航天器电缆网测试方法探索

对航天器电缆网的特点、测试原理进行了详细的论述,并据此提出了电缆网测试仪应具备的功能及其亟待解决的问题。     

基于Fliess泛函展开式的航天器姿态控制

绍用Fliess泛函展开式研究航天器姿态控制问题。首先讨论一步预测及多步预测下的姿态跟踪。接着讨论当系统的解耦矩阵满秩时,在适当反馈下,闭环系统的Fliess泛函展开式具有有限项。由于航天器姿态动态方程具有非奇异解耦矩阵,有限项Fliess泛函展开式可以方便地应用于航天器姿态控制的在线设计。     

一种新型的挠性航天器作动器布局优化方案

针对挠性航天器振动抑制中的作动器优化配置问题,综合考虑闭环系统的可控度和作动器的电缆长度,提出一种新型的复合优化指标,在完成振动抑制的同时,有效缩减作动器电缆长度,减小航天器能量损耗及电磁干扰;在此基础上,采用遗传算法,完成作动器安装位置的快速寻优。本文采用实际尺寸的挠性帆板有限元模型,通过大量的数值仿真,验证了所提方法的有效性     

改进FDTD／集总源模型分析航天器场线耦合

针对典型的电磁脉冲对航天器电缆耦合问题,建立了航天器场线耦合分析模型。在场分布计算方面,采用基于平均电参数和分析目标与 Yee网格不重合的边缘部分修正的改进时域有限差分法。在场线耦合方面,建立基于集总等效源模型的多导体传输线瞬态响应模型,将外场在传输线上激励的分布电压源和电流源与传输线指数矩阵解耦,建立了集总等效电压源和电流源模型。采用分析模型分析运载内一根电缆受电磁脉冲影响的响应,结果表明,即使存在屏蔽作用,电磁脉冲在电缆上耦合的干扰足以损毁设备。     

基于在轨组装维护的模块化深空探测器技术进展与应用研究

在轨组装与维护是航天器在轨服务技术的基本内容,而模块化设计则是实现航天器在轨组装与维护的一项主要支撑技术。调研总结了国外深空探测领域模块化航天器设计以及在轨组装与在轨维护实施的技术进展,主要包括模块化地外行星着陆探测器、大型在轨组装深空探测器、布置于SEL2(Sun-Earth Libration 2)等轨道的超大型在轨组装空间望远镜系统等,分析了深空探测器领域应用模块化设计实现在轨组装与维护的关键技术要素。针对深空探测航天器长寿命、高可靠、特殊推进系统及其设备配套等技术特点与需求,提出一种应用在轨组装与维护技术的火星多任务探测器系统设想,介绍了探测器系统的任务架构、基本组成、轨道策略等,为我国深空探测技术发展以及新型深空探测器研制提供参考。     

航天器电线电缆寿命预测模型研究

随着航天器复杂大系统的高速发展，以及器上电子产品的广泛应用，使得电线电缆大量应用于复杂系统之间的功率输送和信号控制。在航天器运行过程中，电线电缆由于受到空间布局限制，交叉重叠；同时受振动、温度、空间辐射等外部环境影响，致使电缆老化进而引发其他电气故障。介绍了基于可测特征参数的寿命模型建立方法，得出电缆剩余寿命的预计模型，开展航天器电线电缆老化机制以及寿命预测模型研究，最终实现航天装备电缆寿命预测的能力。     

基于鲁棒协同控制方法的多航天器交会问题

提出一种解决多航天器交会问题的协同控制算法。首先应用图论中邻接矩阵及拉普拉斯矩阵的定义及其相关性质,描述了多航天器之间的通信拓扑关系;其次对目标航天器轨道为椭圆形情况下的交会问题进行构建,并设计了相应的协同控制算法;最后利用李雅普诺夫函数证明该系统的稳定性,并且能够保证消耗的能量最优以及最大推力受限。仿真实验表明:提出的方法可以实现多航天器的协同交会,验证了该方法的有效性。     

基于拉普拉斯矩阵的网络社区划分算法在电缆网测试中的应用

在低频电缆网导通绝缘测试中，对电缆网连接节点的划分是开展低频电缆网测试的基础。通过电缆网连接节点的划分，可以高效低成本完成转接电缆和测试方案的设计，将能够大大节省电缆网性能测试的周期和成本，为工程项目任务中电缆网快速、高效、准确测试奠定基础。目前，对电缆网的测试一般直接通过连接器进行转接电缆设计，这种方法由于转接电缆连接器芯点分配的问题，导致测试效率较低。针对以上问题，提出改进型的转接电缆设计方法，并针对改进型设计方法中子网络难划分的痛点问题，采用基于拉普拉斯矩阵的网络社区划分算法完成电缆网相关性大的子网络的划分。该方法解决了节点多、关联性强的电缆网子网络划分问题，经过仿真验证，使用划分后设计的转接电缆进行电缆网测试，测试效率得到提升。     

