轻型球面反射镜面形检测支撑设计仿真分析

文章针对轻量化程度较高的SiC空间反射镜,探讨了其在重力环境下反射镜面形检测所需要的卸载支撑方法。为了使重力对反射镜面形精度的影响降低到可接受范围内,在光轴竖直时,将支撑结构对反射镜的作用简化为卸载力,优化力的数量、位置及大小,使反射镜面形精度达到近似零重力情形,并分析了反射镜水平倾斜0.5°、1°时,反射镜面形对位置误差的敏感程度;光轴水平时,在对反射镜设计支撑结构的同时,加入3点、6点辅助卸载力来降低残余重力影响,使反射镜面形接近无重力情形。通过Patran/Nastran软件建立反射镜模型并进行仿真计算,输出反射面各结点坐标值及变化量,用Matlab程序计算出反射镜面形精度,结果表明优化后的设计结果满足指标要求。     

基于音圈电机的环形桁架结构主动悬吊方法

环形桁架结构是卫星可展开天线的基本结构。文章提出一种主动悬吊方法,可在地面状态下卸载环形桁架结构的重力。该方法基于音圈电机可以同时输出安培力和大位移,通过求解悬吊系统的静态方程计算悬吊点的张力即所需安培力;然后,建立主动悬吊试验系统,令音圈电机输出等于所需安培力,即实现悬吊结构对重力的卸载。经试验验证,悬吊后的结构前两阶频率与原结构的几乎相等,且模态一致,说明该悬吊方法有效。     

圆形太阳翼模态仿真与试验研究

利用有限元软件SAMCEF实现了圆形太阳翼模态仿真分析，探究了翼面预紧力、约束方式和悬吊弹簧重力卸载系统对太阳翼模态的影响。结果显示，翼面预紧力对太阳翼模态影响较大；支撑车约束方式微小影响太阳翼第一阶模态；有支撑车相比无支撑车，太阳翼第一阶模态频率差值可达32.89%，因此地面试验不能使用支撑车；含悬吊弹簧重力卸载系统可有效减轻重力作用对模态的影响；此外，当弹簧刚度小于7 N/m时，其对太阳翼模态的影响小于0.59‰。随后，采用工作模态法和双点激振方式，经预试验优化地面试验方案；采用正弦扫频方法进行模态测试，获得了圆形太阳翼的前四阶模态振型和固有频率。最后，通过有限元模型修正，使模态仿真结果误差保持在4.16%以内，符合测试相关标准的要求。     

空间相机隔振系统的优化方法

为了减小卫星发射和在轨阶段的振动对空间相机成像品质的影响,文章对空间相机隔振系统的建模和优化方法进行了研究。使用复刚度模型表示隔振器,用拉格朗日方法建立系统动力学方程。选用了系统质心位置的加速度和转角的均方根值作为目标函数,采用多目标优化算法NSGA-Ⅱ在随机振动条件下对隔振系统的进行优化。优化结果给出了隔振系统的刚度系数和耗散系数的最优解集。根据某空间遥感器的实例计算出一组最优隔振器参数,验证了这种优化方法的可行性。这个最优解的集合可以作为隔振系统结构选型和初始设计的输入条件,提高隔振器前期优化设计的效率和计算的准确性。     

一种基于EPSO的航天器交会轨迹优化方法

研究了航天器在固定时间内燃料最省的多脉冲交会问题,提出了一种基于种群熵粒子群优化 (Population Entropy based Particle Swarm Optimization,EPSO)算法的交会轨迹优化设计方法。采用线性化C\|W方程描述航天器的相对运动,以能耗最优为控制目标,得到了基于连续推力的最优转移轨迹,用于确定脉冲点的位置。考虑工程实用性,采用多脉冲控制方法,利用脉冲点的位置参数建立了以脉冲点时间间隔为决策变量的优化目标函数,并用EPSO算法进行求解。在EPSO中,种群熵描述粒子在搜索空间中位置分布的混乱程度,并通过上一代的种群熵确定下一代的搜索空间,从而减少搜索空间的浪费,提高了算法的搜索速度和收敛精度。仿真结果表明,算法本身具有良好的优化性能,适用于航天器轨迹优化。     

一种基于可行优先的三维航迹规划方法

针对三维航迹规划的实时性问题,提出了一种基于可行优先的三维航迹规划方法。不同于通常的最优优先算法,该方法使用可行优先的准则,有效地剪除了搜索空间,提高了搜索效率,从而使三维航迹规划能够应用于实时航迹规划中。在搜索过程中,该方法通过改进局部航迹的三维规划,飞行状态保持,动态网格,导引点集四种策略,能快速地规划出三维航迹。算法复杂度分析和试验表明,该方法能够有效地完成航迹规划任务,获得满足要求的可行航迹。
     

