空间碎片碰撞风险评估系统

为了评估航天器遭遇空间碎片碰撞风险,基于GUI技术自主开发了一套空间碎片碰撞风险评估系统(MODRAS).并以特定轨道航天器为应用实例进行了风险评估,得到了空间碎片通量分布、航天器暴露面积、航天器遭遇的碰撞数等数据.结果表明,航天器遭遇空间碎片碰撞的概率与其运行轨道高度、倾角以及碎片大小等参数有关;改变航天器飞行路线及运行姿态可有效减少空间碎片的碰撞风险.     

M/OD失效风险评估系统开发及标准校验

 论述了空间碎片失效风险评估在航天器设计中的重要性,给出了自主开发的空间碎片风险评估系统（MODRAS）总体框架及图形用户界面。MODRAS分为空间碎片风险评估和微流星体风险评估两大模块,每个模块又包括M/OD环境模型、航天器建模、碰撞概率分析、失效概率分析以及航天器防护结构设计等功能模块。除了环境模型模块外,其他各功能模块均为共享模块,即可同时应用于空间碎片风险评估与微流星体风险评估。针对机构间空间碎片协调委员会（IADC）指定的单位立方体、单位球体及简单航天器3种标准工况,将MODRAS分析结果与美国航空航天局的BUMPER系统、欧洲空间局的ESABASE系统、德国MDPANTO系统以及航天五院MODAOST系统等国内外同类软件分析结果进行比较。结果表明,在微流星体环境下,MODRAS与BUMPER程序失效数分析结果相差在4%以内;而在空间碎片环境下,失效数分析结果最大相差8%,校验了MODRAS的分析精度。此外,还给出了3种标准工况遭遇M/OD的表面失效数分布。     

轨道参数对载人飞船遭遇空间碎片碰撞风险影响

采用自主开发的空间碎片风险评估及防护系统（MODRASS）,对载人飞船遭遇空间碎片碰撞风险进行仿真评估和分析,给出轨道倾角、轨道高度及运行姿态等因素对载人飞船遭遇空间碎片碰撞风险的影响特性。结果表明,载人飞船在不同倾角的轨道上遭遇空间碎片碰撞风险不同。在170°倾角轨道上,载人飞船遭遇的碰撞数最多,而在20060°及110°左右倾角的轨道上。载人飞船遭遇空间碎片碰撞的情况明显改善。不同轨道倾角下的碰撞风险差别可达10倍以上。载人飞船在不同轨道高度上遭遇空闻碎片碰撞风险差异很大,在轨道高度为1400km时,载人飞船遭遇空间碎片碰撞数最多;而在轨道高度为200km时,载人飞船遭遇空间碎片碰撞数仅410881个,相差两个数量级。此外,载人飞船以不同姿态运行时,遭遇空间碎片碰撞风险不同。且遭遇空间碎片碰撞的区域也出现明显变化。可以通过调整载人飞船的运行姿态减小空间碎片威胁。     

圆柱形弹丸高速撞击薄板的碎片云特性数值模拟

为研究不同形状空间碎片超高速撞击薄板产生的碎片云特性,采用非线性动力学分析软件AUTODYN-2D,利用光滑质点动力学方法（SPH）对圆柱形弹丸超高速正撞击单层薄铝板防护结构形成的碎片云进行数值模拟,分析相同质量和速度条件下,不同长径比的圆柱形弹丸超高速撞击所产生碎片云的形态、轴向长度、径向直径、轴向速度等参量随弹丸长径比的变化规律。结果表明,弹丸破碎程度和碎片云分散程度随弹丸长径比的改变而改变。随着弹丸长径比的增加,碎片云对航天器舱壁的损伤能力增强,弹丸对薄板的损伤程度减弱。该结果为航天器超高速撞击风险评估和防护工程设计提供了参考。     

超高速斜碰撞碎片云形态的研究

针对航天器的碰撞毁伤程度与超高速斜碰撞所产生碎片云的形态的关系,利用光滑质点流体动力学(sPH)方法研究了超高速斜碰撞所产生碎片云的形态.主要分析了碰撞参数,如弹丸速度、靶板厚度、弹丸直径对碎片云形态的影响.仿真结果表明,二次碎片云的膨胀速度以及膨胀尺寸随碰撞速度和弹丸直径的增加而增加,随靶板厚度的增加而减小.     

