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.     

基于陀螺星光加激光交会雷达的相对姿态确定

针对编队飞行中从飞行器与主飞行器的相对姿态确定问题,提出了基于扩展卡尔曼滤波(EKF)的相对姿态确定方法. 采用修正罗德里格参数(MRPs)作为姿态描述参数避免奇异点. 姿态敏感器采用陀螺 星敏感器 激光交会雷达的配置模式,并且结合相对姿态动力学方程得到相对姿态确定的状态方程,建立起相对姿态确定的EKF模型. 仿真实例表明,EKF状态能在最慢300 s内收敛,MRPs的估计误差在10-5范围以内,该方法正确有效.     

Influence of Monitoring Method and Control Complexity on Operator Performance in Manually Controlled Spacecraft Rendezvous and Docking

This study focuses on the influence of the monitoring method and control complexity on the operator performance in manually controlled spacecraft rendezvous and docking (RVD).Two one-factor experiments were designed on a simulated RVD system.One examined the video guidance and periscope monitoring methods,and the other examined three control complexity levels using one-axis RVD control,twoaxis RVD control,and three-axis RVD control.Eighteen male volunteers aged 22-35 participated in the experiments.The results show that the RVD operating time increases with control complexity.Based on the operators' findings,the two-axis control is the easiest.The monitoring method has no significant influence on failure rate with the low complexity using one-axis RVD control.     

相位实时差分技术应用于飞行器交会对接研究

空间飞行器交会对接需要实时高精度地确定两飞行器的相对位置.应用GNSS引导两飞行器交会对接,是GNSS差分原理的一种特殊应用.星载接收机提供的载波相位观测值是高精度定位的基础,但是如何实时可靠地固定相位模糊度仍然是关键技术,提出了一种有效的模糊度实时解算算法,即在宽巷组合的基础上附加选权约束来固定两种不同波长的宽巷模糊度,然后依据组合法直接求解L1和L2相位模糊度整数解.实验结果显示,应用该算法进行模糊度单历元实时解算时,15km以内的短基线,解算成功率大于99%,能满足实时交会对接定位精度的要求.为了验证该算法在空间飞行器对接中的应用,采用仿真的方法模拟了两飞行器逼近和离开的过程,模拟并实时输出星载GNSS观测量.进而应用新算法实时估计两飞行器间相对位置,精度达到厘米级水平.我们的研究不但能进一步完善GNSS相位模糊度解算理论与方法,也可促进GNSS在航空飞行器编队飞行和交会对接等相关领域的应用.     

航天员交会对接模拟训练仿真关键技术研究

交会对接飞行任务中,需要建立手控专项训练器对航天员进行训练.针对任务背景需要,研究建立了对接训练仿真中关键的轨道动力学模型、控制机构模型、测量机构模型以及GNC模型;进行了模型误差、解算误差和响应延迟等引起的天她—致性仿真偏差分析探讨,提出了解决方法.应用文中模型和误差解决方法建立的训练系统,分别进行了自主和人控模式下试验,结果表明满足训练设计指标要求,可作为工程实现重要参考.     

一种经典进程同步问题的控制机制研究

以信号量机制、管程机制、会合技术、Petri网这四种控制机制为基础,对经典的进程同步问题:生产者-消费者模型进行了分析,并给出了该问题基于不同机制的解决方案,对四种控制机制进行了比较研究.     

基于认知网络不对称模型的交会跳频算法

基于认知网络的不对称模型提出了一种新的交会跳频算法(AMCH).该算法根据每个次要用户感知到的可用信道集,在两个不相交的素数集中选择发射机和接收机的跳频序列长度并分别构建跳频序列.在不需要其他辅助信息(如全网同步信息、信道标号信息)的情况下,通信范围内的任意两个次要用户通过跳频于短时间内就能交会在它们的共同信道上并建立通信链路.与现有算法相比,AMCH算法减小了跳频序列冗余,提高了交会效率.仿真结果表明,AMCH算法的交会时间上限最小,交会性能优于现有算法.     

交会对接仿真系统的设计策略研究

针对交会对接仿真系统的三种实现方式，提出先研制一种可扩充的RVD数字仿真系统，再在其基础上进行扩充的研究方案。在给出系统动力学模型的基础上，根据该数字仿真系统可扩充性的要求，利用面向对象的仿真技术分析了RVD数字仿真系统的设计策略，给出了仿真系统的总体框架。最后，在系统分析的基础上建立了一个初步的面向对象RVD仿真系统。     

BP拦截中段飞行ICBM威胁区研究

本文分析了ＢＰ（智能卵石）进行轨道机动拦截中段飞行的ＩＣ３Ｍ（弹道导弹）的威胁区。威胁区是拦截系统分析中的一个基本概念，本文给出了其建摸、求解方法及对应于不同拦截时间的典型威胁区。