基于黑盒测试环境的交会对接软件时序分析技术及应用

航天器空间交会对接难度大,GNC软件对任务的完成起到重要作用.由于交会对接控制软件功能复杂,时序要求严格,这对软件测试提出了很高的要求.基于黑盒测试环境,利用FPGA设计方法和时序分析技术,实现了对交会对接软件重要数据运行时序的捕获和对上下行信号相位关系的跟踪,完善了故障触发和上行注入手段.该测试环境在交会对接软件研制过程中起到重要作用.     

基于代码自动生成的空间交会GNC系统仿真平台

空间交会对接GNC系统涉及目标器和追踪器两个航天器的姿态轨道控制,其数学仿真比一般的卫星更复杂.给出一种轨道动力学、姿态动力学、相对动力学、测量及执行部件等仿真模型的规范化方法,并在此基础上,提出一套基于代码自动生成技术的空间交会对接GNC仿真平台,该平台的模块化和自动化程度高、软件的可读性和通用性强,实现了两个航天器的快速规范化仿真,显著提高了研究人员的工作效率,为空间交会GNC系统的设计和仿真提供了良好的支持.     

美国的空间交会对接技术

为了给阿波罗登月计划作技术准备,美国研制和发射了双子星座系列两舱式飞船,用于突破和掌握太空行走和空间交会对接技术。1966年3月,美国双子星座8号飞船与由阿金纳火箭末级改装的目标航天器实现了世界上首次交会对接。1969年7月,美国阿波罗指令舱与登月舱实现了首次月球轨道人控交会对接。进入20世纪80年代,美国投入巨大的人力、物力,     

空间交会对接技术的发展

两个航天器在太空进行交会对接是一项相当复杂的技术,这也是苏联/俄罗斯、美国和中国把它放在航天员太空出舱活动之后,再通过多次发射来攻克它的重要原因。苏联/俄罗斯的航天器从20世纪60年代就突破了空间交会对接技术,但在2010年还是出现了空间交会对接故障。所以,我国对突破空间交会对接技术很重视,将在2011年、2012年陆续发射神舟-8、9、10飞船分别与天宫-1目标飞行器进行交会对接试验,从而掌握这一技术。     

交会对接敏感器总体设计要点分析

相对测量技术是完成在轨航天器交会对接的重要技术之一,设计能够完成相对位置、速度,以及近距离的相对角度、角速度测量的交会对接敏感器,用于确定交会的轨迹和控制对接时的相对运动,不仅要考虑实现功能、性能方面,还要考虑在工程实现中外太空杂光干扰、热环境等因素的影响．本文不涉及到交会敏感器的具体设计,而是从分系统的任务和技术总体设计角度,总结交会对接敏感器设计时应注意的几个方面．     

空间交会对接技术概览

从20世纪60年代至今,全世界已经进行了300多次空间交会对接活动。空间交会对接技术在美国、苏联/俄罗斯发展了很多年,已经成为相对成熟的技术;而我国的空间交会对接技术还处于起步阶段。     

历史上三次重要的空间交会对接活动

至今,苏联／俄罗斯、美国、欧洲和日本一共进行了300多次航天器空间交会对接,其中苏联／俄罗斯是世界上进行航天器空间交会对接最多的国家,对接形式也多种多样,其对接方式通常为自动方式,有时也用手动方式。实践表明,苏联／俄罗斯的自动交会对接技术是先进的和可靠的。在冷战时期,美、苏两国在载人航天领域进行过激烈的竞争。然而,他们也开展过一些合作,其中影响最大的是1975年7月苏联与美国的飞船在地球轨道上实现了对接。这一事件被誉为“轨道上握手”的亲善行动。这一历史性飞行活动,作为缓和外空紧张局势和太空探索国际合作的象征,得到了全世界的好评。     

美国航天器交会对接故障

美国的交会对接（RVD）故障较少,在航天飞机使用以前只发生过2次交会对接故障,一次是双子星座－9飞船与“阿金纳”目标飞行器（“阿金纳”火箭第3级）对接时发生故障,另一次是在阿波罗－14飞船自身掉头对接过程中发生的故障。     

交会对接发动机配置比较研究

介绍执行空间交会对接任务的几个典型的飞船的发动机配置,通过比较,分析执行不同交会对接任务飞船的发动机配置的优缺点,提出了交会对接任务发动机配置设计时需要考虑的因素,并得出一些具有共性的结论,为后续交会对接任务的发动机配置提供参考.     