空间碎片防护结构效能评价仿真系统和应用

论述了流星体/空间碎片(M/OD)防护的重要性,给出了自主开发的空间碎片防护结构效能评价仿真平台总体框架.通过分析不同防护参数及碰撞参数条件下的防护结构效能,总结了防护间距、防护屏厚度、碰撞速度和碰撞角等参数对空间碎片防护结构效能的影响规律.针对基本的Whipple防护结构,碰撞速度V<3 km/s时,防护结构的防护效能不受防护间距变化的影响,碰撞速度v>3 km/s时.防护间距越大.防护结构的防护效能越好;Whipple防护结构的防护屏厚度越大.防护结构抗空间碎片撞击的能力越强.即其防护效能越好;在整个碰撞速度范围内(0～15 km/s),防护结构的防护效能呈现出3种不同的变化趋势,且防护结构的防护效能随碰撞角增大而提高.提出了一种波纹填充式防护结构,确定了可有效防护小尺寸空间碎片的防护设计参数.     

基于超分辨率重构的航天器位置姿态测量方法

航天器间相对位置和姿态的确定是实现航天器编队飞行的重要基础.为了解决航天器相对位置姿态的远距离测量精度问题,该文提出了基于超分辨率重构技术的测量方法.介绍了由单帧图像求解相对位置姿态的测量原理,研究了图像传感器退化成像模型和基于该模型下的图像配准算法,给出了超分辨率图像重构算法及其算法流程.利用地面试验原型系统的实际测量数据对算法进行了验证,试验结果表明该方法大大提高了高精度测量距离的范围,有效解决了航天器间相对位置姿态的远距离测量精度及稳定性问题.     

激光测量的光线遮蔽消除和重定位方法

针对普通单光源单接收器传感器普遍存在的反射光线遮蔽现象,提出了一种自动消除光线遮蔽的方法和测点快速重定位算法.它是通过变换传感器空间姿态使发射光线避开遮挡物,并采用重定位算法重新标定测量坐标系,从而实现高效高精度测量.实验验证表明,该方法简单实用,具有一定的参考价值.     

挠性航天器大角度姿态机动路径规划

针对挠性航天器大角度姿态快速机动快速稳定的控制要求,通过分析挠性航天器姿态动力学特性,提出了一种基于抛物线型角加速度曲线的三段式机动路径规划算法.该算法考虑了机动过程中对最大角加速度与最大角速度限制,充分发挥执行机构的功能来提高系统的快速性,并使角加速度平滑变化以减小帆板的振动.该路径规划方法简单,适于在轨实现.仿真结...     

基于粗粒度-主从记忆模型的Bandelets优化实现

第二代Bandelets是一种新的多尺度几何分析工具,借助多尺度分析和几何方向分析自适应达到信号的渐进最优逼近,实现过程中最优逼近几何方向的寻找决定了整个算法的运行时间和性能.本文对原来的穷举串行搜索算法作改进,提出一种基于方向预选和粗粒度-主从记忆并行模型的优化算法.实验结果表明:该算法仅用原来算法约1/10的时间获得渐进最优逼近几何方向.     

