基于Hamilton-Jacobi方程的编队飞行控制

 针对椭圆参考轨道的编队飞行控制系统,基于哈密尔顿 雅克比（Hamilton-Jacobi）方程,给出一种新的生成函数半解析近似解的计算方法,同时推导了编队飞行控制系统相对运动的线性状态转移矩阵,并且验证了模型的精度。在此基础上,结合一个具体的编队飞行任务,采用线性规划算法得到了队形保持的闭环控制器,该算法得到的是脉冲形式的控制序列,因此更具有实际意义。同时还提出了一种简单的避免生成函数奇异点的方法,从而减少了生成函数间相互转换所带来的计算量。最后的非线性仿真结果验证了控制方法的有效性。     

编队飞行小卫星空间状态测量方法研究

介绍了编队飞行小卫星特点，提出了小卫星空间状态测量方案。着重论述了星间相对状态自主测量方法，计算了伪码和载波相位跟踪环路、时钟基准频差以及测量设备延迟带来的星间相对距离测量误差，讨论了降低误差的方法。在对误差项进行综合分析后，得出相对距离测量误差可达到厘米级的结论。     

卫星激光通信终端控制系统稳定性设计

卫星激光通信终端控制系统的稳定性是激光通信链路建立与保持过程中的重要性能指标.以终端天线与快速倾斜镜(FSM)个内回路控制器设计为基础,建立了当电荷耦合(CCD)探测器获得对方终端位置信息构成激光闭合回路时整个激光通信控制系统模型,并根据时滞依赖稳定性定理推导了系统渐近稳定的充分条件,在此基础上对不稳定情况,结合锥补法...     

飞秒激光频率梳绝对测距技术综述

卫星编队飞行、地球观测、深空探测成像以及高端制造技术的快速发展,对绝对距离测量提出了更高的要求,大距离、超高准确度和快速绝对测距已成为重要的技术支撑,传统的激光测距方法已难以满足此类应用需求。飞秒激光频率梳技术的问世给高性能绝对距离测量带来了革命性的突破。本文主要分析和综述了飞秒激光频率梳测距技术的最新研究进展。     

中继卫星天线指向控制策略研究

首先根据中继卫星系统中中继卫星跟踪用户星的要求,定义了中继卫星天线坐标系,推导出了中继卫星天线对用户星的跟踪规律,通过该跟踪规律可以推出中继卫星跟踪用户星时天线方位和俯仰轴转角,为了保证中继卫星与用户星之间的通信,中继卫星单址天线需要精确的指向用户星;然后详细描述了天线指向控制概念,并且设计了星上自主控制方案,星上自主控制方案由捕获和自动跟踪模式组成,一方面设计了天线捕获过程,另一方面对自动跟踪模式的天线步进逻辑进行了合理选择;最后根据推导的跟踪规律,以不同轨道的用户星作为跟踪目标,对所设计的天线指向控制系统进行了数学仿真,并且通过对仿真结果的分析验证了中继卫星单址天线指向性能。     

近地卫星严格回归轨道保持控制

研究了近地卫星基于严格回归参考轨道的轨道保持控制方法：将卫星编队理论引入单星绝对轨道保持控制,提出了"虚拟卫星编队"的概念,分析了卫星轨道相对于参考空间轨迹在轨道摄动情况下的偏离状态及变化趋势,然后根据卫星编队相对运动学,推导出了偏离状态与虚拟卫星编队构形参数之间的对应关系,并设计了以轨道参数超调、偏置及阈值触发为特征的管道保持控制策略。数值仿真结果表明,使用该控制策略能够将卫星轨道保持在以空间参考轨迹为中心的轨道管道内,并且有效减少了因周期性轨道摄动波动造成的管道保持控制量和控制频次。研究成果对于有空间轨迹回归要求的卫星轨道保持控制具有指导意义。     

Laser Ranging Capability as Affected by System Pointing Error

This paper discusses the interrelationships among the ranging capability of a laser ranging system, the beamwidth of the transmitter, and the system pointing error. Since, in general, the system pointing error is statistical, the probability of successful ranging can be determined by means of these interrelationships, as is illustrated in a detailed analysis of a laser ranging system in which a gimbaled mirror is employed as an optical relay.     

