星体自转动力的推导

利用经典力学,对做公转运动的子星进行受力分析,揭示了星体自转动力的产生。首先对无液核固态小星体进行受力分析,得出这种固态小星体在自转力矩作用下,最终将使小星体的自转周期与公转周期达到同步运行。并得出月球轻的一面朝向地球的结论。应用该特性,将大大简化同步通信卫星姿态指向的控制装置。纠正了潮汐力将使月球远离的错误观点。其次是对有液核的类似球体的大星体进行分析,得出作用在子星上的引力差和子星的公转运动使子星产生自转力矩,且其力矩使子星加速自转。并推导出自转加速方程。揭示了宇宙诸天体几乎都沿同一方向转动的原因。考虑自转力矩随星体半径增大而略有增加,对有液核大星体内部的涡旋运动的形成机理进行了简要阐述。     

一种利用星敏感器的卫星自主定轨方法

研究了一种利用星敏感器的自主定轨方法，通过建立较为完善的仿真模型，包括卫星的姿态运动仿真以及对背景恒星的观测仿真等，进行了这种自主定轨方法的模拟计算，证实了该方法的可行性，并对星敏感器在星体坐标系中的取向与自主定轨精度的关系进行了理论和计算分析．     

一种含间隙的柔性并联机构动力学仿真

运动副间隙和杆件柔性关乎机构动态特性及精度。以3-RSR并联式天线机构为研究对象,基于ADAMS软件建立其含间隙动力学模型,并考虑杆件柔性进行含间隙并联机构动力学仿真与偏差分析。通过对比分析仅考虑转动副间隙时不同间隙尺寸大小、单间隙、双间隙与三间隙下的仿真变化曲线,以及仅考虑杆件柔性时仿真变化曲线,分别获得转动副间隙与杆件柔性对机构偏差的影响规律,进一步分析得到不同杆件材料下综合考虑转动副间隙和杆件柔性对机构偏差的影响规律,以分析对并联式天线机构运动性能和稳定性的影响。研究工作对综合考虑运动副间隙和杆件柔性时并联式天线机构动态特性的研究及其设计具有一定的指导意义。     

三轴稳定静止卫星赋形天线指向误差分析

对于静止轨道三轴稳定卫星,天线的指向精度是用户要求的重要指标.在卫星定点后处于工作姿态时,要求天线波束覆盖用户规定的地面区域,并满足规定的电性能指标.卫星的姿态、轨道、天线性能和总装等误差对赋形天线的指向精度均具有一定的影响.本文对影响赋形天线指向精度的各类误差的形成原因、误差数据的计算方法进行了逐项分析.研究了各类误差对赋形天线指向精度的影响,其中重点分析了姿态和轨道误差的影响,给出了相应的算法公式,并基于实际工程数据进行了算例仿真,得到卫星在正常和位保两种模式下赋形天线的指向误差数据.通过对比,仿真计算结果与卫星在轨天线方向图的实测结果具有一致性,证明了该分析思路和计算方法的有效性和正确性.     

大规模天线全双工双向中继系统的干扰分析

针对全双工中继的残留回路干扰(RLI)和大规模多输入多输出(Massive MIMO)的导频污染问题,研究了一个多对用户的全双工双向中继系统,其中用户均为单天线,中继对信号进行最大比合并/最大比发射波束赋形,信道估计阶段使用长度为τ的导频序列,且τ=K.理论分析得出,当中继的收发天线数均趋于无穷大时,全双工中继的RLI和导频污染同时趋于零,并且用户对之间干扰和噪声均被消除.仿真结果证实了上述理论分析,并且随着中继天线数的增大,系统的频谱效率和能量效率将逐渐提高.进一步仿真表明,当中继的收发天线数大于160时,全双工双向中继系统的频谱效率优于半双工双向中继系统,继而优于全双工单向中继系统,并且优势随着天线数的增大更为显著.因此,大规模天线的全双工双向中继相较传统的中继系统具有更好的通信效率.     

多入多出中继系统的一种贪心天线选择算法

针对多输入多输出(MIMO)中继系统天线选择算法容量不高的问题,提出了一种基于容量最大化的贪心天线选择算法.该算法在考虑噪声的影响情况下,根据添加一个天线对后系统容量的闭式表达式,逐步选取使得容量最大的天线对.仿真结果表明,在不同的中继数量及功率约束条件下,该算法与已有算法相比,能够获得更高的系统容量性能.     

