航天器下行数据异变检测算法研究

针对航天器下行遥测数据故障检测问题,建立了相应的非平稳+异常分量模型,并借鉴采样数据新息增量过程的回归系数有界影响辨识方法,提出了航天器下行数据异常突变在线检测算法,该算法具有简捷的递推关系和良好的容错能力。实测数据结果表明,该算法可以有效地检测出航天器异常数据,并能克服异常数据的不利影响,提高在轨航天器测控过程的可靠性。     

航天器在轨故障特征数据生成方法

针对故障特征数据模拟生成算法与航天器的原理、模型关联度高,航天器状态描述模型不成熟、难以应用于工程实践的现状,根据反映航天器在轨故障的遥测数据表现形式和变化时间长短,将航天器故障进行分类。从遥测数据变化的角度,针对每类故障遥测数据的变化特点,研究了符合每类故障数据变化规律的故障特征数据生成算法及基于WEB服务的故障特征数据生成原型系统实现方式。生成的故障特征数据在故障检测、诊断与预警等方面得到成功应用,使航天器对象、状态演化规则和测控信息产生等故障输入数据更接近真实的动态特征。     

基于时间序列数据挖掘的航天器故障诊断方法

时间序列方法是数据挖掘技术的一个重要分支,在航天器故障诊断领域具有非常广阔的应用前景。本文在系统研究时间序列数据挖掘技术现状基础上,重点介绍了一种基于时间序列数据挖掘的航天器故障诊断方法,包括确定诊断对象、航天器遥测数据选取、航天器遥测数据再处理、航天器遥测数据时间序列特征表示、航天器故障诊断的时间序列数据挖掘方法执行、挖掘结果的解释与评估、软件系统开发共7个步骤。最后通过卫星实例描述了该方法在航天器故障诊断中的具体应用。     

一种基于时序形态的航天器动态模式提取方法

针对航天器动态特性分析过程中遇到的建模过程复杂、处理速度较慢、分析结果不易进行直观解释等问题,通过借鉴符号化近似思想,提出了一种基于时序形态的航天器动态模式提取方法。该方法首先采用分段线性化算法获取一系列分割线段以近似表示遥测序列形态,然后使用系统聚类分析技术对分割线段进行分类,最后基于分类结果将遥测时间序列数据转化为蕴含形态信息的符号序列。验证结果表明该方法简单、有效,所提取的动态模式符号序列不仅可体现遥测时序数据的显著变化,也可表征遥测序列的细微变化,可作为遥测序列识别与异常检测的依据。     

动量轮在轨状态可靠性贝叶斯网络建模与评估

卫星动量轮在轨运行环境复杂,并且无失效数据,难以利用传统方法进行可靠性建模与评估。为此,提出一种利用贝叶斯网络融合动量轮各种试验信息及轴温和电流等遥测数据的可靠性建模与评估方法。基于失效分析建立贝叶斯网络拓扑结构,根据试验数据估计网络参数,而后,通过贝叶斯网络的推理得到动量轮可靠度的点估计和区间估计,并利用在轨遥测数据实时评估动量轮可靠性,获得动量轮可靠性变化趋势比较明显的遥测数据取值区间。该方法对动量轮实时状态监控具有一定的理论和实践意义。     

类天宫航天器迎风面积建模及变化特性分析

针对类天宫航天器复杂结构外形迎风面积的精确计算问题,提出了一种在轨飞行期间迎风面积的计算模型。该模型考虑航天器姿态变化和帆板转动因素,在航天器本体系下建立经纬度网格,将三维的投影方向矢量转化为二维的经度、纬度;基于图形学几何投影方法,对投影经度、投影纬度、帆板转角模型参数按照一定颗粒度离线穷举,计算各种参数状态的迎风面积,离线建立航天器迎风面积模型;轨道计算过程中,根据航天器在轨飞行模式确定该时刻的姿态和帆板转动角度,通过迎风面积模型插值获得迎风面积。应用该方法计算天宫一号长期在轨飞行阶段的迎风面积,对不同时间尺度的变化规律进行了分析,验证了方法的有效性。     

面向高级在轨系统的动态服务质量保证方法研究

AOS(Advanced Orbiting System,高级在轨系统)已经逐渐被各国空间组织采用,随着空间任务的发展趋势更多样化和复杂化,对AOS的QoS(Quality of Service,服务质量)也提出了更高要求.针对AOS服务质量的提升需求,提出了一种虚拟信道优先级策略,使用大容量缓存结合数据压缩动态策略和遥测数据抽帧策略相结合的QoS保证方法,通过分析返向链路带宽与航天器遥测用户带宽的裕量,可以动态调整QoS保证,以适应不同应用环境下的航天器AOS的QoS保证需求.通过模拟不同的工况进行仿真试验,结果表明,该AOS服务质量保证方法适用于返向链路带宽裕量充足和不足的工况,比传统的全同步策略和同步异步结合策略拥有更广泛的适应范围.     