Intersatellite laser crosslinks

Intersatellite laser crosslinks (ISL) provide a method of communication that has significantly increased the data throughput that can be managed over typical RF communication systems, and has significant growth potential. Optical communications offer very wide bandwidths which can be effectively utilized with wavelength division multiplexing techniques. The data rate growth potential is well beyond the few gigabit per second range of RF technology. The use of lasers in transmitting optical data takes advantage of its small wavelength and low beam divergence to send highly directed signals over significant distances with controlled losses in intensity. The high directivity of the laser aids in resistance to jamming communications between satellites, or between satellites and ground stations. Various intersatellite laser optical crosslink system are discussed including the Massachusetts Institute of Technology's Laser Intersatellite Transmission Experiment (LITE), the McDonnell Douglas Electronic Systems Company Laser Crosslink System, and The Ball Aerospace Optical Intersatellite Link,in order to display the various subsystem and their implementations. Link budget calculations are performed on the most commonly used modulation formats to determine system parameters necessary to close the crosslink. Background is provided on primal system architectures and methods of laser communication, as well as presently implemented systems. The authors provide some insights on where ISL systems have opportunity to increase their data throughput and reduce acquisition time     

先进武装直升机火控系统研究与仿真

提出了~套适合于武装直升机火控系统的设计方案,特点是采用两自度可动炮,大大地增大了火控系统攻击范围;采用飞行器状态估值器、目标状态估值器,提高了直升机的测量精度。采用闭环火控算法,大大地提高了射击精度。最后,利用蒙特卡洛法对整个火控系统进行了大量仿真,结果表明该火控系统与现有的武装直升机火控系统相比攻击范围大,射击精度高、反应快且具有较强的抗干扰能力,并能在机载计算机上实时工作。     

基于交互式多模型的飞机编队相对导航算法研究

在飞机编队飞行时,成员间的相对位置信息是实现系统协同作战的重要保证,为了提高机群编队飞行的相对导航定位精度,在无地面基准的机群编队飞行JTIDS/GPS/TACAN/IFDL组合的相对导航系统中,采用交互式多模型扩展卡尔曼滤波(IMM-EKF)算法,设计实现了多传感器相对导航系统,克服了飞机动态模型参数变化导致使用单一动态模型滤波精度下降的问题。仿真分析结果表明,交互式多模型算法可以提高相对导航系统的定位精度和可靠性,特别在GPS可见卫星很少的情况下,依然能够具有良好的定位性能。     

Volterra Series Synthesis of Nonlinear Stochastic Tracking Systems

One of the most important objectives of a radar angle-tracking loop is to keep the target within the beamwidth of the radar antenna. Thus, the behavior of the antenna pointing error is of vital interest in determination of tracking performance. For a tracker with a general polynomial linearity (representing nonlinear receiver characteristics), subjected to constant line-of-sight rate inputs, random initial antenna pointing errors, and white Gaussian receiver noise, a method to obtain approximations to the transient mean and variance of the antenna pointing error as explicit functions of time is presented.     

基于I、Q信号的北斗接收机跟踪环路设计

传统的北斗接收机一般采用标量跟踪环,每个通道的卫星相互独立,在此 基础上,又发展起来了基于矢量跟踪的接收机,使每个通道的卫星跟踪不再相互独立。 提出的基于I、Q 信号观测的接收机跟踪环路,保留矢量跟踪的特点,并且采用EKF 作 为跟踪环路预处理滤波器,代替传统跟踪环路的鉴别器,可以在高动态的环境下对卫星 信号进行跟踪,提高环路的稳定性,从而可以有效地提高BDS/INS 深组合导航滤波器观 测量的估计精度。主要对高动态信号跟踪进行仿真,并与传统的标量跟踪方法和矢量跟 踪方法的跟踪能力进行比较。实验表明, 改进的矢量跟踪环能够在高动态的环境下运 行,比起传统环路有更小的跟踪误差。     

小卫星编队飞行队形设计与轨道要素确定

用两体相对运动的线性Hill方程进行了小卫星编队飞行队形的初步设计，并给出编队飞行中各绕飞小卫星轨道要素的确定过程，以空间圆形编队为例，在未考虑摄动情况下，通过仿真验证了Hill方程在小卫星编队队形初步设计中的有效性。     

Torque disturbance rejection in high accuracy tracking systems

The possibility of rejecting torque disturbances that degrade the pointing and tracking accuracy of electromechanical pedestals and general two-axis systems used for target acquisition and robotics is discussed. Torque rejection achieved through disturbance estimation and compensation results in a vast improvement in pointing accuracy. For the class of disturbances considered, comparisons of a classical loop configuration of a tracker, modeled as a two-mass system, with the state-space solution indicate that at least an order-of-magnitude improvement in tracking error can be achieved     

