飞行器舱室突发污染源定位及强度估计方法研究

诸如载人航天器及大型民机等飞行器密闭微环境,随着人员停留时间的延长,舱室空 气污染问题已成为危害工作人员生命安全的主要因素,所以迫切需要开展突发不确定污染源 定位及散发强度辨识方法研究,以提高主动应对突发污染的能力。提出采用敏感性分析 算法实现突发污染源定位及散发强度估计,还分析了不同位置处的传感器可辨识区域, 以确定最优传感器布置策略。上述研究能够实现污染源散发特性的快速准确辨识,为主动应 对污染事故提供依据。仿真结果证实了该算法的有效性。
     

飞行器舱室突发污染源散发强度动态辨识

诸如载人航天器和大型飞机等密闭微环境,随着人员停留时间的延长,舱室突发污染 问题已成为危害工作人员生命安全的主要因素,所以迫切需要开展突发不确定污染源辨识及 危害性预测研究技术,以提高上述密闭环境主动应对突发污染的能力。本文提出一种新的浓 度离散随机模型,并建立敏感性分析方法实现污染源定位及强度初步估计,之后利用隐式与 显式卡尔曼滤波相结合的方法同时完成污染源散发特性的动态辨识及舱室空气污染物的浓度 预测。上述研究能够实现污染源散发特性的快速准确辨识。仿真结果证实了该算法的有效性 。
     

空间机器人抓捕目标后动力学参数辨识研究

针对自由漂浮空间机器人抓捕目标后的动力学参数辨识问题,提出一种参数辨识的持续激励轨迹设计方法。首先,基于动量守恒原理建立了自由漂浮空间机器人的动力学参数辨识模型;然后,采用有限傅里叶级数对空间机器人的机械臂关节运动轨迹进行参数化表示,并以参数辨识回归矩阵条件数最小化为指标,通过求解一个包含多约束的非线性优化问题得到傅里叶级数的待定系数;最后,采用基于QR分解的递推最小二乘估计方法实现对采样数据的序贯处理,并求解出待辨识参数。仿真结果表明,提出的激励轨迹设计方法可以显著提高空间机器人参数辨识的收敛速度和准确性。     

航天器分子污染计算方法综述

随着对航天器长寿命、高可靠、高性能要求的不断提高,污染逐渐成为影响任务成功的重要因素之一。数值模拟是评估分子污染的主要手段之一。文章对航天器分子污染计算方法进行了总结,详细介绍了污染源、污染沉积及效应、污染传输的模型以及计算方法。     

基于触力感知的空间非合作目标惯量参数辨识方法研究

因空间机械臂系统内部存在较强的动力学与运动学耦合关系,为防止捕获操作对系统的姿态和轨迹产生影响,需对捕获的空间非合作目标的惯量参数进行精确辨识,针对传统的辨识研究仅考虑辨识的基本原理,忽略了实际辨识过程中存在的辨识误差等重要问题,提出了一种新颖的基于触力信息的空间非合作目标惯量参数完整辨识方法。先对辨识过程中存在的各种误差及其对辨识结果影响进行了理论推导,在此基础上提出了一种包含末端触力信息及末端执行器力、力矩信息的改进辨识方程,削弱辨识过程中误差的累积效应及其对辨识结果的影响。此外,考虑量测误差中包含复杂的噪声信息,提出了递推最小二乘法-仿射投影符号算法(RLS-APSA)混合算法,并基于此算法解算辨识方程,以确保辨识结果的稳定性。为验证所提辨识方法的有效性,构造了多自由度空间机械臂系统模型,用Adams-Matlab联合仿真平台进行相应的仿真实验,实验结果证实了所提辨识方法的有效性。     

KM3大型空间环模设备放气污染检测与污染控制

首次建立了对空间环模设备放气污染检测的6种测试方法,应用于KM3大型空间环模设备的多次试验中,并依据检测结果,对 KM3系统的污染特性从污染来源、成分及分布进行了详细论述,提出了一些相应的控制方法。     