CCSDS建议在某新型航天器测控中的应用

CCSDS(空间数据系统咨询委员会)建议的AOS(高级在轨系统)数据传输机制和TM(遥测)信道编码,较好地满足了某新型航天器遥测功能服务于多数据源、信号格式采用帧结构以及链路采用高性能信道编码的要求。某新型航天器测控采用AOS建议的插入业务和位流业务专用虚拟信道分别解决了多个不同特征数据源的遥测数据等时传输问题;采用CCSDS建议的传送帧结构满足了非相干测量功能对下行信号的要求;同时参考CCSDS遥测同步和信道编码建议中Turbo码的码型设计和码块同步方法,完成了下行链路高性能信道编码设计。     

一种星敏感器-陀螺组合定姿的实时在轨标定方法

研究了一种星敏感器一陀螺组合定姿方式中的姿态敏感器误差的实时在轨标定方法。首先,选择直观的欧拉角作为姿态描述参数,根据星敏感器和陀螺的测量原理建立星敏感器一陀螺在轨标定的测量方程和状态方程,并以此建立数学模型。其次,采用简单高效的EKF（ExtendedKalmanFilter,扩展卡尔曼滤波）作为估值算法,进行了在轨标定数值仿真。对于航天器姿态定向中出现的姿态角和星敏感器安装角之间的耦合问题,通过在特定姿态通道上施加简单姿态机动实现了解耦。数值结果表明,该实时在轨标定方法,尤其是所提出的姿态角和星敏感器安装角解耦策略,可以实现对航天器姿态的实时精确估计以及对星敏感器安装误差、陀螺常值漂移和相关漂移等误差的实时在轨标定。该方法可用于航天器姿态测量设备的实时在轨标定和航天器姿态的高精度实时确定。     

航天器在轨可更换模块机构与结构设计

航天器常在其任务中出现功能失效,造成巨大的损失,而在轨模块更换技术则是利用空间机械臂自主对可接受在轨服务航天器进行故障模块更换、升级、补充消耗品等。通过对在轨可更换模块在轨服务的任务、在轨可更换模块的组件构成,从而得出在轨可更换模块的机构设计方案,进而又对在轨可更换模块进行结构设计,利用 SolidWorks 软件建立该结构的三维模型,实物模型验证了其可行性。     

基于轨道可达域的机动航天器接近威胁规避方法

面对日益复杂的空间安全形势,基于轨道机动可达域分析提出了机动航天器接近威胁计算、评估和规避方法。首先,基于可达性判据给出机动能力受限的航天器单脉冲轨道机动可达域求解方法。其次,通过判断在轨航天器自身轨道与来袭航天器机动可达域间的位置关系计算其位于威胁域内的区段,进而得到轨道危险区。再次,基于两航天器进出危险区的时间定义了威胁评价指标,从空间和时间的窗口匹配性角度分别评估在轨航天器受来袭航天器的威胁程度。最后,给出了基于最小化危险区的航天器最优多脉冲接近威胁规避策略,对比了多个脉冲方案结果。仿真结果表明,在轨航天器能够在满足给定约束条件下实现对危险区的机动避让,并以最小燃料消耗回归正常运行轨道。     

航天器数字化设计与系统仿真技术

先进的数字化设计与系统仿真技术是提高航天器性能和质量、降低研制成本和风险,缩短研制周期以及保障在轨可靠运行的重要途径和手段.各国航天机构投入大量经费进行该领域的研究,所建立的设计与仿真系统在航天器设计与研制的各个阶段都发挥着重要作用.     

一种以燃耗为优化目标的航天器在轨加注作业调度

针对基于空间燃料站的多目标航天器在轨加注任务,以GEO航天器为加注对象,对"多对多"模式的航天器在轨加注作业调度问题进行研究。首先以轨道转移燃耗为优化目标,考虑时间、燃料等约束条件,建立了在轨加注作业调度问题的数学模型。模型中,通过设计优化变量,结合多圈Lambert问题中速度增量与转移时间的关系,将航天器在轨加注作业调度问题转换成整数规划问题,在此基础上,采用遗传算法对其求解。然后以14颗GEO轨道航天器作为目标航天器进行数值仿真计算,并对仿真结果进行分析,验证解的正确性以及算法的可行性,结果表明算法能够有效地解决基于空间燃料站的在轨加注调度问题。     

