卫星在轨分离地面试验方案设计及动态仿真分析

多星分离是一箭多星成功发射之关键技术,为保障卫星在轨顺利分离,需要在地面开展相关的分离试验及其仿真验证。本文针对带橡胶夹层的卫星自旋分离过程,进行了卫星分离地面试验方案设计和数值仿真。首先,给出了卫星分离地面试验设计方案;其次,采用自然坐标法分别对不带工装和带有工装的在轨卫星分离过程进行动力学建模及动态仿真分析;最后,研究了卫星-工装整体动力学建模及分离过程中带工装结构和不带工装结构对卫星分离的影响。     

一种卫星遥测参数动态ARMA建模方法

针对部分卫星遥测参数序列在长时间演变中其底层数据生成机制与相互关系存在变化的情况,对传统自回归移动平均(ARMA)模型进行改进,提出一种动态ARMA建模方法。该方法根据预测误差来衡量模型对后续数据的"适合度",并根据适合度对序列进行分割。在序列分割的基础上,不断更新模型,从而实现动态ARMA建模。最后,利用"天巡一号"(TX-1)卫星遥测数据进行验证,结果表明该方法能有效分割序列,提高建模与预测精度。     

高分辨率卫星结构-控制-光学一体化建模与微振动响应分析

文章针对高分辨率遥感卫星的微振动分析,给出了一种结构-控制-光学一体化建模方法:将微振动干扰源模型、整星结构模型、控制系统模型和光学系统模型按照实际的物理联系连接为一个整体,进而预测空间相机在轨微振动的像移响应和干扰源到像移的传递特性。以某遥感卫星为例,将其微振动下的像移响应和传递特性与工程中的其他处理方法的计算结果进行了对比分析。研究结果表明:一体化建模分析方法从原理上更接近卫星在轨实际工作情况,能够给出较为合理的微振动分析结果;其他工程处理方法的分析结果均与一体化建模分析方法有差异,使用时应根据设计和分析的具体目的与条件恰当选择。     

Galileo系统在空间飞行器定位中的应用

欧洲的Galileo系统将在2008年建成，届时它将与美国的GPS系统相互补充。在对Galileo系统导航星座轨道和信号结构分析的基础上，结合各种不同轨道高度的空间飞行器用户的动态特点，推导了用户卫星接收天线的可见可用性模型，建立了基于Galileo坐标系统(ITRF-96)的高动态定位算法模型，针对实际航天工程任务的LEO和GEO卫星进行了定位仿真，为Galileo系统在空间领域的实际应用打下了基础。     

基于全柔性卫星模型的控制闭环微振动建模与仿真

针对高分辨率遥感卫星的微振动分析,给出了一种整星结构运动与姿态控制系统闭环的建模方法。该方法基于全柔性卫星模型,通过考虑姿态控制系统的控制律和硬件特性建立集成仿真模型,进而预测卫星在轨微振动的微振动响应和结构传递特性。文章以某遥感卫星为例,分别从开环和闭环角度给出了微振动的微振动响应和结构传递特性的结果,并进行对比分析。分析结果表明：提出的方法能够实现全柔性卫星模型的控制闭环微振动分析,相对于传统的开环仿真更接近在轨实际情况。     

卫星成本预测的蒙特卡洛优化模型研究

传统的卫星成本预测模型预测结果单一，未考虑相应的不确定性因素。对此，提出了基于蒙特卡洛方法的卫星成本预测模型。该模型综合考虑了卫星成本技术的不确定性并给出了预测值的区间范围和概率分布。为了降低应用该模型所产生的误差，提出了最优分层抽样的方法，并通过划分分层区间提高了抽样的效率。最后，将收集到的相关数据代人该模型，其结果精度大约提高了10％左右。可见，使用优化的蒙特卡洛方法进行卫星成本预测具有较好的精确度。     

空间卫星目标动态电磁散射特性仿真与分析

给出了空间轨道飞行目标动态宽带散射特性建模方法,重点对某卫星动态宽带电磁散射特性进行了仿真,并通过轨道飞行过程中卫星一维距离像的积累获取了散射中心历程图,提出了由飞行过程中形成的散射中心历程图来判断卫星的结构特点的思路.     

