基于Web的航天器测控信息流协同设计平台概念研究

针对航天器测控信息流是基于多单位、多用户联合协同研制的需求,提出建立一个基于Web的异地多用户信息流协同设计平台体系架构。重点阐述构建数字化信息流协同设计平台的四项关键支撑技术——协同设计交互、基于等效模型的信息流设计、标准化流程管理和统一数据源,有效解决航天器测控信息流协同设计过程中的技术难题,实现不同领域设计师在同一平台上的协同工作,提高信息流协同设计效率。     

应用有向图的航天器信息流设计方法

针对多任务、多舱段、任务时序不可逆的复杂航天任务信息流设计需求,文章分析了传统基于文档驱动的信息流设计方法存在的问题以及复杂航天器信息流设计规律和特点,并结合系统工程的设计理念,提出了一种应用有向图的分层航天器信息流设计方法。将传统的非结构化文档设计模式转换为用数字化模型描述的设计方法,建立了典型的遥控遥测信息流的数学模型,并在航天器信息流设计的工程实践中进行了应用验证。该方法具有一定的通用性、可扩展性和可复用性,实现了信息流设计过程的数字化和可视化,可为后续复杂航天器信息流设计和自主健康诊断等提供参考。     

基于协同设计中心的航天器系统工程实践

剖析了航天器系统工程的原理及组成要素,分析了基于协同设计中心开展航天器协同研制的团队、环境、模型及流程等核心要素,通过研究航天器系统工程和协同设计中心诸要素,实践了基于航天器系统工程原理的协同设计中心的应用,分析了基于协同设计中心建立集成产品开发团队(IPT)、制定研制流程、统一数据源等方式开展航天器协同研制,并收到了良好的应用效果,同时,在应用中发现如基于IPT的协同设计认识淡薄、软硬件协同性差等问题,提出了加强设计人员通过IPT方式开展协同设计的认识、改进协同研制的软硬件环境、持续提升基于统一数据源的协同设计能力、合理应用和梳理优化流程等改进建议。     

神舟飞船交会对接信息流可靠性设计

为成功实现航天器交会对接,航天器内部及航天器间的协同控制是必不可少的,而信息流的可靠性传输是实现其协同控制的前提条件。针对我国交会对接试验,文章提出了一种交会对接信息流的可靠性设计方案,将信息流处理分为信息采集、信息鉴别和信息转发3步,通过采集通道冗余设计、信息校验、多重转发等手段,建立了信息流的可靠传输通道。此方案具...     

多航天器反步滑模SO(3)协同控制

针对多航天器系统的姿态协同控制问题，基于特殊正交群(Special Orthogonal Group, SO(3))提出了滑模协同控制设计方法。结合有向通信拓扑，建立了多航天器SO(3)姿态模型。在此基础上研究了SO(3)上协同误差形式，提出了适用于协同控制器构造的SO(3)指令设计方法。为了解决姿态奇异问题，根据SO(3)姿态特性引入补偿项并设计了相应的滑模面，进一步采用反步法完成了SO(3)协同控制器设计，同时给出稳定性分析过程。提出的反步滑模方法保证了协同控制器在整个姿态空间内的适用性，使得多航天器系统能够实现稳定的姿态协同。文中采用两组多航天器系统仿真校验了所提协同方法的有效性。     

MBD技术在航天器研制中的应用探讨

概述了基于模型的定义(Model-based Definition,MBD)技术的研究和发展,分析了以MBD为载体的特征演化过程,作为航天器设计-制造一体化协同实现的基础。从MBD在航天器研制中的应用需求出发,构建了MBD协同平台框架,探讨了MBD模型成熟度管理的协同设计方法,提出了应用MBD研制模式所面临的技术、管理等问题,并给出了相应的建议。     

对航天器仿真技术发展趋势的思考

航天仿真技术是指系统仿真技术与航天工程技术的结合,为航天器、航天运输系统和导弹武器系统的设计分析、性能评估、体系对抗、指控及作战训练、故障诊断、运行管理等提供数学或半实物的验证手段和模拟平台.航天器仿真技术主要包括航天工程仿真和航天器系统仿真,涉及分系统仿真与建模技术、多物理场耦合的总体仿真技术以及高效协同的仿真技术.本文在总结航天器仿真技术发展的基础上,提出基于航天器仿真技术的航天工程研制全过程、全系统的多学科多场耦合的总体级仿真体系架构思想,论述了航天器仿真技术体系的需求与构想,阐述了航天器仿真技术涉及的关键技术,并对现代信息技术在航天器仿真技术中的应用进行了展望.     

