双轴卫星天线扰动特性建模、仿真及试验

卫星天线微振动是影响卫星姿态控制精度的重要因素,卫星天线扰动建模的目的是掌握其扰动规律,进而采取相应的控制方法和隔离技术.综合考虑卫星天线扰动源步进电机的扰动力以及天线结构固有模态对星体的扰动影响,建立了卫星天线机构机电一体系统对星体扰动力的数学模型.通过仿真计算,设计试验测试卫星天线扰动力,比较仿真结果和试验结果,对所建模型进行验证.比较结果表明:建立的天线扰动模型准确可靠,对卫星指向控制精度和稳定性的影响提供了借鉴和参考.      

基于积分反推原理的天线定向伺服技术研究

针对卫星天线定位伺服系统,提出了基于有限转角力矩电机(LATM)直接驱动伺服控制系统,并设计了一种简单有效的基于积分反推原理的伺服控制器,利用Lyapunov直接法稳定理论证明了系统的全局稳定性。通过数字仿真,验证了该控制器对外部扰动及系统参数变化具有较强的鲁棒性。     

强γ射线参考辐射场散射影响研究

采用蒙特卡罗程序MCNP对强γ射线参考辐射场的散射特性进行了模拟,确立了辐射场实验空间内的剂量率和能谱分布。通过多种角度对屏蔽墙散射和在束散射体散射进行了细致的分析,为校准实验室钴源辐射场的实验应用和屏蔽设计提供参考。     

空间辐射场蒙特卡罗模拟计算方法研究

对利用蒙特卡罗方法对由银河宇宙射线引起的空间辐射场各成分进行计算的方法进行了调研,对计算模型的建立以及计算过程中通常使用的方差减小技术进行分析,给出了美国的Roesler等人利用FLUKA程序以及加拿大Anid等人利用MCNPX程序计算得到的由银河宇宙射线引起的空间辐射场各量值及其与实验结果的比较,验证了计算方法与计算模型的可靠性。对任意航线空间辐射场剂量分布预评估方法进行分析,给出了由银河宇宙射线引起的空间辐射场的基本特征。     

挠性卫星天线跟踪指向系统的复合控制研究

在抑制弹性振动研究的基础上,根据全系数自适应控制的原理,对挠性卫星天线跟踪指向系统进行了复合控制器的分析和设计,并在这个多变量系统中取得了满意的解耦控制效果。最后,考虑到工程应用的实际情况,给出了满足工程要求的卫星天线跟踪指向控制系统数学仿真结果。     

卫星红外辐射场理论模拟

在红外辐射场理论建模通用框架研究成果的基础上,对卫星的几何构型进行建模;通过背景辐射的非均匀化考虑,根据相应的物理模型对卫星温度场和红外辐射场进行了模拟计算,得到了卫星外表温度场和红外辐射场分布。     

卫星天线复合材料框架的铺层优化设计

为了改善卫星天线复合材料框架的结构动力学性能,提出了一种针对卫星天线框架复合材料铺层的两阶段优化设计方法。阶段Ⅰ以各铺层的角度为设计变量进行铺层顺序优化,框架基频的最大化为优化目标,铺层数的最大值为约束条件。其中设计变量用一种多进制码来表示,并将多进制码映射为连续变量,应用粒子群优化(PSO)算法对阶段Ⅰ优化模型进行求解。在阶段Ⅰ优化结果的基础上,阶段Ⅱ主要是优化复合材料的层数,以基频最大化与质量最小化为优化目标建立多目标拓扑优化模型,应用第2代非劣排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)进行求解。为了验证该方法的有效性,对某大型卫星天线复合材料框架进行优化设计,结果表明:该方法能有效地减小天线板复合材料框架的质量,并提高基频。     