用于卫星定点保持机动的专家系统

本文介绍了一种完成航天系统实时分析和指令产生的专家系统样机的开发及其能力。目前,卫星轨道控制专家系统(ESSOC)已能够进行同步卫星定点保持机动。考虑了航天器不断变化状态和前面的动作,ESSOC给操作手推荐相应的指令,指导操作手完成定点操作。与卫星状态有关的信息存入专家系统的知识库。该知识库不断被处理过的航天器遥测数据更新。过程的结构信息用产生式规则进行编码。过程式规则相互无关,而且与知识库无关,这样就使得系统很容易维护和扩展。文章特别强调了ESSOC系统特性及其开发,即知识获取的结构化方法,以及使ESSOC能在实时环境中工作的设计及提高性能的技术。     

一种基于物联网技术的宇航智能家居系统设计

为满足未来载人航天器可能的在轨工作生活需求,提出了一种基于物联网技术的面向载人航天器的智能化、网络化、商业化的宇航智能家居系统设计方案。该方案研究了宇航智能家居系统的总体方案及协议架构,详细规划设计了宇航智能家居系统功能,并分析了系统设计方案可行性,有助于提升载人航天器人机交互的高效性、便捷性、舒适性及智能性,为在轨航天员提供更加宜居的在轨工作生活环境支持。     

航天器专家故障知识模型的建立和应用

随着我国航天事业的不断进步和国际业务的拓展,在轨航天器的数量逐年增加,航天器长期有效的管理对保障航天器长寿命运行具有十分重要的意义。传统的地面监测人员对航天器的监视已经不能满足要求。本文介绍了一种多航天器专家故障知识模型的建立方法,简要说明了基于这种模型的应用可以增加航天器在轨管理的智能化,提高工作效率。     

面向航天器在轨装配的数字孪生技术

构建航天器在轨维修维护能力是确保空间系统长期稳定工作的有效途径,而对于空间环境中的在轨装配过程的模拟、监控、诊断和预测,目前的研究尚处于探索阶段,研究成果相对较少且缺乏整体解决方案。提出采用构建航天器数字孪生体的方式,来抽象表达航天器完成在轨装配的过程、状态和行为。首先分析了在轨装配航天器的结构组成及功能需求,然后系统阐述了航天器数字孪生体的数据组成、实现方式和作用,最后给出了航天器数字孪生体在设计、制造和在轨服务阶段的实施途径,并对航天器数字孪生体的作用进行了总结和展望。     

低轨载人航天器原子氧环境仿真分析技术

原子氧是影响低地球轨道航天器在轨性能的重要空间环境因素之一,其氧化性对航天器表面材料及舱外组件造成损伤,严重影响航天器在轨寿命。针对此问题提出了一种原子氧仿真分析方法,以此对长期低轨运行的载人航天器模型在轨期间表面遭受到的原子氧累积通量进行分析,仿真结果与NASA实测飞行数据比较,二者吻合很好。本仿真计算方法可用于低轨飞行器原子氧防护设计,仿真结果可作为试验依据。     

基于分层有向图的航天器故障诊断

针对航天器在轨故障诊断系统在实时性、准确性和完备性上的要求,提出了基于分层有向图的新的定性诊断方法。采用有向图分层策略,减小故障源搜索空间的大小;利用故障传播路径上的测试节点间的定性关系,回溯搜索不相容支路找出故障源候选集合,并且通过部件故障概率和故障传播的权重对候选故障源进行故障可能性的排序。应用提出的方法,建立了某卫星一次电源系统的定性诊断模型,并进行了故障诊断的仿真测试。结果表明该诊断方法是高效的,诊断结果准确而且完备。该方法适用于航天器在轨故障诊断。     

低轨卫星可控式冗余分包遥测技术

随着卫星功能日趋复杂,遥测参数越来越多,处理要求越来越快,遥测设计面临越来越大的压力,必须拓展新的设计思路.本文讨论了一种低轨卫星可控式冗余分包遥测技术,更好地缓解遥测信道“瓶颈”,满足用户多样化的遥测需求,提高卫星遥测能力.该设计采用PCM（Pulse Code Modulation,脉冲编码调制）遥测和分包遥测相结合的方案,在信道资源有限,遥测参数庞大、用户需求多样的约束条件下,通过星载软件模式控制的方法实现了动态可编程遥测处理和遥测数传通道的冗余处理,提高了遥测信道的资源利用率、遥测设计的灵活性和系统的可靠性,该技术已成功应用于某在轨卫星,并被多颗在研卫星所采用.