小脉冲约束下的近圆轨道控制方法研究

对于近圆轨道平面内参数的控制,采用传统的双脉冲控制方法,一条轨道圈内至多只能进行两次轨道控制,在单次控制小脉冲约束下,整个控制周期会很长。文章针对单次控制小脉冲约束,提出了一种增加一条轨道圈内的轨道控制次数的近圆轨道平面内参数控制方法,达到了相对双脉冲变轨可以大幅缩短整个控制周期的目的。     

航天器编队飞行的周期脉冲控制与燃料分析

针对航天器编队飞行,建立了小偏心率时的相对运动关系,获得了轨道根数差与编队构型参数间的相互转化关系。对编队飞行采用周期脉冲控制方法,在1个轨道周期内消除轨道根数偏差。定量分析了编队重构和J2项摄动下构型长期保持控制的燃料消耗。仿真结果验证了控制方法和燃料分析的准确性。     

航天器多脉冲悬停控制的非线性方法

为解决连续推力空间悬停控制技术对航天器控制推进系统要求较高、工程上难于实现的问题,提出基于Clohessy-Wiltshire方程的多脉冲悬停控制方法。以轨道要素外推的飞行状态非线性预测方法和脉冲悬停控制量优化算法,对悬停脉冲进行了优化,可以实现主动航天器在目标航天器附近任意点的近似稳定悬停。给出的多脉冲悬停控制方法及控制量非线性优化算法考虑了地球非球形引力摄动J2项影响,补偿了Clohessy-Wiltshire方程的线性化误差,能有效提高悬停精度。仿真结果表明,多脉冲悬停控制方法的燃料消耗与连续推力悬停方法相比没有明显增加,不会对主动航天器带来过大的燃料消耗压力。     

基于分段连续推力的晕轨道控制方法

基于小偏差理论,推导了三体动力学模型的误差线性模型,并将此假设下的控制归纳为终端固定的有限时间调节器问题。在此基础上,进一步利用该最优控制方法推导了晕轨道周期内的连续小推力控制方案,验证了控制加速度及状态量的收敛。同时针对整周期控制方式在超调后状态量收敛速度慢的问题,通过分段连续推力控制模式(Sectional Continuous Thrust Control,SCTC)来近似瞬时脉冲推力控制模式,给出了最短分段控制时间的计算方法。实验表明,SCTC模式加快了轨道状态的收敛速度。对于km级入轨偏差,通过1次控制即可使实际轨道收敛至标称轨道。     

近圆参考轨道脉冲悬停及其轨迹安全分析方法

基于航天器相对运动的C-W方程及其解析解,研究了空间相对悬停的脉冲控制方法,给出了相对悬停脉冲控制量的计算方法,降低了对空间悬停任务航天器控制推进系统的要求,有利于工程实现。以两航天器相对轨道机动过程中的碰撞概率计算方法为基础,对相对悬停的轨迹安全风险进行了量化分析。数值仿真算例显示,本文方法可实现圆或近圆参考轨道上的空间相对悬停,且缩短悬停轨道机动周期,有利于悬停效果的提升。悬停相对运动过程中,悬停碰撞概率的极值点与两航天器相对距离的最小值几乎同时出现。     

雷达天线扫描周期精确测量技术研究

雷达天线扫描周期是一项重要的雷达信号战技术参数.首先介绍了该参数的基本测量思路,在研究脉冲族数据分析相关理论的基础上,进一步提出了雷达天线扫描周期脉冲族测量法.该方法可提高雷达天线扫描周期的测量精度和稳定度,并且适合机器进行自动、快速的参数测量,具有较高的可行性.     

基于C-W方程的近程导引制导与控制方法

根据轨道动力学建立的航天器自主交会绝对运动与相对运动动力学方程,设计了基于C-W方程的近程导引段双脉冲和多脉冲制导与控制方案。采用闭环多脉冲制导,以控制精度和燃料消耗为指标,对双脉冲、等时间间隔多脉冲和闭环多脉冲制导进行比较。仿真结果表明:闭环6脉冲制导可用于近程导引段,有一定的工程应用价值。     

地面PD雷达信号处理设计与实现

基于ADSP-TS201的多片数字信号处理器平台,对一种脉冲多普勒(PD)雷达信号处理机的设计与实现进行了研究。介绍了系统的工作原理。给出了优化的距离解模糊算法和距离遮挡及脉冲重复周期最优化选择等关键技术及其实现。     