基于气体扩散方程的分子污染仿真与污染效应试验研究

随着空间光学技术的飞速发展,高性能空间光学载荷对分子污染防控提出了更高要求,必须在载荷设计初期开展分子污染传输与沉积的仿真分析,以更好地提供反馈并指导载荷设计。针对利用传统Monte Carlo方法进行空间分子污染仿真对复杂结构处理耗时长的问题,基于气体扩散方程创新性地开展空间分子污染传输与沉积行为的仿真分析,得到了敏感镜面的污染物沉积量分布数据,并结合地面试验对污染效应进行测试分析,结果表明分子污染可导致敏感镜面在轨3年后的光学性能衰减量达5.3%。研究结果可为空间光学器件的设计和开发提供指导。     

基于BP神经网络的飞行器参数辨识与自适应控制

针对跨域空间飞行器气动参数非线性严重和具有大不确定性等特点,提出一种基于BP神经网络的飞行器离线参数辨识与在线自适应控制的方法.首先,临近空间飞行器进行风洞试验吹风得到的气动参数是典型的输入输出非线性系统,运用BP神经网络算法进行离线训练建立气动数据的辨识模型;其次,根据气动数据的辨识模型计算实时舵效变化参数,飞行器控制的增益根据舵效变化完成在线自适应调节,实现飞行器的自适应姿态控制;最后,进行数学仿真验证,结果表明,将BP神经网络应用于飞行器姿态控制中,能够实现控制参数的自适应调整,说明BP神经网络具有优良的逼近性能,最终提升了飞行器姿态控制系统的性能,提高了智能化设计水平.     

一种自旋稳定卫星姿态传感器数据异常的诊断方法

针对自旋稳定卫星遥测数据异常时,故障类型和故障源难于辨识的问题,提出一种数据驱动的故障诊断新思路.该方法提出将卫星姿态与传感器之间固有冗余关系是否保持作为判断故障类型的依据,并利用主成分分析把这种关系通过测量空间的特征值进行量化,监测特征值之间相应比例的变化实施判定;借助正交子空间的结构分析,选择SPE统计量进行故障检测和故障源的定位.在遥测数据的基础上模拟风云某型气象卫星的不同故障模式,并应用本文方法进行分析,结果表明,该方法克服了传统贡献图方法无法判别故障类型的缺点,可以实现对故障的正确诊断.     

基于地形匹配的高超声速飞行器初始定向偏差在线辨识方法

针对高超声速飞行器机动发射条件下自瞄准时间短、初始定向偏差大的问题,提出一种基于地形匹配的初始定向偏差在线辨识方法。以综合初始对准和姿态控制的惯性系统导航误差模型为分析基础,融合相邻两个地形匹配区两次地形匹配定位结果,建立了初始定向偏差在线辨识模型,并从惯性系统工具误差系数偏差和地形匹配定位误差两方面讨论了辨识模型的适应性。以美国高超声速飞行器CAV H为研究对象建立仿真环境,采用蒙特卡洛法检验初始定向偏差辨识效果。仿真结果表明,在地形匹配定位误差为173.88 m (3σ)情况下,初始定向剩余偏差平均值为8.42″,最大值为34.65″,能够有效提高惯性系统导航精度,并且有助于缩短发射准备时间、提高武器系统生存能力。     

航天器真空热试验污染物成分分析

航天器真空热试验的污染物成分分析是识别污染源、进行有效污染控制的基础。文章采用擦拭等方法收集敏感表面污染物;丙酮溶液洗脱污染物;气相色谱-质谱联用方法对污染物进行成分分析。文章对某星太阳电池板真空热试验中出现的污染物进行了定性分析,发现该类污染物为甲基苯基硅氧烷,来源于太阳电池组件所用粘结剂。文章还对卫星OSR表面和太阳电池板表面真空热试验后的残留邻苯二甲酸酯类残留污染物进行了定量分析。     

空间站脉冲编码被动式交会对接合作目标三维跟踪

针对空间站交会对接(RVD)过程中合作目标在视频中周期性发光的特点,提出基于累积帧差法的合作目标检测方法及相应的跟踪窗口确定方法,建立合作目标状态的识别机制。在跟踪过程中,针对均值漂移算法容易受到图像背景干扰产生较大跟踪偏差的问题,在光流计算的基础上,提出一种基于线搜索的二维跟踪算法。通过分析敏感器采集的视频,验证了文中提出的算法能够准确地检测和跟踪图像序列中的合作目标,进而结合像机位姿估计算法,连续地估计像机位姿在三维空间中的变化。     

Three dimensional temperature field in a conducting sphere due to an arbitrarily located split ring heating source