飞行器交会对接相对位置和姿态的估值方法

在飞行器的交会对接过程中 ,应用计算机视觉系统作为精确传感设备 ,测量飞行器相对于固定在空间站的坐标系的三维位置和方向 ,为导航和控制回路提供需要的反馈信息。文中研究了由计算机视觉系统采集的二维图像信息估计飞船相对于空间站的位置和姿态的方法 ;提出了光点检测光线拟合算法 ,并给出数字仿真结果。     

神舟八号飞船交会对接CCD光学成像敏感器

介绍了CCD光学成像敏感器的功能和组成,以及低噪声视频电路、高速数据处理平台、抗杂光干扰算法、杂光干扰地面试验验证方法等关键技术,并给出了相关测试结果.实际飞行结果表明,CCD光学成像敏感器相机各项指标满足任务书要求,在最后的对接段最远测量距离达164m,位置测量精度优于2mm,滚动轴姿态测量精度优于0.03°,横轴姿态精度优于0.1°,位置和姿态测量精度超过了世界先进水平.     

交会对接成像软件的多目标跟踪改进

介绍交会对接成像敏感器的工作原理以及由单组条带预判窗口跟踪模式的单一目标敏感器组成的交会对接测量系统.从敏感器嵌入式软件的层面,提出多目标窗口计算、多目标条带预判、多目标匹配计算和多目标测量结果处理等4项改进方法,在硬件系统完全不变的情况下,改善多目标跟踪交会对接敏感器性能.该项改进将单机系统提升为多机热备份系统,提高系统安全性.实现不同目标器之间的自主跟踪切换,优化交会对接流程.此外,变不同敏感器之间切换为敏感器处理对象切换,提升交会对接过程的可靠性.改进后的算法已在我国交会对接各重点型号试验中顺利应用.     

航天器交会视觉导航系统相对状态确定算法

对航天器交会对接最终逼近段计算机视觉系统,阐述相对位移与相对姿态确定算法。该算法先求解测距(目标航天器标志点离追踪航天器相机镜头中心的距离),然后应用四元数估算法,由测距确定相对状态参数最佳值。特别是,一种测距求解新算法被提出。此外,还推导出一种利用偏差传递法由影像点偏差直接求出相对状态偏差的方法,这种方法不包含相对状态确定算法的方法误差,可用以评估相对状态确定算法的有效性。大量模拟算例显示,相对状态确定算法的精度与偏差传递法计算结果基本一致,这表明,相对状态确定算法对各种标志点构型普遍适用,且方法误差很小,相对状态确定精度高。不同标志点构型比较表明,非共面构型优于共面构型,可适应更大的影像点坐标偏差与更远的相对距离;基准面内的标志点应尽可能均匀对称分布,间距尽可能加大;非共面构型标志点可取为3个(含1个突出点)、4个或5个(含1~2个突出点);共面构型标志点取为4个适合(其中任意3点不共线);在4点共面构型中,正方形构型相对状态确定精度最高。     

神舟八号飞船交会对接制导、导航与控制系统及其飞行结果评价

介绍神舟八号飞船交会对接制导、导航与控制系统的组成和工作原理,交会对接任务阶段划分,系统实现需关注的问题,以及神舟八号飞船与天宫一号目标飞行器首次交会对接飞行试验的结果和评价.     

天舟二号货运飞船全相位自主快速交会对接技术和在轨验证

介绍天舟二号货运飞船全相位自主快速交会对接技术和在轨飞行结果.介绍21世纪以来交会对接发展的两个趋势：自主和快速;给出天舟二号货运飞船全相位自主快速交会对接方案,以及主要技术特点;给出天舟二号货运飞船5~8 h飞控实施方案和推迟一天发射的飞控实施方案,以及在轨执行效果.天舟二号货运飞船入轨自主快速交会对接是世界上首次进行的全自主快速交会对接任务,为我国空间站工程后续任务奠定了坚实的技术基础.     

月球轨道交会对接航天器相对状态误差分析

为分析同波束干涉测量这一高精度相对测角技术对月球交会对接两个航天器的相对位置、速度(状态)影响,文章根据协方差分析理论及各测量量的模型,推导测量量关于相对状态量的信息矩阵,建立了相对状态误差协方差模型;结合月球轨道交会对接仿真轨道,开展测量误差对两个航天器的相对状态误差影响协方差分析。结果表明,在当前测量误差条件下,相对位置、速度误差分别达到米级和厘米每秒级。在分析相对状态误差影响因子的基础上,重点对同波束干涉测量差分相时延整周模糊误差及时延率误差对相对状态影响进行了分析,结果表明整周模糊度误差对相对位置误差影响显著,时延率误差对相对速度误差影响显著。     

基于CEI的航天器交会对接段的轨道监控

文章探讨了CEI技术在飞船交会对接远程导引段的实时监控的能力,采用单一绝对滤波器的方案进行实时轨道计算,仿真结果表明：采用滤波稳定后固定模糊度的方法可以提高轨道的滤波解精度,相对轨道位置精度可达十米级,速度精度可达厘米每秒级,满足远程导引段的精度指标。