的仿真验证.仿真结果表明了该系统设计的合理性和有效性.     

基于四元数反馈的卫星姿态控制系统仿真模型建立

建立了完整卫星姿态控制系统仿真模型,在该模型中嵌入反作用轮和敏感器模型,使其能从部件级较真实地模拟卫星姿态控制系统.应用误差四元数反馈设计控制律,使控制器具备抗奇点性能,并证明了系统的渐进稳定性.实时仿真实验结果表明:所建立的仿真模型能较真实地反映卫星姿态控制系统的实时控制性能.     

基于dSPACE的卫星控制实时仿真系统设计

为满足某在研大型挠性卫星计算机在回路中的仿真需要,利用dSPACE多处理器系统设计了卫星姿态和轨道控制实时仿真系统。介绍了该系统的软、硬件构成。以星载计算机与惯性基准单元串口通信为例,重点介绍了采用RTI模块、Simulink和Stateflow,实现该实时系统的串口通信建模方法。在星上自主模式下,对该实时系统进行了实时仿真。仿真结果证明了设计的卫星姿态和轨道控制实时仿真系统和串口通信接口模型的有效性。此方法对dSPACE实时仿真系统在航空航天领域的工程应用具有参考价值。     

异构编队卫星近距离操作轨迹规划方法

针对编队卫星的空间在轨服务任务,提出一种多类载荷异构星群的协同操作方案。首先,考虑星间自主通信,建立了由一颗主故障识别的观测卫星和多颗主维修补给的操作卫星构成的编队系统。其次,提出一种基于循环交替策略的多星协同轨迹规划方法,并基于差分进化算法优化了星群轨迹。最后,结合算例仿真,分析了系统内各成员卫星在编队控制过程中所需的脉冲大小以及编队系统整体的安全性能。仿真结果表明,异构编队系统可快速规划出安全性较高、鲁棒性较强的在轨服务轨迹,具有一定的工程应用价值。     

双星定位系统的建模与仿真

双星定位系统是具有快速定位和简短报文通信功能的卫星定位系统。在研究其定位原理的基础上，建立了双星定位系统的误差模型和仿真系统，并对仿真系统的硬件结构、仿真软件和仿真方法进行了介绍。该仿真系统可以模拟双星定位系统大多数的工作环境和工作状态，并且可以时双星定位终端产品的各项技术指标进行定量测量。解决了定位终端的技术指标在实际系统中测量难的问题，对双星定位终端的研制有一定的参考意义。     

面向编队卫星的空间系绳在轨服务

针对编队卫星的在轨服务任务, 提出一种基于绳系卫星系统的服务方案。该系统由质量较小的服务航天器和质量较大的燃料站通过系绳连接构成, 以被服务编队卫星参考中心为原点建立坐标系与相对动力学模型。基于伪谱法研究了综合考虑系绳的状态与控制约束的绳系多星服务最优控制策略。以空间圆构型的编队卫星为例, 分别分析了绳系卫星系统和单卫星平台服务3/4/5颗编队卫星的推进剂消耗, 并讨论了绳系系统的优势与不足。仿真结果表明, 绳系服务比单卫星平台的方式节省推进剂, 而且服务目标数越多时优势越明显。     

自旋稳定卫星同步控制时延计算与应用策略研究

自旋稳定卫星的动力学特征决定了对其控制时必须采用同步控制方式。同步控制要求地面发送的控制命令必须在卫星旋转到特定相位时准确到达卫星。从同步控制的原理出发 ,讨论了基准的生成方法 ,分析了各时延量之间的关系 ,提出了地面实施同步控制自旋稳定卫星时延量的计算模型和应用策略 ,应用这些模型和策略可解决自旋稳定卫星的同步控制问题     