刚柔耦合系统的几何非线性运动稳定性

针对由中心刚体与柔性附件所组成的平面型刚柔耦合系统,不仅研究柔性附件的横向弯曲变形对系统动态特性的影响,同时考虑柔性附件的拉伸变形、截面转角变化与弯曲变形的相互耦合作用,并且以非线性几何关系作为基本出发点,建立了柔性变形、姿态运动之间的非线性耦合动力学模型。基于上述非线性模型,利用能量积分构造Lyapunov函数,分别以中心刚体不转动和中心刚体匀速转动为无扰运动,证明了非线性系统关于姿态角速度、挠性变形位移和应变等扰动变量的稳定性。     

一种可变放大增益MIMO放大转发中继系统的误码率分析

提出了一种可变放大增益MIMO放大转发中继方案,其中多天线节点同时进行天线选择与波束形成.为了降低系统复杂度与成本,节点选择两个天线进行波束形成.在瑞利衰落信道中分析了端到端误码率,在源节点与目的节点天线数量大于等于2时获得了误码率的封闭表达式.在高信噪比条件下得到了端到端误码率的渐进近似表达式,进而分析了系统分集阶数.最后采用MATLAB仿真工具进行了上述中继方案仿真,证明了解析结果的正确性.     

多天线中继系统中基于博弈论的协作通信

近年来,多天线中继系统在提高系统容量和可靠性方面有着显著的效果,多天线中继网络已经被认为是4G的热门技术.本文结合多天线中继系统与博弈论,将博弈论引入到多天线中继系统,针对放大转发的中继网络,在理想信道下,讨论协作与非协作的情况.给出不同信道节点的信噪比增益和协作率的纳什议价解.仿真结果表明,系统在采用最优的合并方式和次优的合并方式中,通过比较发现,采用最优的合并方法,对节点的协作率和信噪比增益有显著的提高.     

卫星微型雷达中刚柔耦合运动分析

利用多体动力学分析软件ADAMS对某卫星微型雷达进行了运动学仿真,将影响卫星雷达精度的关键部件设为柔性体,以研究它们的弹性振动对雷达精度的影响。研究表明,由于柔性体的弹性振动存在,雷达镜面在原有刚性运动的基础上,会产生一定幅值的振动（X方向的影响最大,其振幅达到0．759mm）,因此须提高主要支承框的刚度或改进运动副的参数。     

具有输入饱和及多不确定性的挠性卫星姿态控制

研究了存在控制输入饱和约束、内外部干扰及质量特性参数不确定性的挠性卫星姿态鲁棒控制器设计问题.通过近似线性化结合等价坐标变换的方法得到了挠性卫星系统相应的状态空间描述,并以此为基础,采用理论分析结合数值仿真的手段设计出满足控制输入饱和约束并适应两类不确定性的姿态鲁棒控制方法.仿真结果表明,该方法得到的控制器具有较强鲁棒性,能很好地抑制内外部干扰并适应较大范围的质量特性参数不确定性.     

挠性充液卫星姿态动力学建模研究

为了研究带重力梯度杆的充液卫星姿态动力学 ,利用带端质量的等效悬臂梁模型及液体晃动的等效力学模型 ,即一组球面摆和一个轴对称圆盘 ,建立了挠性充液耦合的卫星姿态动力学方程。根据某微小卫星的具体参数 ,利用多变量控制系统极点配置选取了 3个反作用飞轮的控制率 ,通过数值仿真计算 ,得到了刚柔耦合及挠性充液耦合卫星姿态角的变化规律。仿真结果表明 ,采用三轴反作用飞轮控制方法 ,并对挠性振动进行动态补偿 ,可以改善姿态控制精度 ;同时得到了液体晃动对姿态角精度的影响     

用于无陀螺卫星姿态确定的预测UKF算法

为了降低卫星姿态动力学模型误差和初始姿态误差对无陀螺卫星姿态确定的影响,提出了一种预测无迹卡尔曼滤波(UKF)算法。该算法利用预测滤波中的泰勒级数展开方法对未知的卫星姿态动力学模型误差进行估计,然后将其带入UKF中实现无陀螺卫星姿态确定。用三维偏差四元数代替四元数作为状态变量,避免了估计过程四元数单位约束性被破坏的现象。仿真结果表明,当较大的卫星姿态动力学模型误差和初始姿态误差同时存在时,该算法仍能精确地实现卫星姿态确定。     

挠性多体卫星姿态动力学与控制

三轴稳定卫星挠性附件的弹性振动和刚性部件的转动与卫星的姿态运动构成耦合的强非线性系统,因此须设计有效的控制律。该文研究了采用反作用飞轮作为执行机构、带有柔性附件和刚性转动部件的整星零动量三轴稳定卫星的姿态解耦控制问题。导出了卫星的多体系统动力学方程,并给出了部分线性化的形式。进一步利用反馈线性化方法将非线性耦合系统解耦,然后对线性化的系统模型进行状态反馈解耦和极点配置。数值仿真结果表明,该文所设计的控制方法具有很高的姿态控制精度和稳定度。     

挠性卫星姿态快速稳定智能控制

针对挠性卫星本身存在的参数不确定性和外部扰动的控制问题,设计了以径向基函数神经网络和小脑神经网络为基础的复合变结构智能控制器.该控制器利用变结构控制系统对被控对象的模型误差、参数变化及外扰等的不敏感性的优点,再结合神经网络能够迅速逼近未知函数、泛化能力强的特点,可以适应挠性卫星参数不确定性和抑制外加干扰,实现对挠性卫星的有效控制.仿真结果表明复合控制能够提高卫星姿态的稳态精度和快速性.     

