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。     

“动中通”原理及应用

本文对“动中通”的原理和应用进行了说明,介绍了目前国内“动中通”的两种方案——单脉冲体制的“动中通”系统和采用惯导技术的“动中通”系统,并介绍了目前国内两种进口的低轮廓“动中通”系统——“相控阵天线”和“轮胎天线”;针对捷联惯导“动中通”系统,本文介绍了它的工作原理与特点;并对“动中通”卫星通信系统的网络设计进行了介绍;最后,本文介绍了“动中通”系统的应用前景。     

湖南光电高清动中通卫星车系统

本文对湖南广电高清动中通卫星车系统进行了介绍说明,对湖南广电高清动中通卫星车系统中的动中通天线伺服控制系统、卫星通信系统、视频系统、音频系统、通话系统、集中控制系统与车体改造系统分别进行了说明;介绍了湖南广电高清动中通卫星车系统所采用的卫星通信体制、卫星链路计算结果及卫星测试结果;最后,本文介绍了动中通卫星车系统在广电领域进行高清电视实时移动转播中的应用前景。     

基于变结构控制器的敏捷卫星姿态机动方法

随着遥感卫星观测能力的逐步提升,对卫星敏捷机动能力提出了更高的要求。针对敏捷卫星大角度姿态机动问题,以6个单框架控制力矩陀螺(SGCMG)组成五棱锥构型的姿态控制系统执行机构,在构建敏捷卫星姿态运动数学模型以及设计SGCMG系统操纵律的基础上,对卫星绕Euler轴进行姿态机动的角轨迹进行规划,并设计了一种基于误差四元数与误差角速度的变结构控制器。仿真及在轨验证结果表明,该控制器能够完成规划轨迹的良好跟踪且具有较强的鲁棒性,研究成果对敏捷卫星姿态控制系统的设计具有重要的参考意义。     

大型平台的惯性稳定与地理坐标系姿态跟踪

介绍了一种大型两轴稳定平台的惯性稳定和地理系姿态跟踪原理,建立了稳定平台俯仰框架和横滚框架的运动学模型和动力学模型,进行了稳定平台横滚通道的角速度回路和角位置回路设计,仿真分析了姿态角测量误差作用下的稳定平台姿态跟踪性能,与利用加速度计反馈实现调平的两轴阻尼稳定平台进行对比,比对结果验证了本文设计的控制系统在水平姿态跟踪速度和抗干扰能力上的优势.平台样机进行了姿态跟踪测试,结果验证了结合定位定向系统(POS)的稳定平台惯性稳定和姿态跟踪控制方法可行.     

现代应急卫星通信系统应用综述

针对目前频繁出现大型灾难的救援工作,本文介绍了现代应急卫星通信系统的关键设备-动中通.介绍了目前国内动中通的四种方案-单脉冲体制的动中通、单脉冲辅以惯性器件的动中通、相控阵天线和纯惯导方案的动中通,并介绍了捷联惯导动中通的工作原理与特点.针对现代应急卫星通信系统,本文介绍了车载应急卫星通信系统、舰载应急卫星通信系统与机...     

TDRSS中用户星的星-星天线跟踪规律深入研究

应用坐标转换，得到用户星的星-星天线基本跟踪规律。针对几种情况，并考虑地球的隔断影响和天线的自身限制，对星一星天线的方位角和俯仰角表达式进行了修正和补充。最后，针对某用户星，应用Matlab进行数学仿真。结果表明，根据得出的跟踪规律，可以使用户星的星一星天线最大范围地跟踪中继卫星。     

中继卫星系统动力学分析

应用单摆模型来等效液体晃动，并利用拉格朗日方程建立了中继卫星的动力学方程。在确定天线跟踪规律的基础上，从工程实际的角度分析了天线和星体之间的耦合作用。考虑天线不同的跟踪模式，将卫星的本体视为刚性体，在星体无控情况下进行系统的动力学响应分析。通过数值仿真确定天线在不同跟踪模式下对星体姿态的影响，并通过有无柔性振动和液体晃动结果的分析，得出天线运动特别是高速回扫、附件柔性振动都会对星体姿态产生比较大的影响，而液体晃动对星体姿态影响不大的结论。     

引入姿态误差的中继跟踪预报

航天器的姿态控制误差是客观存在的,由于中继终端跟踪能力有限,在某些情况下,姿态误差会导致跟踪中断,从而造成测控资源的浪费并影响正常执行任务。针对姿态控制误差影响中继跟踪的问题,通过对简化姿态旋转矩阵求导,推导出姿态误差与中继终端框架角和角速度的转换关系,得到引入姿态误差的中继终端跟踪预报模型。利用该模型对某航天器中继跟踪情况进行仿真计算,表明：考虑姿态误差情况下,中继跟踪弧段比无扰动情况要短一些,跟踪时间减少的时段发生在天线方位轴与航天器到中继星连线的夹角较小的时候。     

"动中通"系统中极化角的计算

根据"动中通"卫星移动通信中极化角计算的情况,分析了极化角的产生机理,并详细推导了其计算公式.在"动中通"系统实际应用中,由于载体位置不断发生改变,极化角随之改变.本文进一步推导了极化角的补偿算法,为工程应用提供了理论参考,并且已经在"动中通"系统中取得较好的应用效果.