道路模拟振动台及其控制系统的研制

道路模拟振动台是进行汽车及其零部件室内道路模拟试验的关键基础设备之一。本文设计了一套电液道路模拟振动台及其计算机控制系统,通过该系统可以在室内再现汽车及其零部件在不平路面的各种运行工况,完成汽车及其零部件的耐久性试验,加快产品开发步伐和降低开发成本。系统的控制部分采用工控机作为控制中心,系统的各种运行参数均进行了监控,控制策略采用硬件模拟闭环和软件数字闭环双环串级控制,运行结果表明,系统控制参数调整方便和运行可靠,无论是时域还是频域均能满意的模拟。     

基于虚拟结构的卫星编队机动控制

针对某些航天任务在小卫星机动过程中需要保持编队构型,提出了利用虚拟结构解决三星编队机动控制问题。建立了虚拟结构坐标系,在机动过程中,三颗卫星视为一个虚拟刚体,保持编队构型。设计了虚拟结构的动力学和运动学控制器。动力学控制器包含编队队形反馈,实现对编队速度的控制。针对外加干扰,设计了姿态变结构控制器,利用李雅普诺夫方法证明了系统的稳定性。对三星编队机动进行仿真,实现了编队构型的保持,验证了方法的有效性。     

基于分布式协同进化的星座自主任务规划算法

星座协同自主任务规划是卫星自主化管理与控制技术中的重要一环。首先, 提出了一种分布式星座协同迭代优化策略, 星座内各星作为独立智能体通过“接收”“更新”“发布”的三阶段协作行为共同参与对整体任务方案的协调寻优。其次, 在该策略的基础上设计了一种分布式协同进化算法, 通过分布于不同卫星的多个亚种群在信息交互中并行进化以持续优化各星方案组合。最后, 在S698PM嵌入式开发环境下进行仿真实验, 通过与贪婪算法、集中式遗传算法以及CPLEX的对比测试, 验证了所提方法在恶劣通信环境下与大规模问题中的适用性和有效性。     

基于模糊变权原理的卫星健康评估方法

针对航天器健康管理领域中在轨卫星的健康评估问题,提出了基于模糊变权原理的健康状态评估方法,用健康度定量表示健康状态,并以卫星姿态控制系统为例进行了分析。在部件级水平上,采用了基于模糊无量纲化函数和稳定更新过程的健康度计算方法。从部件级到系统级,利用改进的层次分析法(analytic hierarchy process, AHP),结合变权综合原理,建立了姿态控制系统的健康状态层次分析模型,并给出评估计算过程。最后,通过故障仿真的手段进行验证,结果表明该套分析与评估方法对卫星健康管理具有实用价值。     

基于MRPs的卫星集群系统姿态对抗一致性控制

小型卫星集群协同控制是当前空间技术发展的热点之一, 卫星集群控制可归结为多智能体控制问题。面向卫星集群系统的分组姿态控制, 引入一致性以及对抗一致性问题, 提出了卫星系统姿态对抗一致性控制方法。卫星组网系统姿态对抗一致性控制目标是使卫星分组达到姿态对称的状态。以无向图描述姿态对抗卫星集群的通讯拓扑结构, 利用修正型罗德里格斯参数方法描述卫星刚体运动姿态, 设计了一种基于多智能体协同控制理论的三维空间卫星集群姿态对抗一致性控制律, 并采用Lyapunov稳定性理论证明了其稳定性。最后, 通过仿真实验验证了所提方法的有效性。     

微小卫星星务计算机系统模拟部件可靠性设计

为确保星务计算机系统长期在轨工作的稳定性,针对系统中数模转换器等不同模拟部件的特点,给出相应的可靠性设计方案。在模拟输入通道中采用中位值滤波和递推平均滤波的组合算法,来获取尽可能可靠的输入数据,在模拟输出通道中则采用中值表决电路通用模块实现正确的模拟输出。该方案已在原理样机研制中得到验证和完善。仿真和验证结果表明,本方案在兼顾微小卫星对功耗、质量等苛刻要求的同时,能够很好地满足系统的可靠性要求。