主从式编队航天器连通性保持与碰撞规避

针对主从式航天器编队过程中存在的通信距离约束、航天器之间的碰撞以及空间干扰等问题，提出一种基于非线性干扰观测器和人工势函数的分布性协同控制方法。当初始通信网络连通时，通过在分布式协同控制器中引入吸引势函数，保证整个编队过程中通信网络始终是连通的。针对主航天器速度仅有部分从航天器直接可知的情况，为每一个从航天器设计分布式的速度观测器估计主航天器的速度，从而实现航天器之间的速度协同。此外，通过在控制器中引入非线性干扰观测器对外界干扰进行观测，显著增强了航天器编队的精度。仿真结果表明，本文提出的分布式协同控制方法不但能够实现对主航天器的速度跟踪以及航天器之间的队形保持，而且能够在编队过程中实现通信网络的连通性保持和航天器之间的碰撞规避。     

基于多智能体系统的多航天器编队分布式姿态协同控制

多航天器编队飞行在深空探测及协同对地观测等领域有着重要应用,而多航天器的姿态跟踪及协同控制技术作为其关键技术之一也引起了极大的关注。近年来,随着分布式人工智能技术的发展,多智能体系统(MASs)受到了航天器控制领域学者的关注并将其应用到多航天器编队控制中。本文回顾了多智能体系统协同控制及其在多航天器编队姿态协同控制中应用的研究进展。首先,从多航天器编队不同控制需求出发,分别从一致性跟踪控制、有限时间控制、事件驱动控制方面,回顾了多智能体系统协同控制问题的进展;其次,回顾了多航天器姿态协同控制在上述需求方面的研究进展,并基于多智能体系统的协同控制理论,提出了相应的分布式姿态协同控制策略。     

载人航天器系统重量控制方法研究

系统的重量设计和控制贯穿于载人航天器研制的全过程,在型号研制中占有非常重要的地位。文章结合载人航天器型号研制实践,描述了载人航天器系统重量构成、重量控制流程、不同研制阶段的重量控制要点、系统重量控制体会以及轻量化设计措施,为未来载人航天器型号设计和减重研究提供借鉴与参考。     

航天器综合测试信息管理平台构建与应用

针对航天器研制中综合测试工作周期长,管理难度大,缺乏全过程信息协同管理系统的问题,提出了航天器综合测试信息管理平台设计架构及关键技术,实现了单航天器综合测试全生命周期的信息化管理和多航天器并行测试过程的集中监控,为提高综合测试的集成优化和效率提供了支持工具。     

航天器三维协同研制标准体系研究

三维协同研制具有可视化、精确性的特点,是数字化研制的一项重要工作,数字化技术应用标准化是三维协同研制模式推行的基本保证。通过分析产品数字化研制标准体系的现状,基于航天器三维协同数字化研制全流程,构建航天器三维协同研制的数字化标准框架和标准体系,逐条梳理标准体系下的标准细目。文章介绍三维协同数字化标准现状,提出航天器三维协同标准体系框架、体系及其标准组成。     

考虑输入饱和的多航天器系统姿轨耦合分布式协同跟踪控制

基于一致性理论,研究了多航天器系统相对轨道及姿态耦合的分布式协同控制问题。在仅有部分跟随航天器可获取领航航天器信息的情形下,针对各跟随航天器存在未建模动态以及外部环境干扰等问题,利用双曲正切函数的性质,提出了考虑输入饱和的分布式自适应协同控制律。首先,对于领航航天器具有时变状态的情形,为每个跟随航天器设计了3个滑模估计器,对领航航天器的状态进行估计。其次,针对跟随航天器间相对速度和角速度难以测量的问题,设计仅需领航航天器状态的切比雪夫神经网络自适应更新律。最后,设计考虑输入饱和的分布式自适应协同控制律保证各跟随航天器跟踪动态领航航天器。仿真结果表明了该算法的有效性、可行性。     

应用扩展帧的航天器CAN总线应用层协议设计

为了适应航天器信息流多样性需求,提升信息交互的灵活性,提出一种应用扩展帧的CAN总线应用层协议设计.对CAN总线扩展帧29 bit标志符进行合理划分,将其分为数据优先级、源节点地址、组播标志、目的节点地址、帧序号标志、帧序号、帧数据类型7个部分,使得该协议可以支持多优先级、主从、多主、组播、广播等多种灵活通信方式,支持CAN帧起始帧、结束帧、帧连续性判断,以及应用层数据包检验,提高数据传输的可靠性.另外,给出了组播、广播地址分配及屏蔽策略,满足复杂航天器的信息流需求,简化信息流设计过程.最后,通过构建组播、多主及多优先级场景进行应用实例验证,证明了文章提出的协议设计具有适用范围广、灵活性高等优点.     