基于UAV的空地协同任务卸载策略研究

随着各行业对大批量信息处理需求的增加，移动边缘计算（Mobile Edge Computing， MEC）技术应运而生。而在陆地障碍较多、MEC服务器搭载不便的情况下，研究了一种无人机（Unmanned Aerial Vehicle， UAV）中继辅助用户卸载任务到基站的场景。针对该场景，提出了一种基于博弈论的最优任务卸载方法，通过联合优化任务卸载比例和卸载策略使得系统时延最小化。由于这两个变量之间相互耦合，因此将原优化问题转化为两个子问题求解。首先，在确定策略的情况下，证明了系统时延最小值存在的条件，得到了用户的最优卸载比例闭合解。然后，将原优化问题转化为任务分配问题，并建立博弈论模型。在证明了该模型存在纳什均衡（Nash Equilibrium，NE）的前提下，经过多次迭代，求解得到基于时延最小的用户任务卸载策略集。仿真结果表明：上述方法有效降低了全局计算时延，在时效性上优于其他一些常见的卸载方法。     

一种基于调节三镜的空间光学相机离焦补偿方法

离焦补偿是空间光学相机获得良好成像品质的关键。文章基于空间光学相机的技术特点分析其离焦补偿方法,提出调节三镜的离焦补偿方法。利用CODE V光学软件对某高性能光学小相机的光学系统进行仿真分析,获得离焦补偿精度、离焦补偿范围与系统成像品质的关系。为保证光学系统对移动三镜倾角控制要求,对三镜调焦机构直线精度及其力学稳定性进行了测试,最后对相机进行了地面外景成像验证与在轨测试。仿真及试验测试结果表明,调节三镜能有效地补偿空间三反相机在轨各因素引起的系统离焦,满足相机在轨成像品质要求。     

基于遗传算法的极短弧段天基轨道确定方法

天基光学观测系统采用恒星跟踪模式监视空间目标时获取的观测弧段极短,在极短弧段观测条件下,经典的轨道确定方法会由于求解方程的本征病态无法得到合理解。针对该问题,文章采用遗传算法对空间目标极短弧段轨道确定问题进行优化求解,建立了基于遗传算法的空间目标初始轨道参数求解的运算模型,并利用空间目标的分布特性进行分区域计算,从而有针对性地缩小搜索范围,提高了计算效率并避免解收敛到局部最优值。仿真试验表明:该方法能够利用天基极短弧段观测数据正确估计空间目标初始轨道参数,定轨精度优于Gauss法与采用观测斜矩作为优化变量的方法。此方法为精密定轨提供有效初值,提高多个短弧段之间的关联性,由此可为天基光学观测平台的空间目标监视、跟踪以及编目任务提供参考。     

基于序优化理论的晕轨道转移轨道设计

利用晕轨道的稳定流形可以设计从地球到晕轨道的转移轨道。但由于小幅度晕轨道的稳 定流形与地球停泊轨道无法相交,因此需采用两脉冲转移。微分修正法是求解两脉冲转移常 用的优化方法,虽然收敛速度快,但很难获取全局最优解,而且收敛半径小,如果初始猜想 与最优解相差很远,该方法可能会不收敛。将序优化理论与微分修正法相结合,利用序优化 思想缩小搜索空间,得到足够好的初始猜想,然后利用微分修正法快速收敛到满足终端精度 要求的解。仿真结果表明该方法有很好的收敛性,且计算量小。
     

面向木星卫星交会任务的探测器飞行路径规划

针对探测器在木星系统内多次借力的飞行路径和轨道优化设计问题,提出了一种基于三层优化思想的飞行路径规划方法,该方法可根据给定的任务约束和交会目标,自动搜索探测器在木星系统内的借力飞行序列,同时完成标称飞行轨道的优化设计。首先,文章在给定轨道动力学模型和木卫借力模型基础上,建立了面向木卫交会任务的两次借力飞行轨道优化设计模型和求解方法;然后,采用结合遗传算法、全局遍历和贪婪算法的三层优化设计思路,给出了一种环木飞行路径规划方法;最后,以木星四颗卫星的交会任务为例进行了仿真分析。仿真结果表明：针对木卫的交会任务,探测器速度增量需求随木卫借力次数的增多,呈现先显著减小后逐渐增大的现象;探测器采用多次木卫借力的策略,可显著降低探测器的速度增量需求;探测器速度增量达到最优之后,借力目标收敛于交会目标,且速度增量随借力次数的进一步增多而逐渐增大。     

视觉测振技术在柔性太阳翼模态试验中的应用

针对8 m×5 m的柔性太阳翼在倒立状态下进行模态试验，设计数字摄像视觉测振系统，基于图像特征跟踪法实现了从相机标定、图像采集、信息提取到三维振动数据获取的过程，通过工况模态辨识方法获取了柔性太阳翼模态频率及振型等动力学参数。并考虑空气和重力影响建立太阳翼有限元模型，通过与基于基恩士激光位移传感器的传统模态试验结果及仿真分析结果进行对比，验证了基于视觉测振工况模态试验方法的准确性，为柔性太阳翼在轨模态辨识奠定基础。     