基于滑模控制的挠性卫星的自学习模糊控制

将基于滑模控制的自学习模糊控制应用于挠性卫星的姿态稳定控制中.给出了姿态控制系统的设计方法.自学习控制算法利用滑模控制原理和模糊性能判决表在线修改模糊控制器的规则参数.为了解决传统自组织模糊控制对外界信号敏感的问题,基于滑模控制的自学习算法同时考虑了误差状态矢量及其变化趋势,增强了系统的鲁棒性.与传统自组织模糊控制相比,仿真实验结果表明,该控制方法对卫星参数变化不敏感,能有效地抑制卫星的外界干扰及挠性附件的振动,使卫星的姿态角得到准确的控制.     

轨控期间挠性卫星的姿态容错控制及主动振动抑制

针对受轨道控制推力影响及存在执行器故障的挠性卫星,提出了一种基于自适应滑模的姿态容错控制及挠性振动抑制方法.该容错控制方法不需要故障信息,而是基于滑模控制原理,利用自适应算法能够对故障系统中的不确定参数信息实现有效估计,并且在保证姿态稳定的同时,对来自环境和系统内部的扰动及转动惯量的不确定性具有良好的鲁棒性,从而提高了容错控制器的性能.进一步在姿态稳定的基础上,利用精确鲁棒微分器理论,针对挠性模态中的非线性项和扰动项设计了非线性状态观测器,并结合自适应控制和滑模控制方法实现了对挠性振动的有效抑制.最后,在反作用飞轮冗余配置的前提下,对轨道调控期间具有执行器故障的卫星姿态控制系统进行了仿真.结果表明,该方法有效正确.     

姿态变化条件下的典型卫星目标宽带散射特性分析

采用FDTD方法计算和分析了现有的两类典型的卫星——三轴稳定和自旋稳定卫星的宽带散射特性,比较了这两种典型卫星目标的时域和频域散射特性随姿态变化的规律。结果显示频域散射特性适合在大姿态角变化范围内分析卫星目标姿态,而时域散射特性适合在小姿态角变化情况下分析卫星目标姿态。此外,对于典型卫星目标而言,翻滚姿态变化比俯仰姿态变化可以引起更大的目标后向散射变化。计算分析结果对卫星目标及其姿态的识别,以及对宽带地基雷达的设计有一定的参考价值。     

Yaw attitude of eclipsing GPS satellites and its impact on solutions from precise point positioning

During the period when a GPS satellite, the Earth and the Sun are approximately collinear, the phenomenon of eclipsing the satellite occurs, when the satellite yaw attitude deviates from its nominal case, i.e. the body X-axis cannot point towards the Sun for Block II&IIA or away from it for Block IIR satellites. The yaw attitude of the eclipsing satellites has a significant influence on both the satellite clock estimation at each International GNSS Service (IGS) Analysis Center (AC) and for users of the precise point positioning (PPP) implementations. It is known that, during the eclipsing periods, inconsistent yaw attitude models among the ACs will contribute to the errors of the IGS combined clock products. As for the PPP user, the influence of the eclipsing satellite is two-fold. First, as the satellite clocks are always kept fixed during PPP implementation, the above-mentioned problematic IGS clocks will inevitably be passed on to the PPP estimates. Second, the improper yaw attitude modeling of the eclipsing satellite will cause a correction bias exceeding 1 dm for the two kinds of attitude-related systematic errors, namely the phase wind-up and satellite antenna phase center offset, which will further deteriorate the accuracy of the PPP solutions. A yaw attitude model is introduced in this paper with the aim of improving the reliability of PPP solutions during the satellite eclipsing period.     

色散型推扫成像光谱仪在轨动态成像建模与分析

为研究卫星振动对色散型推扫成像光谱仪工作的影响,根据仪器的光学原理和在轨工作过程,建立了其在轨动态光谱成像模型.通过对成像过程的分解分析,导出了色散型光谱仪光谱成像与卫星姿态角振动的映射关系和各个掺杂光谱在混合光谱中的权重系数,并根据该映射关系进行了仿真.结果表明卫星振动使得原始光谱在混合光谱中所占的权重最小达到0.2以下,光谱混叠严重.