Thermal control of spacecrafts plays an important role in space missions. In the design stage the preliminary thermal analysis of the spacecraft requires an estimate of the conductive thermal resistance between the various spacecraft components. With this in mind, the fully three dimensional problem of determining the thermal field in a conducting sphere with an asymmetric split ring current carrying heating source is resolved in an analytical or almost analytical form, implying either a closed form solution or utmost expressions involving a simple numerical integration. This has immediate application for evaluation of thermal resistance in spacecrafts. Green's function integral techniques are used. Comparisons are made with series solutions and also with purely numerical solutions to contrast the simplicity and highlight the elegance of the present method. Parametric studies reveal expected behavior.     

沸石分子筛对航天器分子污染物的吸附性能研究

针对空间环境中有机污染物沉积在航天器敏感部件上造成相关功能失效问题,提出一种利用沸石分子筛多孔结构在轨清除有机污染物的新方法。研究了真空环境中,Naβ、NaY、13X三种分子筛对某型号电缆真空放气产物的吸附能力,结果表明13X的吸附能力优于其它两种分子筛,饱和吸收率为14.03%。将其作为分子吸附器的吸附材料应用到航天器易污染的部位,将会有效控制航天器在轨运行的污染水平,提高可靠性。     

访问多个特定相对位置的航天器轨道设计

在航天器轨道设计问题中,将惯性空间中经典的吉布斯三矢量定轨方法拓展到相对运动空间中,给出了一种相对运动条件下的三矢量定轨方法。针对已知轨道的目标航天器,以及二个或三个给定的空间相对位置,基于相对运动方程,提出了设计跟随航天器飞行轨道的数值方法。以轨道面共面或异面,以及目标航天器轨道形状为椭圆或圆,将问题分为四种情况进行约束条件和自由变量个数的分析讨论。对于自由变量个数多于约束方程的情况,额外给定周期重访约束,将各种情况下的特定相对位置访问问题转化为一至二维的非线性方程(组)求解问题。对一维方程求解采用分段黄金分割+割线法进行快速求解;对二维方程组通过网格法搜索迭代初值并通过牛顿迭代快速求解。进一步基于线性模型的解,采用微分修正方法求解了各情况下J2摄动模型下的结果。数值算例验证了提出方法的正确性及有效性。     

多孔铝板高速撞击声发射定位方法

目前,声发射定位技术在空间碎片撞击航天器事件中的撞击源定位问题中得到了广泛研究。在定位算法上,声发射信号传播机理的复杂性表现为输入量的随机性;多次撞击的复杂性则表现为声发射信号传播的弯曲路径。文章针对多孔铝板声发射定位问题进行研究,采用伽马分布对声发射信号传播的弯曲效应进行建模,采用相对时间差方法对声源进行定位,最后通过仿真分析对所提供的模型与算法性能进行了数值演示。该方法可应用于空间碎片撞击航天器的撞击源定位与损伤评估。     

在轨操控机器人拓邻域搜索三维路径规划

针对空间在轨操控机器人在桁架式空间站执行操控任务时,需要在桁架间自由穿行且时刻与空间站保持接触的任务特性,提出基于拓邻域搜索蚁群算法的三维全局路径规划方法.该方法首先建立桁架式空间站的三维栅格模型;充分考虑机器人穿行时的包络约束和操控时的接触约束,在路径规划和轨迹搜索前对被操控对象的三维栅格模型进行预处理和修正,缩减路...     

未知空间目标纹理缺失表面三维重建算法

针对传统三维重建方法难以对纹理缺失表面进行完整重建的问题，提出一种基于深度学习与截断符号距离函数(TSDF)融合的未知目标三维表面完整重建算法。首先设计一种基于深度学习的图像逐像素深度估计框架，通过在训练过程中引入多个复杂结构模型，提高该深度估计框架的泛化能力；其次，利用TSDF对各帧图像所估计的深度信息进行融合，实现对纹理缺失区域的空间目标完整三维重建。根据仿真校验，对于300 mm尺寸的卫星模型图像，像素深度估计平均误差约为13 mm，通过TSDF融合后尺寸精度误差小于5.10%。实验结果表明该算法可以对未知空间目标光学图像进行逐像素深度估计，并获得目标完整的三维结构与纹理信息，有效解决无纹理区域的重建结构缺失问题。