天琴计划轨道构型长期漂移特性分析

为了实现天琴计划航天器轨道构型的长期稳定漂移并满足轨道构型的稳定性指标,文章应用优化算法搜索航天器初始最优瞬时轨道要素。建立考虑摄动情况下航天器轨道动力学模型,对导致等边三角形轨道构型发生长周期漂移的轨道要素进行了分析,并且将这些要素作为轨道设计的待优化参量,应用粒子群（ParticleSwarmOptimization,PSO）智能寻优算法进行优化,应用最终优化得到的轨道要素进行轨道构型仿真。仿真结果表明,在不进行轨道控制的情况下,4年内轨道构型呼吸角变化小于1.5°,臂长变化小于1500km,臂长变化速率小于10km/s,初步满足轨道构型的稳定性指标。     

基于状态转移矩阵的航天器多脉冲悬停方法

基于航天器相对运动的状态转移矩阵描述,研究了空间相对悬停的多脉冲控制方法,解决了工程实践中连续推力悬停轨道控制技术对航天器控制推进系统要求较高的难题。给出了两航天器在圆、椭圆和双曲线等圆锥曲线参考轨道上相对运动的状态转移矩阵描述。在此基础上,定性分析了椭圆参考轨道偏心率对悬停精度的影响,推导了航天器多脉冲悬停速度脉冲控制量的计算方法。数值仿真算例显示,该方法可有效实现一定悬停精度要求下的空间相对悬停控制,且随着一个轨道周期内脉冲数的增加,相对悬停的效果得到提升。     

航天器的低轨道卫星网络接入

随着空间技术的发展,航天器网络化的趋势不断增强。航天器不仅需要将数据实时地传输到地面,而且需要与其他航天器实现信息共享。通过建设LEO卫星网,容易实现航天器的数据传输与共享,但是航天器的网络接入是研究难点之一。如果针对不同系统采用不同的接入方法,将增加接入的复杂度。通过采用区域路由方法,提出一种通用的接入方法,不仅简化了航天器卫星网络的接入,也简化卫星网络系统的设计,实现了接入方法与网络设计的适当分离。计算机模拟表明该方法的可行性。     

簇飞行航天器网络动态连接和路径时空演进特性

簇飞行航天器模块的高速飞行增加了网络拓扑的不确定性.为优化簇飞行航天器的轨道设计，提升簇飞行航天器网络性能，在簇飞行航天器节点动态连接的基础上，开展基于概率连接矩阵的簇飞行航天器网络动态连接和路径时空演进特性研究.基于航天器双星伴飞模式，建立了簇飞行航天器节点移动模型，运用经验统计和曲线拟合的分析方法，得到簇飞行航天器网络节点间的距离密度函数；利用簇飞行航天器网络节点间相对距离有界的约束，给出节点连接距离的阈值范围；利用STK生成的轨道数据，通过给出序贯路径定义和一种新的矩阵乘法运算，得到节点多跳序贯路径的概率连接矩阵，分析轨道超周期内节点动态连接和路径时空演进特性，为簇飞行航天器网络的设计和优化提供理论参考.      

天琴计划轨道构型长期漂移特性分析

为了实现天琴计划航天器轨道构型的长期稳定漂移并满足轨道构型的稳定性指标,文章应用优化算法搜索航天器初始最优瞬时轨道要素。建立考虑摄动情况下航天器轨道动力学模型,对导致等边三角形轨道构型发生长周期漂移的轨道要素进行了分析,并且将这些要素作为轨道设计的待优化参量,应用粒子群(Particle Swarm Optimization,PSO)智能寻优算法进行优化,应用最终优化得到的轨道要素进行轨道构型仿真。仿真结果表明,在不进行轨道控制的情况下,4年内轨道构型呼吸角变化小于1.5°,臂长变化小于1 500km,臂长变化速率小于10km/s,初步满足轨道构型的稳定性指标。     

飞翼布局飞行器结构拓扑优化设计

飞翼布局飞行器由于具有气动效率高的优势，将成为未来航空飞行器发展的主流方向，然而结构质量限制了其性能的进一步提升，结构优化是实现结构减重的重要技术。以飞翼布局飞行器内部结构为研究对象，建立拓扑优化模型，以柔顺度作为目标函数，探究飞翼布局飞行器全机内部结构的最优布置方式，分析弯曲梁构件在飞翼布局飞行器结构优化中的作用和减重机制，根据拓扑优化结果建立重构模型，同时依据Boeing第二代结构设计建立标准模型，使用尺寸优化评估重构模型相较于标准模型的减重效果。结果表明：在等柔顺度时，重构模型相比标准模型质量减少14.53%；在等质量时，重构模型相比标准模型全机柔顺度降低47.90%，并减少了44.87%的z向最大位移，拓扑优化减重和增加刚度效果显著，验证了弯曲梁构件的减重作用。研究结果可为飞翼布局飞行器结构减重优化奠定基础，建立的优化评估机制可为飞翼布局飞行器的内部结构设计提供参考。     