航天器近距离相对运动轨迹设计与控制

航天器近距离相对运动是当前航天领域的重要研究热点。针对圆(近圆)轨道目标航天器,综合利用C\|W方程、脉冲控制和优化理论,系统地解决了航天器相对运动的轨迹设计与控制问题。从C\|W方程解析解出发,给出了自然轨迹和受限轨迹的数学描述;以此为基础,考虑碰撞避免,研究了全局绕飞轨迹和局部限制轨迹的设计与控制。对于全局绕飞轨迹,研究提出了自然椭圆绕飞、自然螺旋绕飞、单脉冲“水滴”形绕飞、多脉冲圆形绕飞和多脉冲“田径场”形绕飞五种轨迹模式;对于局部限制轨迹,研究提出了自然椭圆V\|bar限制轨迹、单脉冲 R\|bar 限制轨迹和多脉冲任意方位限制轨迹三种模式。分析了每种轨迹模式的形成过程和能量消耗,给出了每种轨迹的设计参数,利用仿真算例验证了有效性。此外,对多脉冲圆形绕飞轨迹和多脉冲任意方位限制轨迹,建立了脉冲位置和脉冲时间间隔的优化模型。
     

步进电机多级可变微步距驱动技术

步进电机存在着步距不可能太小,响应频率不太高等特点,从而导致脉冲当量与进给速度之间的矛盾。倘若既要提高数控精度(小的脉冲当量)又不降低进给速度,应用传统的步进电机驱动技术是无法实现的。单片机控制步进电机多级可变微步距驱动系统中的功率管工作于放大状态而不是开关状态,通过数模转换把单片机的数字输出量转换成相应的相电流来实现0～512以上的连续细分,从而实现步距角的细分,如此可缩短传动链,使步进电机直接带动进给丝杠实现微步距或大步距快速空程驱动。不仅如此,此项技术还可使多台步进电机按不同速率和步距同步运行,实现多维增量运动的平滑运行。这样,不仅弥补了上述步进电机的弱点,而且在性能和价格两项指标上均远远优于伺服电机数控系统。     

Solar sail formation flying on an inclined Earth orbit

The versatility of solar sail propulsion can be utilized in the exploration of Earth’s magnetotail. An inclined periodic orbit with respect to ecliptic is possible for a solar sail with its orbital plane in synchronous rotation with the sun. Solar sail evolving on such an inclined orbit is free of Earth shadow. Formation flying of a cluster of sails around such an inclined periodic orbit is investigated in this paper. The solution of the first-order approximation to the linear relative motion is used to qualitatively analyze the configurations of relative orbits. Since the relative motion is unstable, active control is necessary to keep a periodic relative motion. A typical LQR method is employed to stabilize the relative motion. The design method is validated by numerical examples.     

基于T-H方程的卫星轨迹模型参考输出跟踪控制方法

当目标卫星沿椭圆轨道运行时,描述追踪星与目标星相对运动的线性化方程为T-H方程。将描述航天器相对运动的T-H方程变换为周期系统的状态空间形式,并给出卫星轨迹跟踪控制问题的数学描述。基于周期系统的参量Lyapunov方法和模型参考跟踪控制理论,提出了卫星轨迹跟踪控制器的设计方法。利用该方法设计了带有收敛速率保障的反馈镇定控制器和具有自由参数的前馈控制器。对追踪星相对目标星悬停任务进行了数值仿真,仿真结果表明提出的控制方案是有效的。     

航天器相对运动建模及周期性相对运动求解

面向航天器编队飞行的需求,对椭圆参考轨道航天器非线性周期相对运动条件进行研究,提出了确定椭圆参考轨道编队航天器非线性周期性相对运动条件的新方法。首先,考虑非线性、椭圆轨道等因素,通过哈密尔顿-雅可比(HJ)方程和正则摄动理论,推导了在任意非线性摄动下相对运动的模型和获得不需消耗任何燃料的周期性相对运动轨道的条件;然后,采用时域配点法,结合改进的列文伯格-马夸尔特(LM)法对周期性相对运动的初值进行求解;最后,设计数值仿真算例,利用上述条件,得到不消耗任何燃料的周期性绕飞轨道,由此验证了本文所提模型和方法的正确性。     

An attitude control approach for compensation of satellite drift in elliptic synchronous orbits

This paper explores the possibility of developing a new attitude control method for satellites in elliptic, 24-hour orbits, in order to compensate for the effect of longitudinal periodic drift relative to the ground station. A simple solar attitude control technique has been proposed for achieving the fixed apparent satellite orientation with respect to the ground segment of the space mission. The proposed control approach appears to be quite attractive for various satellite applications as it can substantially overcome the problems created by the continual periodic angular drift as well as undesirable pitching excitation in the elliptic orbits. Generalizing the analytically developed open-loop control policy results in a significant improvement of the controller performance.     

