一种基于星载GPS的月球探测器导航算法

为验证GNSS旁瓣信号对中高轨航天器在轨飞行的导航支持能力,"嫦娥5号"飞行试验器搭载了GPS导航接收机。由于目前使用的星载导航解平稳性不够,为此,根据月球探测器不同飞行段落轨道动力学特性,建立了一种基于星载GPS数据的月球探测器实时导航算法。该算法充分考虑了月球探测器不同段落的动力学特性,基于UKF滤波设计,并引入了自适应策略,以降低滤波参数选取的难度。在分析星载GPS数据特点基础上,月地返回段实测数据的处理结果验证了算法的可行性和有效性。     

基于特征值分解的小天体着陆自主导航系统可观度分析

摘要： 针对非线性导航系统中状态估计可观性与导航精度之间的关系，采用基于误差方差阵特征值分解的可观度分析方法，结合扩展卡尔曼滤波(EKF)算法对非线性预测滤波(NPF)算法进行改进，推导改进预测滤波的误差协方差矩阵，并对其进行特征值分解.分析特征值和特征向量与导航精度的关系，以小天体探测器着陆自主导航系统为例进行仿真验证，与EKF导航精度比较的基础上验证改进的NPF算法的有效性和精确性，并分析不同误差因素(模型误差，陀螺噪声，陆标误差)对可观度的影响，为航天器实际过程中自主导航系统的滤波器设计提供参考.     

月球极轨探测器轨道方案设计

首先介绍了一种当前技术较为先进的奔月转移轨道方案－定相环形轨移轨道，指出了其优缺点及可行的轨道修正方案，然后确定了对月观测型探测器轨道设计原则，并采用定相环形奔月转移轨道，从总体方案的角度给出了一个月球探测器轨道设计方案，提出了具体的设计与分析方法，最后以某月球探测器为例进行了计算，给出了设计结果。     

仅有相对视线角测量时的椭圆轨道交会相对导航分析

对仅有相对视线角测量时的椭圆轨道交会相对导航问题进行了分析．借鉴已有研究成果,给出仅有相对视线角测量时,相对导航系统可观的定义,以及为使系统可观,加速度项所需满足的充分必要条件;分析指出由于相对动力学模型误差的存在,相对导航系统始终是可观的,但可观度很弱;而追踪器进行适当的机动可极大改善系统的可观性,给出为使系统可观,机动加速度具体所需满足的充分必要条件;指出当通过施加机动加速度改善系统的可观性时,获取零输入相对位置矢量方向是前提条件,并论证了利用相对视线角测量信息,可以对零输入相对位置矢量方向进行估计和预测．     

中继卫星(TDRS)支持环月探测器的研究

给出了基于轨道根数的跟踪与数据中继卫星(TDRS)对月球探测器的可视算法,分析和比较了地面站和TDRS对月球探测器的测控跟踪能力.结果表明,与依靠地面站相比,使用TDRS后,在不考虑月球遮挡情况下,对环月探测器的测控覆盖率可由50%提高到99%.存在最大月球遮挡时也能达到60%,大大提高了对环月探测器的测控能力.最后讨论了TDRS跟踪环月探测器对TDRS卫星平台的要求,提出了地面站与TDRS相结合的测控方案.在当前TDRS天线运动范围受限情况下,仍能实现对月球探测器的大范围测控覆盖率.      

嫦娥五号探测器GNC系统设计

为实现我国首次月球样品无人采样返回任务,设计了嫦娥五号(Chang’E 5)探测器制导、导航与控制(GNC)系统.根据任务要求和探测器特点,GNC系统设计分为轨道器GNC子系统、返回器GNC子系统和着上组合体GNC子系统.给出了嫦娥五号探测器GNC系统的架构设计、工作模式以及在轨飞行结果.结果表明,GNC系统设计正确,成功完成了动力下降、起飞上升、交会对接、返回再入等关键动作,实现了月球表面起飞上升、月球轨道交会对接以及携带月壤以近第二宇宙速度二次再入返回的三项首次任务,各项功能性能满足任务要求.     