卫星桁架结构跨尺度热—力耦合优化设计与分析

卫星飞行过程中,高精度测量设备的复合材料支撑结构经历多种温度环境,影响结构的热稳定性。为对其热学性能进行研究,综合考虑热—力耦合优化设计,首先,发展了复合材料热膨胀系数跨尺度数值模型。在微观模型中,通过建立代表性体积单元(Representative Volume Element,RVE)模型,由纤维热膨胀系数计算得到单向复合材料热膨胀系数;建立复合材料构件宏观模型,采用微观模型计算得到的热膨胀系数对宏观模型进行分析与计算。为验证复合材料热膨胀系数跨尺度数值模型的正确性,对复合材料管件的热膨胀性能进行了试验测试,测试结果与数值计算结果具有很好的一致性。其次,对卫星桁架杆件进行热稳定性优化设计与分析,综合考虑管件的热膨胀系数与刚度的约束条件,采用具有二阶收敛特性的共轭梯度法对复合材料构件的铺层进行优化设计,发展了复合材料桁架结构热—力耦合优化设计流程。最后,针对某卫星天线桁架支撑结构进行了定热膨胀系数设计与分析,结果表明采用跨尺度热—力耦合优化设计方法得到的热变形量远小于天线支撑结构给定的指标。该方法可用于卫星复合材料桁架结构热稳定性设计与分析。     

含铰链间隙板式卫星天线展开精度分析

板式卫星天线展开机构在航天领域有着广泛的应用,其空间尺寸大,拓扑结构复杂,构件之间多用铰链联结,卫星天线对指向精度要求较高,应考虑铰链间隙对指向精度的影响。含铰链间隙的卫星天线展开机构的指向精度分析建模复杂、求解困难,为此提出了矩阵法分块建模的分析方法,将复杂的整机模型分解成锁定机构计算模型与2个单闭环机构计算模型,分别分析计算铰链间隙对其精度造成的影响,建立整机的计算模型并采用粒子群优化算法进行求解,得到某特定构型的板式卫星天线在极恶劣工况下展开的指向误差为0.067°。研究表明,建立的计算模型精度高,通过智能优化算法求解可以快速得到卫星可展开机构的指向精度极恶劣值,为展开机构的误差补偿设计提供参考。      

卫星编队飞行的无速度测量非线性控制

基于非线性模型 ,研究了卫星编队飞行的控制问题。首先 ,推导了精确的非线性相对运动动力学方程 ;然后 ,设计了带滤波器的无速度测量控制律 ,并使用拉萨尔不变集原理证明闭环系统是全局渐近稳定的 ;最后 ,数值仿真结果验证了理论分析     

微带八木贴片天线的特性研究

研究了微带八木贴片天线的频率响应特性和辐射特性。利用电磁仿真软件HFSS分析了天线各贴片大小和贴片间距等参数变化对寄生贴片耦合场强度和相位的影响,得出了耦合场强度和相位随天线参数的变化规律,揭示了天线频率响应和辐射方向图随天线参数变化的本质原因;在此基础上给出了天线的设计步骤。在某项目中应用该设计步骤进行实例设计,针对项目对天线增益的要求优化天线增益方向图,使之满足项目要求;天线实物的测试结果与仿真结果吻合并完全满足设计要求,证明了设计方法的有效性。     

偏置动量系统中的挠性天线指向控制研究

从工程实践角度,探讨了在目前广泛采用的偏置动量轮三轴姿态稳定卫星上,进行大尺寸（３～５ｍ）和高指向精度（０．０５°）的挠性天性指向控制问题。在建立具有挠性天线的星体动力学模型,以及在借鉴和改进有关抑制挠性天线振动研究的基础上,设计了三轴稳定卫星平台上的挠性天线指向控制系统的方案。最后,根据数值仿真结果,给出了影响挠性天线指向精度的主要因素。     

卫星星间捷变型窄波束天线指向的误差分析

针对捷变型窄波束天线建链时间短、指向精度要求高的特点,通过建立星间天线指向误差模型,从理论上分析了卫星位置、姿态、天线安装等偏差因素对天线指向误差的影响。同时,采用STK软件对MEO卫星的天线指向误差进行仿真实验,实验结果与误差模型的理论预期一致。     

