失效卫星姿态接管的并行学习合作博弈控制

针对多颗微小卫星合作接管失效卫星姿态运动的问题,研究了考虑微小卫星控制约束的多星合作博弈策略学习与协同控制方法。首先,建立了微小卫星合作博弈模型,给出了能够处理微小卫星控制约束的多星合作博弈帕累托最优策略显式表达式。其次,针对微小卫星合作博弈策略学习需求,通过过去与当前时刻数据的并行使用,设计了基于并行学习的策略迭代方法,该方法放松了神经网络（NN）权值矢量学习对持续激励条件的要求。给出了为确保神经网络权值矢量估值收敛,所使用的过去时刻数据所需满足的条件,并通过Lyapunov方法分析了神经网络权值矢量估计误差的一致最终有界性。之后,采用并行学习策略迭代方法进行了微小卫星合作博弈帕累托最优策略数值解的逼近。所获得的合作博弈策略具有反馈控制形式,在进行神经网络权值矢量学习后,各微小卫星能够通过合作博弈策略的独立计算实现失效卫星姿态运动接管过程中的闭环协同控制。所设计方法避免了传统姿态控制方法所需进行的力矩分配,消除了微小卫星数量对其控制计算复杂度的影响。最后,通过数值仿真对所设计方法的有效性进行了验证。     

有限姿控能力的低RCS微小卫星姿态实时规划

 为提高在轨微小卫星使用效能及生存能力,提出一种受姿控能源消耗及驱动能力约束的低雷达散射截面（RCS）微小卫星姿态实时规划算法。算法应用曲面像素法、时域有限差分法及假设检验,在三维空间内对微小卫星的RCS及雷达探测水平进行建模,并结合雷达分布模型构建了相应的威胁评估函数及规划代价评估函数。同时,为提高算法的实时性能,采用了粒子群优化(PSO)算法以降低计算复杂度。仿真结果表明,在有限计算量的基础上,算法能够以较小规划代价有效降低卫星威胁方向的RCS及雷达探测概率,满足对微小卫星飞行姿态实时规划的需要。     

微小卫星剩磁在轨标定技术研究

 基于微小卫星姿态确定系统常采用无陀螺配置方案，克服环境干扰力矩的影响并提高微小卫星姿态确定的精度是此类姿态确定系统的关键。分析了星上稳定剩余磁场对无陀螺微小卫星姿态确定的干扰机理，建立了卫星剩余磁矩与磁强计偏置标定模型。以磁强计、太阳敏感器作为姿态敏感器件，并采用扩展卡尔曼滤波器实现标定算法，为无陀螺磁测微小卫星消除剩磁干扰，获得高精度姿态估计提供了一种新方法。仿真结果表明：该方法能准确估计卫星剩余磁矩与磁强计偏置，磁强计偏置的标定精度在1 nT左右，剩余磁矩的标定精度为0.000 1 A·m²量级，有效消除了剩磁对无陀螺卫星姿态确定的影响，显著提高了姿态确定精度，滤波器能在500 s内收敛。     

微小卫星低可观测外形飞行姿态规划

为提高在轨微小卫星的使用效能及生存能力,提出一种微小卫星低可观测外形飞行姿态规划算法.根据微小卫星雷达散射截面(RCS)、轨道及雷达威胁特性,建立了可进行长时间内最佳飞行姿态规划的数学模型,设计了低计算复杂度的链表式个体结构及进化规划策略,并实现了算法对高威胁区优化规划的能力.同时,算法低迭代步长下的快速收敛特性以及进...     

基于可靠性安全系数的折叠展开机构可靠性分析

太阳翼系统是卫星的重要组成部分,其故障可能导致卫星无法正常运行,保证卫星太阳翼机构的可靠性具有重要意义。为了实现折叠展开机构的可靠性优化设计,首先,介绍卫星太阳翼机构的重要性及其可靠性的研究现状,提出基于可靠性安全系数的卫星太阳翼展开可靠性分析方法;其次,研究基于可靠性安全系数的概念,并推导其表达式;最后,以某型卫星太阳翼机构参数为例进行展开运动分析计算,验证所提方法的合理性和可行性。该方法可为卫星太阳翼机构及其他类似机构的可靠性设计提供有益参考。     

仅用反作用轮进行小卫星姿态大角度机动

综合轮控高精度优点和小卫星高集成度与姿态机动的要求,以反作用轮为执行机构,采用模型状态轨迹跟踪法,在反作用轮速度饱和约束条件下,进行了模型状态轨迹和基于模型状态轨迹控制律的设计。此外,还针对飞轮摩摩擦等带来的常值干扰,对控制律进行了修正,以提高控制精度。仿真结果表明,此控制方法能较好地实现小卫星姿态的大角度机动。     

