一种基于MBSE的小卫星测控分系统建模设计方法

基于模型的系统工程MBSE思想和信息化手段，以模型为核心、关系追溯为手段，集合测控分系统技术指标、设计经验等知识信息，提出一种基于MBSE的小卫星测控分系统建模设计解决方案。利用模型承载文档，显性化经验、信息、关系，形成基于模型的知识管理工具，提高工作效率，解放设计师，实现知识经验的数字化模型化承载，为小卫星测控分系统由经验设计向仿真设计转变，由基于文档到基于模型的研制模式转变，由实物验证向虚拟和实物验证相结合转变进行了探索和尝试。     

基于模型的系统工程的基本原理

正国外把基于模型的系统工程(Model-Based Systems Engineering,MBSE)视为系统工程的"革命"、"系统工程的未来"、"系统工程的转型"等。本文首先对"系统工程是组织管理的技术"这一定义进行分析,从根本上探究系统工程的本质是什么,进而从系统建模的角度认识系统工程与系统建模技术的关系,从系统建模技术的颠覆性发展来对比MBSE和传统系统工程,分析MBSE的基本原理,阐明其优势。     

基于模型的系统工程方法在载人航天任务中的应用探讨

针对基于文档的航天任务设计中设计数据分散、一致性差、跟踪难度大等问题,引入了基于模型的系统工程(MBSE)方法。首先,介绍了MBSE方法理念,即通过构建图形化的模型来支持系统的需求捕获、设计、分析、验证和确认等全生命周期活动。然后,给出了MBSE方法的一般工作流程,即先构建系统的需求模型,用于指导功能模型、物理架构模型等的构建,按照事先制定好的逻辑规则建立模型间的关系,依靠模型间的关系实现设计过程中的关联性分析、参数查询等工作。最后,应用MBSE方法于载人飞船交会对接任务中。结果表明,此方法改善了人员沟通,提高了设计效率,降低了设计风险,可为MBSE方法在航天任务设计中的进一步应用提供参考。     

地球同步轨道卫星多阶段任务可靠性建模

在分析地球同步轨道卫星首次变轨任务剖面的基础上,以模块化的思路进行卫星多阶段任务系统(phased-mission systems,PMS)建模,采用基于二元决策图(binary decision diagram,BDD)的静态多阶段任务可靠性分析方法和基于马尔可夫模型的动态多阶段任务分析方法来计算地球同步轨道卫星转移轨道段首次变轨的可靠性。经与传统非任务剖面可靠性分析方法的计算结果比对可知,基于任务剖面的可靠性建模分析方法可得到较为真实和精细的结果,有助于卫星的轻量化设计和研制效益提高。     

MBSE在活动发射平台支承臂设计中的应用实践

针对基于文档的活动发射平台系统设计存在的信息离散、关联性差、不易追溯等问题，将基于模型的系统工程(Model-Based Systerm Engineering, MBSE)的正向设计方法引入活动发射平台支承臂方案设计和详细设计过程中，采用SysML语言进行系统建模，采用Modelica语言进行物理建模，采用NX和Ansys进行三维模型设计和仿真，并通过参数结构化和接口配置技术，实现了从系统设计到产品设计关键参数的闭环验证，提高了设计数据的一致性和可追溯性，验证了MagicDraw、Mworks、Teamcenter等系统集成应用的技术可行性，为活动发射平台和其他航天产品设计提供了指导和借鉴。     

数字卫星概念研究

基于模型的系统工程是卫星工程设计研制的理论基础,构建数字卫星是总体设计单位的重要工作。本文分析了卫星总体设计过程对数字卫星模型精度的要求,按不确定性的大小粒度,给出了点模型、流模型和场模型的定义;提出数字卫星场的模型精度或不确定性是制约卫星功能密度、反映总体设计水平的关键指标。结合数字孪生系统的概念,论述了数字卫星场模型的复杂性体现在多动态、多空间尺度和多物理场耦合三个方面,不同卫星不能用同一个数字公式描述,模型需要和遥测参数比对后才能确定,不能采用通用软件的工作模式构建和管理场模型;分析了数字卫星场模型的构建工作和模型管理工作,论证了人力成本是制约卫星场模型在工程实践中推广应用的关键因素。数字卫星工程智能化是基于模型的系统工程普及应用的关键,通过工程案例证明了建模与模型组织管理工作在智能化方面的可行性。     

自主卫星系统基于Agent的建模与仿真研究

为满足越来越高的航天任务要求,卫星系统必须具有一定程度自主性;但自主卫星系统是复杂系统,研究困难,仿真往往成为唯一的有效手段.本文提出使用基于agent的建模与仿真(ABMS)方法研究自主卫星系统的策略.首先分析了3个有代表性的自主航天任务系统,然后详细讨论了卫星系统的自主性,最后介绍了作者独立开发的支持自主卫星系统ABMS的模型体系结构和软件平台--ABSSA和absimlib,为仿真研究自主卫星系统提供了理论和实践支持.     

基于MDO方法的月球探测卫星总体设计

根据月球探测卫星任务及环境的特点,在将多学科设计优化(MDO)方法用于卫星总体概念阶段的设计。分析了卫星总体设计中轨道设计、卫星设计和发射选择间的耦合关系与协同效应,建立了MDO的简化模型。用单级整体优化策略(AAO)和多岛遗传算法(MIGA)进行优化。算例结果表明,MDO简化模型可有效解决卫星概念设计阶段中的多学科耦合。     

基于模型的系统工程在航天器研制中的研究与实践

针对基于文档的传统航天器研制模式,存在着信息表示不准确、信息查找/更改困难等不足,指出基于模型的系统工程(MBSE)是解决这些问题的有效途径。根据MBSE的定义,分析其内涵;在继承国外实践成果的基础上,在航天器研制过程中进一步创新MBSE的理论,并应用MBSE理论指导航天器研制,以推动系统工程理论和实践的发展。     

基于UKF估计的卫星编队动力学建模方法

提出了一种基于估计的卫星编队动力学建模方法。以实际的经过简化建模的卫星编队动力学模型为基础,利用UKF算法对该模型与精确模型的模型差进行估计,并运用该估计结果对原有模型进行反馈补偿,以达到提高卫星编队建模精度的目的。为了验证该建模方法的有效性,对基于空间圆形编队的卫星进行了仿真实验。仿真结果表明,在忽略J2摄动力影响的情况下,基于UKF估计的建模方法大大提高了原有建模方法的性能。