深空探测器多次引力辅助转移轨道全局搜索

介绍行星引力辅助近似模型,包括近行星点无动力和有动力两种方式;采用开普勒轨道拼接法与双脉冲Lambert算法,建立多次引力辅助转移轨道的参数优化模型;通过广度优先搜索算法对引力辅助行星序列进行穷举,对发射窗口和天体间转移时间进行离散化网格搜索,每一步网格搜索后均采用合理的定界剪枝方法,减少后续计算量。这种全局搜索方法不需要提前指定引力辅助行星序列,并可得到对应不同飞行时间以及不同引力辅助次数的搜索结果,获得若干多天体引力辅助转移轨道初步结果,为进一步局部优化设计奠定基础。文章给出几组全局搜索算例,得到从地球到火星、木星和土星的多次引力辅助转移轨道,验证了全局搜索方法的有效性。     

基于OPTIMUS的临近空间飞行器再入轨迹优化设计

针对临近空间飞行器再入飞行受到热流率、动压和过载等多约束情况下的轨迹优化问题,提出了基于OPTIMUS优化软件平台搜索初值的编程求解方案。首先根据再入飞行动力学原理建立数学模型,并合理简化,应用最优控制理论设计滚转角控制律;然后利用OPTIMUS软件平台搭建系统工作流程,进行试验设计并建立响应面模型,通过平台集成的优化算法寻找初值;最后结合不同优化算法的优点,基于遗传算法加模式搜索法编写程序求解轨迹。结果表明,基于OPTIMUS分析所设计的轨迹优化方案,可以快速确定较为准确的初值,计算效率显著提高,且能够保证较高精度。     

空间目标三维重构误差分析与相机参数设计方法

针对空间目标三维重构任务中的相机参数设计问题，提出一套由目标重构精度反演观测相机参数及观测方案的方法。通过梳理三维重构误差传播机理，将误差传播归结为相机内参数影响特征点齐次坐标和齐次坐标影响重构精度两个过程，给出了三维重构误差计算方法。基于误差下限分析计算结果，给出了观测距离、拍照间隔与相机姿态指向等任务参数的设计原则，建立了由重构精度反演相机焦距和像素尺寸的方法，形成一套以重构精度为核心指标的观测方案和相机参数设计方法。针对模拟空间目标的仿真试验校验了重构误差估算算法及相机参数和观测方案设计方法的有效性。     

团队进步算法与遗传算法和粒子群算法进行天线阵综合的比较

团队进步算法（TPA）是近期由研究者提出的一种新型优化算法,具有与传统优化算法不同的寻优机制。函数测试结果表明,该算法是一种能够兼顾避免早熟收敛和计算速度的有效的优化算法。文章将团队进步算法、遗传算法和粒子群算法应用于阵列天线方向图综合,给定阵列天线合适的设计要求,用Matlab编制程序对阵列天线进行了优化计算。通过对三种优化算法的综合结果比较,表明新算法在应用于较复杂的阵列天线方面以及在优化性能方面的优越性,显示了新算法在天线设计中的广泛应用前景。     

导弹发射包线指数优化搜索仿真分析

以某型近距空空格斗导弹为例，针对传统计算导弹发射包线精度较低、模型复杂、解算耗时长问题，分析影响导弹发射包线形状大小的重要参数，建立简化的导弹六自由度运动模型。在搜索包线边界时，综合考虑八个重要运动参数，构建指数多项式函数，粗略估算初始搜索空间，避免搜索初始值的盲目性。在黄金分割法的基础上，提出指数优化搜索算法，结合每次搜索值的空间误差和函数值误差，更新并优化下一次搜索的黄金分割点。利用模型和Matlab仿真平台，解算弹道轨迹，利用搜索到的边界值进一步优化距离多项式系数，使初始计算值更接近真实边界值。实验表明，本文方法解算的弹道轨迹和发射包线与实战中数据基本吻合，有效地提高了计算精度；指数优化搜索算法有效减少了仿真计算次数，缩短了整体耗时。     

基于参数化解调的旋转目标微多普勒频率提取方法

旋转运动是航天领域中最为常见的微运动,如卫星天线转动、弹道导弹自旋运动等。旋转目标的微多普勒特征对雷达目标识别具有重大影响。针对旋转目标不同散射点的微多普勒频率相互重叠、难以提取的问题,提出了基于参数化解调的旋转目标微多普勒频率提取方法。由点散射模型得到旋转目标的微多普勒信号解析形式。考虑到旋转目标微多普勒信号具有正弦频率调制特征,构造了基于正弦模型的参数化解调算子,优化微多普勒频率参数,使解调信号在载波频率处的频谱值达到最大。为了估计多个散射点的微多普勒频率参数,提出了参数迭代估计方法,在每次迭代中只估计当前最强散射点的微多普勒参数,将相应信号分量从原始信号中剔除,消除对后续分量估计结果的影响。仿真和实验结果表明:基于参数化解调的旋转目标微多普勒频率提取方法与传统时频峰值检测方法相比,能更精确地提取相互交叉的旋转目标微多普勒频率,为最终实现雷达空间目标识别提供了理论基础,能应用于卫星天线、弹道导弹等目标的监测、识别。