敏捷卫星的联合执行机构控制策略

 针对对地观测敏捷卫星大角度快速机动、高控制精度的任务需求,提出了联合推力器与飞轮作为执行机构的控制策略。该控制策略综合利用2种执行机构的优点:推力器以前馈的形式提供机动过程中所需的主要力矩以实现航天器大角度的快速机动,而飞轮以反馈的形式提供精准的控制力矩以提高机动过程中的姿态控制精度。为补偿由于初始状态偏差和推力器输出力矩不准确所带来的控制误差,采用变结构控制设计了2种姿态跟踪控制器,使航天器能够渐进地跟踪上参考轨迹。并对姿态机动控制过程中,飞轮力矩及转速可能出现的饱和问题作了相应的修正。仿真结果表明了所提控制策略及所设计控制算法的可行性和有效性。     

Agility多轴复合测量机

<正>发动机喷嘴等微小零件特征是包含微孔、微锥、微螺旋槽等复杂微小结构,实现高效、高精度和高一致性测量是长期未解决的难题。针对喷嘴等微小零件测量的需求特点,采用带转台的多轴复合测量机,结合接触式微孔测量专用模块,是解决喷嘴类微小零件高效精密测量的途径。中航工业精密所研制的Agility多轴复合测量机,采用"三坐标+转台"的多轴快速运动机构,采用直线电机驱动,加速度大、速度快,最高速     

AOS标准在海洋动力环境探测卫星中的应用

以我国在轨成功运行的首发海洋动力环境探测卫星为例,描述了在我国遥感卫星中首次全面采用AOS(高级在轨系统)标准实现整星数据流统一动态管理的数据管理方案。该方案采用AOS标准的源包多路复用机制实现对卫星遥测数据的动态调度传输,提高了信道利用率;采用虚拟信道的动态调度机制在数传信道和激光通信信道实现将卫星的低速平台数据和高速有效载荷业务数据进行动态合路传输,从而实现整星信息的综合利用,增强了卫星自主管理能力。针对卫星在轨应用情况,对该方案的优点进行了总结。     

激光微推进器用于微小卫星的姿轨控仿真

为研究激光微推进器用于微小卫星在轨空间飞行任务的可行性,利用已建立的激光推进微小卫星仿真平台,对微小卫星在轨姿态调整、轨道维持和轨道转移等飞行任务进行了仿真和分析。仿真结果表明,星载激光微推进器可满足在轨微小卫星的高控制精度姿态调整、近地观测轨道维持以及较长时间要求的轨道转移等空间任务对推进系统的要求。     

卫星测控站站点设置的基本原理分析与探讨

针对卫星发射和运行过程中,如何设置测控站以实现全程跟踪的问题进行了分析。对所有测控站与卫星运行轨道共面的情况进行研究,采用相邻站点测控区域相切的思想,获得了对卫星全程跟踪所需最少测控站数目的函数关系式。针对卫星高度为300、1000、2000km三种情况分别进行求解,结果需要设置的最少测控站数目依次为13、7、5。     

中继卫星跟踪航空器的星间天线指向控制算法研究

针对中继卫星应用于航空飞行器类目标的跟踪,研究了中继卫星跟踪航空器的星间天线指向控制问题。在考虑中继卫星捕获跟踪系统工作特点和航空器飞行特点的基础上,完成了基于航空器预定航迹的中继卫星星间天线跟踪指向控制算法,通过采用分段拟合方法和有约束的最小二乘算法,实现了航空器跟踪弧段内星间天线稳定的高精度指向控制。进行了航空器某预定航迹的跟踪控制计算,仿真算例表明了该指向控制算法的有效性。     

基于卫星授时控制器的设计与实现

针对一些小型试验场或舰船上的条件局限性,对授时、控制等参试设备提出了更高的要求,希望提供一种功能全面、携带方便的小型化设备,用以满足试验的多种需求.为解决这个问题,研制了新一代时统设备——卫星授时控制器.基于GPS（全球定位系统）/BDS-Ⅱ（“北斗”二代）卫星授时原理,采用功能较强的微控制器和可编程器件产生多种时频信号、控制信号和模拟导航信息,实现了定时、控制、接收和产生等多重功能,提高了设备的集成性、通用性和便携性;同时采用倍频、锁相、驯服等技术,使设备10 MHz频率源的准确度提高2个量级,卫星同步精度优于50 ns.该控制器已成功应用于移动测控站和舰船试验中,效果良好.     