Generation of satellite tracking profile: Problems and validation algorithms

Recently, as a satellite mission becomes complicated, it has been required to generate the schedule of satellite antenna movements automatically without relying upon operator’s ad hoc knowledge. To generate the satellite antenna schedule autonomously, this paper first addresses geometrical problems associated with the antenna scheduling and mission planning problems that can be formulated from satellite navigation and antenna orientation information. Then, based on the solutions of the geometrical problems, a set of antenna azimuth and elevation angles that enables the antenna to point towards the desired ground station is obtained systematically. Using the computed azimuth and elevation angles, the satellite tracking profile (TP) is generated, and to validate it, TP validation algorithms are developed.     

基于光学测量的大型天线测试方法研究

提出了一种基于光学照相的电磁场数值计算测试电大尺寸天线辐射特性的新方法. 根据光学照相实测大型天线的形面三维坐标计算出天线表面电流分布, 利用物理光学计算得到天线远场方向图和增益. 采用该方法得到的海洋二号校正辐射计观测天线和充气天线的辐射特性与平面近场测试结果的对比验证了其具有足够的准确性. 该方法具有快速、灵活的特点, 可以推广到电大尺寸天线测试.      

星间链路天线相对姿态的地面模拟

星间链路天线的相对姿态模拟为星间链路的测试验证提供近真实的动态姿态环境,是星间链路系统地面测试的重要组成部分。建立多个坐标系统将两颗卫星天线的位置和姿态联系起来,利用卫星星历将天线的相对姿态表示为一颗卫星天线在另一颗卫星天线坐标系中的方向向量,利用两个二轴转台实现此方向向量,最终通过控制转台的转角模拟卫星天线的相对姿态变化。同时计算天线波束的方向,分析了两颗卫星的可见性。天线相对姿态的模拟为星间链路的建立和保持提供动态测试环境。     

准惯性定向探测卫星GPS接收天线安装角度研究

研究了准惯性定向探测卫星GPS接收天线的安装角度问题. 根据卫星任务需求分析其姿态需求, 再由姿态需求对GPS接收天线的安装方式进行理论分析和仿真计算, 通过GDOP值优选了安装角度方案. 仿真结果表明, GPS接收天线的轴向在本体±y轴即轨道面法向或负法向方向附近.      

用户星高度对中继卫星星间链路的性能影响

数据中继卫星(简称中继星)系统可为各种用户星提供优质服务,但用户星轨道高度严重影响了中继星与用户星之间的星间链路(IOL)性能。文章通过数学模型来计算IOL自由空间损耗的极值和中继星星间天线的视场角,并用STK进行了仿真验证。基于此模型,对近地圆轨道航天器和导航卫星两种用户进行了实例分析。发现对近地圆轨道用户星,自由空间损耗的最大值与最小值之差和天线视场角均不大,设计时不需要特别考虑;而对导航卫星用户,两项参数值分别高达15dB和大于35°,需采用相应措施来避免过设计和解决视场角大的问题。     

航天GPS接收机信号搜索捕获策略

航天GPS接收机的无辅助冷启动时间是一项重要指标,研究近地轨道应用的12通道C/A码导航型接收机减小冷启动时间的方法.分析GPS信号的多普勒频率和伪码相位搜索方法、捕获检测器及其参数选择、多普勒频率搜索步长和伪码搜索速率, 得到多普勒频率搜索步长为500?Hz,伪码搜索速率为475码元/s.研究轨道倾角、轨道高度、GPS天线仰角和轨道偏心率等因素对多普勒频率搜索范围的影响.阐述根据GPS卫星间夹角的统计信息选择合理的卫星分配方法.分析和仿真结果表明,根据GPS卫星间夹角的统计信息选择合理的卫星分配方法,可将冷启动时间减少25%~30%,影响多普勒频率搜索范围的因素按程度依次为:轨道倾角、轨道高度、GPS天线仰角和轨道偏心率,再考虑这些因素时可将冷启动时间减少25%~40%.