High-precision single-input control of relative motion in spacecraft formation

A Newton-type method is proposed to improve the accuracy of control for relative motion of two satellites in close formation. We assume that the deputy satellite is equipped with a passive attitude control system that provides one-axis stabilization, and one or two orbit control thrusters are installed along the stabilized axis. Previous studies show that it is possible to construct periodic relative trajectories both in case of passive magnetic and spin stabilization. However, the accuracy of the numerically obtained control is quite low due to modeling errors caused by linearization of the equations of relative motion. Therefore, a correction procedure is required to compensate for nonlinear effects. To this end we suggest a recently developed algorithm based on the Newton method for solving nonlinear systems with geometric constraints. Being implemented, this algorithm allows decreasing the modeling error by up to ten times. The previously found control and trajectory of the linearized system are used as initial approximations.     

非线性条件下编队卫星周期性相对运动条件

利用编队卫星机械能守恒原理，提出了非线性条件下求解编队卫星周期性相对运动条件的新方法，给出了非线性周期相对运动的初始条件。编队卫星相对距离较近时，利用非线性周期运动条件，可修正Hill方程的初始条件，抑制编队卫星的长期漂移。编队卫星相对距离较大，非线性因素不可忽略时，利用非线性周期运动条件，可找到不需消耗任何燃料的周期性相对运动轨道。最后的数值仿真结果验证了该方法的正确性。     

基于深度学习的多步预测方法在太阳风速度预测上的应用

为对近地环境太阳风状况进行可靠预测,引入基于深度学习的多步预测方法来预测在太阳与地球之间的拉格朗日点1（L1）处距离输入观测数据序列未来24、48、72、96 h的太阳风速度。采用SDO的图像数据提取冕洞面积等特征信息,并从NASA OMNIWEB数据集提取其他输入特征,形成多变量的时序数据作为太阳风速度预测的输入信息,输出未来某时刻附近几个小时的太阳风速度。预测过程中分别采用单一LSTM模型、编解码器LSTM模型和CNN-LSTM编解码器模型3种深度学习预测模型作为基模型,融合多步输出端数据进行对比分析。实验表明,多步预测相较于单步输出预测,对未来24、48、72、96 h的太阳风速度预测的相关系数和精度均有所提高,其中单一LSTM模型对于未来24 h太阳风速度的多步预测结果最佳——与观测数据的相关系数为0.789,均方根误差为62.469 km/s,平均绝对误差为46.476 km/s。     

一种用磁力矩器控制卫星姿态的新方法

本文研究如何用磁力矩器控制极地轨道上对地指向卫星的姿态。由于地磁场的方向在轨道上周期变化，卫星的姿态动力方程是一个线性周期系统。本文采用块能控标准形和滑动模态的设计思想，提出了种开关控制方法，可以保证线性周期系统的稳定性。文中给出一个仿真例子验证了此方法的有效性。     

General dynamics in the Restricted Full Three Body Problem

The problem of a binary system and a spacecraft in its gravity field is studied. As the mass distribution of the bodies is considered, the two problems are referred as the Full Two Body Problem (F2BP) and the Restricted Full Three Body Problem (RF3BP), respectively. The conditions for relative equilibria and their stability in the F2BP were derived for an ellipsoid–sphere system. As the non-equilibrium problem is more common in nature, we look at periodic orbits in the F2BP close to the relative equilibrium conditions. It is found that families of periodic orbits can be computed where the minimum energy state of one family is the relative equilibrium state. An approximation method was derived in order to facilitate the computation of periodic orbits near relative equilibria while keeping the interesting dynamical features. The next step is to make the connection between the dynamics of the RF3BP and the F2BP. In the current paper, we solve for the dynamics of the F2BP and substitute this model in the RF3BP. We provide a basic investigation of the dynamics of a particle in the gravitational field of this binary system. We show results in the F2BP and the RF3BP.