基于反馈摄动的航天器姿态正规矩阵控制

研究三轴稳定的挠性航天器姿态的鲁棒控制问题．由混合坐标方程导出姿态动力学逆传递函数矩阵,并分析其正规性．基于正规性分析结果,使用系统不确定性反馈摄动描述对姿态控制系统的正规矩阵设计方法进行研究．研究结果表明,逆传递函数矩阵可视为正规矩阵,且动力学参数的摄动不影响其正规性．利用这一特性,提出一种适用于航天器姿态控制的正规矩阵设计方法．在该方法中,航天器姿态的鲁棒控制可以通过增加参数约束达成对三轴姿态的独立控制,从而提高设计的可继承性．计算机仿真验证了该设计方法的有效性．     

微型航天器的公用平台和关键技术

未来的微型航天器将采用微型公用平台——集成公用模块。文内阐述了集成公用模块的概念和应用,分别介绍了航天器实现微型化所需的关键技术——无电缆连接、多功能结构、先进的轻型材料、自主热管理的微热控系统、高密度电子线路封装和连接、集成设计环境,最后提出以集成公用模块为基础的微型航天器的设计和研制程序     

带有两个飞轮的欠驱动航天器姿态稳定控制研究

在系统总角动量不为零的前提下,仅带两个飞轮的航天器无法实现本体系相对于惯性系三轴姿态角为零的稳定控制,而已实现的角速度稳定控制和自旋稳定控制也无法满足姿态控制任务的多样化需求。于是在系统总角动量不为零时,首次提出存在最大程度姿态稳定形式为航天器本体三轴角速度稳定,同时固连于航天器的某一特定视线轴指向任意给定惯性方向。利用一种新的姿态描述形式推导出了角速度为零时航天器的目标姿态,然后基于线性化后的系统设计了线性二次型最优控制器。数值仿真表明利用此控制器能实现所提出的姿态稳定形式,这对于无须实现本体系相对惯性系三轴姿态角为零,而只需对固连于本体的天线或相机进行惯性空间定向控制的航天器将完全满足其姿态控制要求,同时也能提高欠驱动航天器的可靠性。     

一种有限推力航天器交会轨道的鲁棒设计方法

基于C—W方程描述的二体相对运动模型,考虑利用范数有界方法刻画航天器交会过程中的参数不确定性,并结合控制推力受限的工程需要,提出了一种在不确定环境下有限推力航天器交会轨道的设计方法。通过构造Lyapunov函数,将此设计问题转化为一个具有线性矩阵不等式约束的凸优化问题,通过求解此问题即可设计出符合航天器交会要求的鲁棒状态反馈控制器。     

高通量多波束通信卫星系统资源分配方法

资源分配是影响新一代高通量多波束通信卫星（HTMCS）系统效能发挥的关键问题。以往基于非柔性载荷以及用户容量需求均匀分布的静态、单维度资源分配方法已不能满足现实需求。围绕基于有效载荷资源提升系统效能这一核心目标，针对波束间干扰、柔性载荷以及用户需求非均匀分布特点，为高通量多波束通信卫星系统构建了功率和频带两维度联合优化资源分配模型，并实现了一种带有寻优控制策略的遗传算法求解模型。面向多类场景实例的仿真结果表明，本方法可以适应不同用户容量需求分布特点，为系统提供功率和频带资源联合优化解决方案。当用户需求总量分别为90Gbit/s、110Gbit/s及130Gbit/s时，相比平均、固定分配波束功率及频带资源，提出的方法可使系统未满足容量需求（UCD）分别减少71.09%、40.47%和16.31%，有效提升了系统效能。     

基于IFS和IPSO算法的干扰资源分配方法

针对多干扰系统同时干扰多部雷达的干扰资源分配问题,提出一种基于直觉模糊集(IFS)和改进粒子群优化(IPSO)算法相结合的干扰资源分配方法。利用己方无源探测系统获得的敌方雷达参数,根据IFS理论得到敌方雷达的威胁系数;整合数据库中战场的己方干扰系统与敌方雷达系统信息,从空域、频域、极化方式和干扰样式4个方面定义了匹配度,表示己方干扰系统对敌方雷达系统的干扰效率,得到匹配度矩阵,结合敌方雷达威胁系数建立干扰目标函数;提出一种自适应调整权重、异步变化学习因子、针对离散问题的IPSO算法,并引入补偿粒子进行盲区搜索,求解出最佳干扰决策。仿真表明,本文提出的干扰资源分配方法相较于传统算法最优解正确率更高,且实时性更好。