复杂航天器结构火工冲击环境预示方法研究

针对复杂航天器结构在宽频、瞬态火工冲击载荷激励下其响应难以预示的问题，以某型复杂卫星结构为研究对象开展了火工冲击环境预示方法研究。首先，推导了基于加速度频响函数(FRF)的虚拟模态综合法(VMSS)的理论公式。对于复杂卫星结构各子系统动力学特性存在较大差异的特点，建立了有限元-统计能量分析（FE-SEA）混合模型，并进行响应计算，获得了加速度频响包络曲线及模态数曲线，为虚拟模态综合法的响应预示提供输入。然后，对复杂卫星结构推进舱底板和侧板的火工冲击响应进行了计算分析。最后，将计算结果与整星火工分离冲击试验结果对比发现两者基本保持一致。研究结果表明，联合FE-SEA混合建模技术和虚拟模态综合法能够对复杂卫星结构火工冲击环境进行较为精确地预示。     

某卫星微振动建模与仿真

针对某卫星微振动力学环境,参考IME颤振分析建模方法,建立了一种卫星刚柔耦合多体动力学微振动仿真模型,并通过地面试验验证了利用微振动仿真模型预测卫星在轨微振动响应的有效性,阐述了卫星在轨微振动响应仿真计算预测方法。利用该微振动仿真模型能较准确地预测卫星在轨微振动响应以及微振动传递特性。     

基于AvSim+的卫星可靠性建模与分析

基于AvSim+可靠性仿真分析软件,对卫星可靠性建模和分析进行了研究。首先说明了利用AvSim+进行可靠性建模的程序,给出了卫星系统中几种常见可靠性逻辑关系的建模方法,以及软件采用的蒙特卡罗仿真运算的原理和特点。然后针对典型卫星应用本文方法进行建模和分析,给出了部分分系统的分析结果。最后比较了基于AvSim+进行卫星可靠性建模分析与传统RBD方法的特点,基于AvSim+的卫星可靠性建模分析方法能更准确表示卫星系统的可靠性逻辑关系。     

大型挠性卫星的工程建模方法

以跟踪与数据中继卫星 (TDRS)为背景 ,探讨了大型挠性卫星的工程建模方法。首先建立了基于混合坐标法的TDRS动力学模型 ,然后应用本文提出的基于结构参数优化的动力分析方法得到整星的动力特性参数。     

遥感卫星高精度高稳定度控制技术

对遥感卫星高精度高稳定度控制技术进行了综述。给出了国内外高稳定度多挠性遥感卫星控制、快速机动控制、高精度姿态确定、自主智能控制等典型应用,以及未来发展趋势。分析了挠性多体卫星结构-控制一体化设计、卫星在轨试验和高精度姿态确定等关键技术。讨论了挠性多体卫星动力学建模仿真及地面试验验证,H∞控制、自适应滤波前馈等卫星姿态控制方法研究与应用,卫星结构模态与无干扰力矩在轨辨识,以及基于陀螺、星敏感器及其误差、卫星动力学模型、在轨热变形标定等高精度姿态确定技术。     

结构局部刚度变化对小卫星动特性影响

首先针对模块式小卫星动特性进行灵敏度理论分析，分析目标是寻找提高结构动特性的局部位置和参数。然后基于有限元法分析改变局部刚度对结构动特性的影响。小卫星结构动特性分析计算的主要问题是建立计算成本可控的有限元模型，本文详细讨论了小卫星有限元模型建模方法和简化途径，并通过7个算例考察改变模块底板局部刚度、改变适配器支撑刚度、模块问设置弹簧模拟阻尼器等对小卫星结构动特性的影响。灵敏度分析和计算表明，影响动特性的主要因素是模块盒底板刚度和星箭适配器的支撑刚度；增加模块局部刚度以及适配器支撑刚度可以屏蔽星体摆动和包带联结部位的某些频率，同时可以减缓部分中间模块的振幅；在部分模块间设置弹簧可以模拟阻尼器或减振器的效果。另一方面，降低适配器刚度可以增加隔振作用。因而优化模块刚度分布和支撑刚度分布是改进动力学性能的有效途径。本文分析为模块式小卫星动力学修改以及多功能结构设计和主动振动设计提供依据。     