激光微推进器用于微小卫星的姿轨控仿真

为研究激光微推进器用于微小卫星在轨空间飞行任务的可行性,利用已建立的激光推进微小卫星仿真平台,对微小卫星在轨姿态调整、轨道维持和轨道转移等飞行任务进行了仿真和分析。仿真结果表明,星载激光微推进器可满足在轨微小卫星的高控制精度姿态调整、近地观测轨道维持以及较长时间要求的轨道转移等空间任务对推进系统的要求。     

作动器速率饱和时的PIO抑制方法

 作动器速率饱和会产生附加的时间延迟, 使系统稳定性大大降低, 并增加了驾驶员诱发振荡( PIO) 的趋势。为防止作动器速率饱和, 在飞控系统中一般设置了软件速率限制器。对比分析了3 种软件速率限制器, 探讨了它们的开环和闭环特性, 从研究角度出发, 提出了某型飞机在出现低液压故障情况下的PIO 抑制方案。非线性六自由度仿真结果表明, 该方案明显改善了算例飞机在严重低液压故障时的动态响应, 降低了PIO 趋势。     

带时变通信时间延迟的卫星编队姿态协同自适应L2增益控制

针对卫星编队姿态协同分布式控制问题,提出一种基于Lyapunov方法的编队飞行协同控制策略.首先,考虑到实际编队飞行中星问通信存在时变时间延迟及模型不确定问题,结合变结构控制的思想设计一种针对时滞系统稳定性分析的Lyapunov函数,从而由直接Lyapunov方法得到可对模型参数进行估计的自适应分布式姿态协同控制器,并...     

ATS-6 Spacecraft Attitude Precision Pointing & Slewing Adaptive Control Experiment

The primary objective of the Spacecraft Attitude Precision Pointing and Slewing Adaptive Control (SAPPSAC) Experiment is to establish feasibility and evaluate capabilities of a ground-based spacecraft attitude control system, wherein RF command and telemetry links, together with a ground station on-line minicomputer, perform closed loop attitude control of the Applications Technology Satellite -6 (ATS-6). The ground processor is described, including operational characteristics and the controller software. Attitude maneuvers include precision pointing to fixed targets, slewing between targets, and generation of prescribed ground tracks. Test results show high performance and reliability for over 30 h of on-line control with no serious anomalies. Attitude stabilization relative to a prescribed target has been achieved to better than 0.007° in pitch and roll and 0.020° in yaw for a period of 43 min. Ground tracks were generated which had maximum latitude/longitude deviations less than 0.150 from reference.     

基于星间激光测距的三星时差定位系统标校方法

利用精确的星间激光测距信息,提出了基于星间测距的三星时差定位系统标校方法。该方法消除了副星相对位置系统误差对定位精度的影响,同时提出了副星相对位置系统误差的解析解法,建立了模型误差和对副星相对位置系统误差进行估算的误差的定量关系,并证实了基于星间激光测距的标校方法可以在较大范围内提高定位精度。     

基于神经网络自适应动态逆的结冰飞机飞行安全边界保护方法

考虑到飞机带冰飞行的安全问题，对结冰飞机进行安全边界保护成为一种有效的解决手段。基于神经网络自适应动态逆跟踪性能好、鲁棒性强的优点，提出了以安全关键飞行参数限制值作为神经网络自适应动态逆的输入，获取可用舵面偏转角的边界保护方法。建立了飞机本体动力学模型，采用高精度的数值模拟方法获得结冰数据库。设计了神经网络自适应动态逆控制律，通过在动态逆环节引入单隐层神经网络，对不确定性逆误差进行自适应补偿，增强了控制系统的鲁棒性。以俯仰姿态保持模式为例设计了结冰飞行闭环安全边界保护系统。以结冰飞机最小平飞速度的估算值作为飞机最低飞行速度，设计自动油门控制系统，实现对飞行速度的保护。通过仿真验证了设计的控制律具有较强的鲁棒性。对结冰严重程度线性增加情形下飞机状态参数的动态响应进行了分析。仿真结果表明，所设计的结冰边界保护系统，能够实现飞机在容冰飞行过程中对安全关键参数如迎角、飞行速度的实时保护。