《航天器动力学工程》前言

根据航天工程的进展及其控制技术的进步,航天器动力学的发展可以概括为早期简单航天器动力学、现代复杂航天器动力学和未来大型空间结构动力学与控制。航天器动力学是力学学科用于航天器工程的专业学科,它既属于航天动力学学科,又属于多学科交叉的飞行器设计学科。其任务是研究航天器从设计、研制、试验、发射到在轨飞行和返回全过程的各类动力学问题的分析、仿真、优化与试验。对于现代复杂航天器,航天器动力学是一般力学、固体力学、流体力学、计算力学、实验力学与控制理论、计算技术、仿真技术及系统工程学等多个学科的交叉综合,不但理论难度大、运动方程非线性强、算法难度高,而且软件系统复杂、工程实用性强、工程化程度要求高。因此,本书定名为《航天器动力学工程》,意在从系统工程角度,重点     

基于DSM的航天器信息建模方法及应用

将设计结构矩阵（DSM）技术应用于航天器研制的设计流程建模和信息建模,能够清晰准确地描述航天器各设计活动之间的信息耦合关系。根据航天器设计过程中跨分系统集成和协同设计的具体教学与培训需求,开发了一种基于DSM进行建模的工具软件,可用于建立一个基于设计参数信息的集成设计系统。根据其内在耦合关联关系,可实现各个分系统、各个模块、各个学科的参数信息一致和动态关联更新。     

载人航天器热控分系统噪声控制

随着载人航天器越来越复杂,热控分系统所用到的高速旋转设备越来越多,所产生的噪声将影响航天员的身体健康,因此载人航天器的噪声控制非常迫切。文章通过热控分系统的布局设计以及单机设备的降噪优化等措施,找到了有效降低整个载人航天器热控分系统噪声水平的方法,可供类似的载人航天项目的热控设计参考。     

MSC.NASTRAN子结构法在航天器结构动力学分析中的应用

航天器结构系统日趋庞大和复杂,为实现对复杂系统的高效分析和计算,同时为解决不同研制单位之间的模型传递和交互中的技术保护问题,文章介绍了一种基于MSC.NASTRAN软件的子结构分析方法（MSC.NASTRAN超单元法）,可用于复杂航天器的系统级动力学分析,并给出航天器结构分析实例。实际应用表明,该方法能够有效屏蔽结构设计参数,显著提高复杂航天器系统分析效率。     

天地一体化互联网络中航天器网关的设计及实现

当前空间通信的发展趋势是空间通信网与地面通信网融合,建立天地一体化互联网络的信息传输系统。针对空间数据系统咨询委员会(CCSDS)推荐的基于CCSDS空间链路承载网际协议业务(IP over CCSDS)网关协议转换技术,文章提出一种实现天地一体化互联网络的航天器网关的设计思路,即通过研制航天器网关实现IP协议与CCSDS高级在轨系统(AOS)空间数据链路协议的相互转换,并对服务质量(QoS)保证方法进行了设计。针对航天器网络搭建了测试系统平台,并对高清图像、高质量话音、计算机数据和遥测数据等网络数据的传输进行了测试,测试中通过航天器网关进行传输的所有网络数据包均无丢帧现象发生,文章提出的IP over CCSDS网关可用于构建天地一体化互联网络。     

航天器产品数字化制造的实践与思考

从航天器产品研制现状和需求出发,探讨了数字化制造的内涵,提出了航天器产品数字化制造的总体思路,并对关键环节包括信息流打通、过程管控与闭环、条件保障三个方面,进行了深入分析,最后结合当前航天器产品数字化制造工程化应用推进过程中面临的问题提出了建议,如建立配套管理机制和规范体系并有效落实、关注信息流打通和闭环管控等。