微小卫星正在崛起

MicrosatelliteIsBlossoming随着微型电路和纳米技术的发展，地球人造卫星也在向微小卫星的方向发展。美国和其他国家的若干大学和实验室正在研制微小的卫星来进行无线电通信和科学探测，美国军方也在发展军用微小卫星。那么卫星小到什么程度就可以称为微小卫星呢？这并没有一个精确的定义，只有一个大致的说选，一般说来，质量在100千克以下的卫星都可以称为微小卫星，当然质量越小就越难制造。因为微小卫星的尺寸小，有时也称为纳卫星。这种卫星一般在靠近地球的轨道上飞行。国外在近期将主要研制10千克左右的卫星，从现在起经10－20年…     

微电推进贮供系统开发与系统级仿真研究

针对传统电推进贮供系统应用于微小卫星任务时重量和体积庞大的问题,提出一套小型化、轻质化、低成本的微电推进贮供系统设计方案并进行了开发工作。采用聚醚醚酮复合材料（PEEK）制作的毛细管替代金属毛细管用于微流量控制,以氪气为工质进行试验,验证了其能够在±1%控制精度内实现0.0291～0.4145 mg/s的稳定流量输出。本文在Amesim中构建系统级一维瞬变模型,进行微电推进贮供系统仿真,并与试验结果对比验证模型的有效性与准确性。对仿真结果进一步分析阐述了系统从启动到稳定工作过程中压强超调、稳定段流量波动等工作特性以及减压器弹簧及膜片刚度、毛细管内径等关键参数的影响规律,通过对各部件热力状态参数动态变化的分析揭示了工质气体向下游供给过程中流动、传热与控制耦合作用的物理机制。     

采用变速控制力矩陀螺的航天器自适应姿态跟踪和稳定控制研究

研究以变速控制力矩陀螺群(VSCMGs)为主执行机构的卫星功率/姿态一体化控制(IPACS)问题。针对卫星的三轴稳定控制和相对惯性系的姿态跟踪问题分别设计了两类自适应控制器,二者都考虑了执行机构的动力学特性,并进行了稳定性的证明。其中前者采用相对姿态描述,可以避免三轴稳定飞行中因惯性姿态旋转方向的选择而引起的控制力矩突变;后者采用改进的罗得里格斯参数(MRPs)描述姿态,简化了控制器设计过程并避免了运动学奇异。对姿态误差的描述,前者采用小姿态角假设下的偏差形式,后者采用现时姿态与期望姿态之间的方向余弦矩阵,更具有合理性。设计了能够逃离奇异、并具有轮速平衡功能的VSCMGs的操纵律,并应用磁力矩器为VSCMGs进行动量卸载。最后,通过两个算例进行了仿真,验证了所设计系统的可行性和有效性。     

中继卫星系统组网备份策略研究

针对我国中继卫星系统组网备份策略问题,在分析国外中继卫星系统有关情况,尤其是美国中继卫星系统组网备份策略的基础上,讨论了我国中继卫星系统组网备份的途径,针对我国实际情况提出了目前宜采用发射备份星进行备份的策略,后续应考虑具备轨位漂移能力实现系统重构的备份策略。分析了我国组网备份的技术能力,研究了轨位漂移、多星共位控制和规划调整等技术手段,提出了为具备漂移能力而带来的技术问题及其解决途径,并指出了后续研究的方向。     

绕飞监测小卫星姿轨联合自适应控制研究

针对小卫星近距操作过程中轨道和姿态控制问题,建立了小卫星相对轨道和姿态的误差动力学模型。采用相对轨道和姿态联合控制策略,并考虑小卫星作业过程中质量和转动惯量的不确定性,设计了自适应输出反馈控制律,并证明了其稳定性。最后以对圆轨道目标星近距离环航为例,根据作业任务和姿态指向要求,设计了小卫星相对轨道和姿态的期望运动,应用所提出的控制策略及相应的控制律进行了数值仿真。结果表明,系统跟踪误差能够较快收敛,说明了控制策略的有效性。     

漂浮基空间机器人捕获卫星过程动力学模拟及捕获后混合体运动的RBF神经网络控制

 讨论了漂浮基空间机器人在轨捕获目标卫星过程的碰撞动力学建模,以及捕获操作结束后空间机器人与卫星混合体的稳定控制问题。首先采用多刚体动力学建模方法并结合空间机器人捕获目标卫星过程中的碰撞动力学特性,建立了漂浮基空间机器人在轨捕获漂浮卫星过程的动力学模型,并在此基础上计算出完成捕获操作后空间机器人与目标卫星混合体关节的运动速度。然后针对卫星及空间机器人系统惯性参数均是未知的复杂情况,应用上述模型、神经网络控制理论和Lyapunov稳定性理论,设计了空间机器人与卫星混合体在捕获过程碰撞冲击影响下稳定运动的高斯径向基函数神经网络控制方案,以达到对捕获卫星的有效控制。此外,高斯径向基函数神经网络控制方案具有不需要测量和反馈载体位置、移动速度与加速度的显著优点。系统数值仿真证实了上述控制方案的有效性。     

多卫星系统资源建模与能力计算方法研究

针对复杂多卫星系统的建模与能力计算问题，借鉴超分子化学中的自组装机制，给出了多卫星系统资源的自主组装规则，建立了互补型及增强型2类聚合体模型，进而分别给出了2类聚合体能力计算方法，可以实现系统资源的自主聚合。最后，在给定多卫星系统资源条件下，完成了2类聚合体的能力计算，为多卫星系统建模与能力计算提供了一种新的研究思路。