基于星敏感器四元数的卫星角速度预测滤波算法

为在无陀螺或陀螺故障时可用星敏感器估计姿态角速度，在扩展卡尔曼滤波（EKF）和非线性预测滤波的基础上提出了基于四元数的卫星角速度估计算法，并给出了相应的模型。该算法对角速度建模精度的要求较低，无需卫星动力学方程，方法简单且易于实现。仿真结果表明，算法的精度较高。虽然仍受噪声和步长的影响，但相对基于EKF和最小模型误差的角速度估计算法，其性能改善较大。     

基于Pro/E软件的卫星三维建模方法的探讨

主要对基于Pro/E软件的卫星三维建模和高效率、高可靠性、低成本的总装设计方法等进行了初步的研究和探讨。     

基于大气阻力实时辨识的Drag-free卫星最优控制研究

研究了基于大气阻力实时辨识的Drag-free卫星最优控制。将Drag-free卫星和其内部的验证质量等效为两颗内、外编队卫星并建立动力学方程,推导了基于卫星和验证质量的相对运动状态观测值反演大气阻力的算法。建立了状态最优调节器模型,采用动态规划求解经典的二次型最优控制。对低轨圆轨道Drag-free卫星的仿真计算结果表明方法的求解精度较高,计算消耗较小。     

基于Pro/E的双轴定位机构虚拟样机的建模与校核

介绍了在Pro/E设计平台上完成某卫星天线双轴定位机构虚拟样机模型的建模、仿真与校核。根据该定位机构的特点,建立了虚拟样机模型并完成静态校核。通过设定必要的参数值,对虚拟样机作包括运动学和动力学仿真的动态校核。由仿真结果与规定设计指标的比较可知,该虚拟样机符合设计要求。     

卫星ATM网络中自适应FEC情况下的有效带宽估计

针对采用自适应前向差错控制（AFEC）的卫星异步传递模式（ATM）网络，研究了两种有效带宽估计方法。由于AFEC码率的动态特性使业务实际的传输速率具有不固定性，因此估计有效带宽时要考虑AFEC的影响。首先针对一般卫星时变信道和多码率AFEC情况下的卫星ATM，应用流体近似方法分析了有效带宽的计算，然而该方法要求的条件及计算复杂度均比较高，应用中有局限性。以此方法为基础，提出了采用修正因子的估计方法。数值结果表明采用修正因子的有效带宽估计方法比较简单可靠，适用面较广。     

Effects of uncertainties and flexible dynamic contributions on the control of a spacecraft full-coupled model

One of the most important problems for performing a good design of the spacecraft attitude control law is connected to its robustness when some uncertainty parameters are present on the inertial and/or on the elastic characteristics of a satellite. These uncertainties are generally intrinsic on the modeling of complex structures and in the case of large flexible structures they can be also attributed to secondary effects associated to the elasticity. One of the most interesting issues in modeling large flexible space structures is associated to the evaluation of the inertia tensor which in general depends not only on the geometric ‘fixed’ characteristic of the satellite but also on its elastic displacements which of course in turn modify the ‘shape’ of the satellite. Usually these terms can be considered of a second order of magnitude if compared with the ones associated to the rigid part of a structure. However the increasing demand on the dimension of satellites due to the presence for instance of very large solar arrays (necessary to generate power) and/or large antennas has the necessity to investigate their effects on their global dynamic behavior in more details as a consequence. In the present paper a methodology based on classical Lagrangian approach coupled with a standard Finite Element tool has been used to derive the full dynamic equations of an orbiting flexible satellite under the actions of gravity, gravity gradient forces and attitude control. A particular attention has been paid to the study of the effects of flexibility on the inertial terms of the spacecraft which, as well known, influence its attitude dynamic behavior. Furthermore the effects of the attitude control authority and its robustness to the uncertainties on inertial and elastic parameters has been investigated and discussed.     

基于CAD三维模型几何特征简化的卫星桁架结构快速建模仿真与试验验证

为提高卫星桁架结构设计过程的仿真建模质量,优化仿真过程对三维模型信息的利用方式和效率,文章提出一种基于CAD三维模型几何特征简化的卫星桁架结构快速建模仿真方法,并给出分别采用梁单元和壳单元建模的路径及软件界面。将该方法应用于某卫星结构的仿真建模,得到了三维有限元模型模态分析数据,其与力学试验数据的对比结果表明:横向模态分析与试验误差最大,为6.07%;各方向误差均满足指标要求。基于CAD三维模型几何特征简化处理的卫星桁架结构快速建模仿真方法合理可行,建模过程便捷、高效,数据可信。