载人飞船遭遇M/OD失效风险评估及其防护设计

 采用自主开发的M/OD风险评估软件系统,对某载人飞船遭遇M/OD的失效风险进行评估分析,给出了不同舱壁厚度下载人飞船遭遇M/OD的失效风险分析结果及其表面失效数分布。载人飞船舱壁厚度为0.6cm时,遭遇M/OD碰撞的非失效概率为96.447%,而当舱壁厚度减小为0.3cm时,非失效概率仅为9.460%。由于空间碎片具有方向性,使得载人飞船遭遇空间碎片时,其两侧失效风险最大,微流星体的任意分布性使其失效数呈带状分布。本文还对载人飞船进行了防护结构设计,给出了不同防护下载人飞船失效风险分析结果。采用与0.6cm厚舱壁面密度相同的Whipple和SW防护结构进行防护时,载人飞船非失效概率分别为99.704%和99.924%。若采用波纹角为30°和60°的CSW防护结构,则其非失效概率可分别提高到99.939%和99.995%,显著降低了载人飞船失效风险。     

剩余最短路径算法应用于起迄点交通调查统计

从研究旅行者的出行行为特征出发，并结合道路网拓扑关系，提出一种全新的剩余最短路径算法，用于起迄点交通量调查统计．对于每个起迄点对，先找到连接这个起迄点对的最短路径，再把这个路径上调查到的交通量从路段上转移到该起迄点对上．再寻找剩余的下一个最短路径，也把相应的路径调查交通量从路段上转移到起迄点对上．这样重复下去，直到该起迄点对的交通量全部从调查路段上转移至起迄点对．该方法可以有效解决交通出行被重复统计和被遗漏的情况，还可以为今后的起迄点调查提供更合理的测点．     

多颗小行星探测顺序确定及轨迹优化

小行星探测日渐成为深空探测领域的一个研究热点。考虑小行星Kepler轨道以及小推力航天器的特点,从能量和相位的角度推导出多颗小行星探测顺序的确定准则,并利用优化算法对航天器的飞行轨迹进行了全局优化设计。算法在满足约束条件的前提下,使得航天器剩余质量与飞行时间的比值达到最大,并通过数值仿真算例验证了算法的可行性。结果表明:该算法综合利用遗传算法和局部优化算法具有精度高、计算简单的特点,可用于小行星探测的轨迹优化设计问题。     

载体姿态无扰的自由漂浮空间机器人运动规划

为满足自由漂浮空闻机器人系统工作时需保证载体姿态稳定的要求,提出了一种载体姿态无扰动的非完整运动规划方法.该方法通过引入载体姿态无扰约束方程,构建载体姿态无扰曲线组,设计了关节空间基本规划算法;采用多次规划的方法,克服了基本算法不能够在整个无扰工作空同内规划的不足.仿真得到的位置偏差和路径规划结果表明机械臂末端达到目标点的同时确保了载体姿态无扰动,从而验证了所提方法的有效性和可行性.     

基于全年太阳辐射得热的建筑外遮阳系数简化计算方法研究

使用Ecotect模拟计算和数据拟合的方法,从模拟计算太阳辐射量的角度,对规范中外遮阳系数计算方法进行探讨,并针对常见实际工程,补充影响外遮阳系数的特征尺寸,以夏热冬暖地区的广州市为例,得出典型遮阳形式（水平和垂直外遮阳）的拟合公式,为较为精确的建筑外遮阳系数计算提供一种简化计算方法,为更为完善的拟合公式的得出提供一种思路。     

基于体素的医学图像三维表面模型重建

三维表面模型重建是将CT和MRI等医疗影像设备获得的二维图像重建成三维立体表面显示图像的过程·重点研究了其重建算法的具体实现:在建模上采用了基于体素的三维物体体积重建;在显示上提出了基于Ray Casting的三维物体二维直接显示技术·所以,和传统采用三角面拟合的方法相比,具有图像重建过程无需生成中间数据,无需进行3D物体的边界检测等优点,同时该算法并行性好,易于采用硬件方法实现加速·     

一个基于统计方法的OD矩阵求解算法

在传统的OD矩阵估计模型的基础上,并在路段分配概率是随机变量这一假设的前提下,给出了一个统一的OD矩阵模型基本形式,针对该OD矩阵估计模型给出了一个基本求解算法———混合遗传算法。该算法是在传统的数学规划方法和遗传算法的基础之上给出的。同时通过算例的求解,分析了算法的优缺点。