一种深空探测器自主天文导航新方法及其可观测性分析

天文导航是一种适用于深空探测器的完全自主的导航方法,与传统的直接利用天体观测信息进行滤波的方法不同,针对深空探测器,提出了一种首先利用天文观测信息通过几何解算得到一个初步的定位结果,再结合轨道动力学方程利用多模自适应(MM)滤波方法对初步结果进行再处理的自主天文导航新方法,仿真计算的结果表明,该方法可以明显提高导航定位精度,同时从可观测性和可观测度的角度,分析了应用该方法提高导航定位精度的原因和机理。     

基于引力场不对称性的三体系统轨道自主导航

以月球背面的中继通信为背景,提出了基于三体系统引力场不对称特性的星–星测距自主定轨方案。该方案以环月极轨卫星和地–月L2点Halo轨道卫星组成中继通信网,以实现对月球两极和背面的覆盖。通过采集极轨卫星与Halo轨道卫星的测距信息,结合卡尔曼滤波在日–地–月动力学模型下获得两颗卫星的绝对轨道。数值仿真结果表明:本文方法能将导航的位置精度和速度精度分别提高到百米和厘米/秒量级。该自主导航方法还可以扩展到不规则引力场小天体附近星群运动的自主导航。     

月球中继通信与导航技术研究进展和建议

月球背面、两极和边缘等对地不可见区域的探测或将是未来月球探测中的重点,其中继通信与导航问题亟待解决。为此,笔者对月面中继通信、月面定位与连续巡视的导航以及星间自主导航需求,广泛调研月球探测的中继通信和导航方式的国外研究进展,提出基于平动点的中继通信和导航方式作为未来月球探测任务的通信与导航手段,并给出了后续研究建议及应用前景,可为我国后续月球及深空探测任务中的中继通信与导航方式提供有益借鉴和参考。     

月球巡视探测器系统研究

简要回顾月球探测的发展现状,给出月球巡视探测器的概念和主要功能．据此分析和研究系统方案设计、分系统组成、工作状态和工作模式。最后提出月球巡视探测器的关键技术,以期为月球巡视探测器的工程研制提供参考。     

向月球飞行轨道的若干特性研究

利用圆锥曲线拼接技术,研究从地球圆形停泊轨道飞向月球的轨道及月球卫星轨道的轨道特性.当地月转移轨道平面与月球轨道平面共面时,月心轨道和地月转移轨道射入条件的关系可用一组代数方程描述;不共面时,可用一组超越方程迭代求解.数字仿真得到了有益结论.      

飞机的气动伺服弹性横侧向风洞试验研究

通过飞机模型的气动伺服弹性横侧向风洞试验验证飞机气动伺服弹性稳定性,及稳定裕度分析方法的可靠性.对试验模型,试验子系统,实现试验的方法及试验结果进行了讨论.在模型试验技术上,如模型的支持系统,有关控制律的相似方法,液压控制系统,试验的计算机控制等都作了详细的论述.试验的结果可应用于飞机工程实际,它表明目前的气动伺服弹性分析方法是可信的,并将在进一步研究中改进.      

通用直升机雷达散射特性及RCS减缩

采用物理光学法和等效电磁流法作为RCS(Radar Cross Section)数值计算方法,通过对某飞机模型的实验测试,验证了算法的有效性.建立了某通用直升机的几何外形模型,计算RCS特性并分析其重要散射源.进行机身外形和旋翼的RCS减缩研究,提出了通用直升机隐身外形设计方法.改形后全机雷达散射水平在头(尾)向和侧向分别降低至原型的10%和1%,且静稳定性及有效容积基本不变.通用直升机进行外形隐身设计后,旋翼成为全机的重要散射源(特别在头向及尾向),还须采用其他方法进行RCS减缩.     

柔片式密封数值计算及性能分析

针对高速转子柔片式密封系统,建立了密封区域流场的数学模型,采用一种修正的压力耦合方程组的半隐式方法(Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations Revised, SIMPLER)算法和有限差分法对数学模型进行数值求解,构建了柔片式密封性能分析程序,得到密封系统的压力场分布、速度场分布及泄漏量等,研究了不同结构参数和工况参数对密封性能的影响.分析结果表明:泄漏量随密封压差的增大呈线性增长趋势,而随转子转速的增大略有减小;增加柔片宽度、减小柔片长度、减小前/背板-转子间距均对降低密封系统的泄漏量有益,而柔片安装角度的变化则对密封系统的泄漏量影响不明显.基于流场的结果,柔片和转子的动力学响应将被研究.      

Analysis of data of “Clementine” and “KAGUYA” missions and “ULCN” and “KSC-1162” catalogues

In this paper an analysis of data coordinate systems from selenographic catalogues and space missions was carried out. The lunar macrorelief models were made on basis of the software package ASNI USTU using method of the spherical harmonic expansion. These models accurately describe the global features of the lunar figure. To construct these models the following sources of topographic information were used: “Clementine” and “KАGUYА” (Selena, Japan mission) missions, “KSC-1162” (Kazan selenocentric catalogue), “Kiev” (selenodesic catalogue), “SAI” (Chuikova (1975)), “Bills, Ferrari”, “ULCN” (The Unified Lunar Control Network 2005). Direct comparison hypsometric information “KSС-1162” catalogue data with “Clementine” mission was carried out. These researches confirmed a good agreement of the hypsometric information of compared systems. The normalized coefficients were obtained on basis of the hypsometric information expansion for eight sources. The displacement of the lunar center of mass (LCM) relatively to the lunar center of figure (LCF) was obtained by using topographic data selenodetical catalogues and space missions.     

比例方向阀控船舶操舵系统压力冲击抑制

船舶比例方向阀控液压操舵系统中,比例阀换向时将产生压力冲击,对液压系统及船舶本身均带来不利影响.针对某船的液压操舵系统,在AMESim中建立了比例方向阀及操舵系统模型,进行了压力冲击仿真,并与实验压力曲线进行了对比,确定了模型的正确性.在此基础上进行了降低比例方向阀换向冲击研究,采用放大器输出电流优化方法,确定了输出电流为抛物线形时阀换向压力冲击较低.实验研究结果表明:采用AMESim建立的比例方向阀控操舵系统压力冲击仿真模型与实际系统基本符合,优化电流法降低压力冲击效果明显.     

基于贝叶斯网络的故障诊断系统性能评价

故障诊断系统的性能评价是开发和验收故障诊断系统不可或缺的重要环节.针对基于贝叶斯网络(BN)故障诊断系统的性能评价需要,考虑系统诊断结果真实分布,提出采用二项分布参数估计方法来计算诊断准确度的置信区间,采用准确度期望值及其置信区间全面客观评价诊断模型的性能,形成贝叶斯网络模型诊断能力的量化评价指标,为诊断结果的可接受、可信程度以及诊断模型的训练充分性提供参考依据.最后通过燃油系统故障诊断实例验证所述性能评价的有效性.      

车身覆盖件抗凹性试验方法及系统

针对实际汽车车身外覆盖件的特点,建立了其静态抗凹性试验评估方法;并以试验方法为基础,设计开发了覆盖件抗凹性自动化试验机系统.试验机系统通过集成“5个运动轴+1个加载轴”,保证了加载压头的空间调整能力和可靠加载;基于可编程多轴运动控制器（PMAC,Programmable Multi-Axis motion Controller）,通过建立“PC+运动控制器”的控制系统并开发相应的软件系统,实现了对6轴试验机系统运动调整及加载的精确控制;利用近似方法,求解了覆盖件上试验点的法向矢量,并基于机器人运动学原理计算了试验机加载压头由初始位置调整到试验点法方向的运动参数,实现了加载压头的自动法向调整.通过对试验机进行计量并应用,表明试验机系统稳定可靠.      

改进的二维三阶半离散中心迎风格式

对二维三阶半离散中心迎风格式中的权函数给出了简化改进. 在保持格式精度的基础上, 改进后的权函数在二维情况下具有更加简单直接的结构而且严格非负. 该改进方法得到的格式仍然具有半离散中心迎风格式的优点, 同时保持了重构函数的非振性. 时间离散采用保持强稳定性的三阶Runge-Kutta方法, 并利用四阶Lax-Wendroff (L-W) 格式计算磁流体算例中的磁场散度. 用该修正格式计算了二维磁流体数值算例, 得到高精度无振荡的结果, 验证了此方法的有效性.      

X-ray pulsar navigation method for spacecraft with pulsar direction error

In order to reduce the impact of the pulsar direction error on the navigation system performance, a novel X-ray pulsar navigation technique is proposed. Through analyzing the system bias caused by the pulsar direction error, it can be seen that the system bias is slowly time-varying. Based on the analysis result, the augmented state unscented Kalman filter (ASUKF), in which the system bias is treated as the augmented state, is designed here to deal with the system bias and estimate spacecraft’s positions and velocities. The simulation results demonstrate the effectiveness and robustness of the proposed navigation method. The ASUKF-based navigation method for spacecraft is more accurate than the method based on unscented Kalman filter (UKF) in the presence of the pulsar direction error.