基于有限状态机的安全性仿真技术

为了研究系统中事故的动态变化机理,探索事故发展过程中的运动行为,制定正确的应急控制措施,提出了基于有限状态机理论的安全性建模仿真方法.结合Simulink/Stateflow工具开发了面向事故机理与应急过程的建模仿真平台,实现了系统的机理模型、安全状态控制模型以及应急操作模型的有效融合.该平台能实现对人-机-环境综合系统进行动态仿真,为明确事故的动态变化过程和制定应急控制措施提供依据.通过对某舰船舱室事故过程的仿真实例,验证了该方法的有效性和合理性.     

涌浪及降雨影响下的GNSS海面反射信号建模

全球导航卫星系统（GNSS）海面反射信号的模拟仿真采用的海浪谱多为风驱模型，而忽略了真实复杂环境中涌浪、降雨的影响。为此，提出了一种涌浪、降雨影响下的GNSS海面反射信号模型。首先，对Elfouhaily海浪谱、涌浪谱、降雨谱分别进行仿真，从海浪谱的角度分析涌浪、降雨对GNSS反射信号的影响。然后，设计了引入涌浪、降雨影响因子后的GNSS反射信号建模的方法，并建立噪声模型。最后，对星载场景下仿真得到的二维时延-多普勒相关功率分布图像（DDM）、时延相关功率波形（DW）进行分析，并与英国技术演示卫星（UK TDS-1）实测数据的处理结果进行了对比验证。结果表明:涌浪主要形成对GNSS反射信号影响较大的大尺度粗糙海面，而降雨对GNSS反射信号影响较小；仿真的DDM与实测数据结果的波形有很好的一致性，DW对比的相关系数达到0.92，优于未修正模型的对比结果，模拟的反射信号更为真实，证明了提出的GNSS反射信号建模方法的可行性、有效性。对真实复杂环境下的GNSS反射信号建模及GNSS反射信号星载探测应用研究具有一定的参考意义和实用价值。      

数据链测试仿真评估中的信道与链路干扰仿真技术CSCD

信道和链路干扰仿真是数据链测试仿真评估系统的关键技术之一。在局域网下模拟数据链系统真实运行的无线环境的非理想特性,需要对典型应用环境的信道条件、干扰特征进行分析和建模,仿真验证数据链系统在不同环境条件下的性能。本文首先分析了几类常见的信道和链路干扰仿真工具相关模块的原理和机制,研究并提出了传输时延、信道与链路干扰、链路级仿真方法及方案,并对几个关键问题进行了分析并提出解决方案。该研究在数据链测试仿真评估系统中的验证效果良好,能够为数据链系统可靠性、稳定性提供无线信道和链路干扰模拟工具,从而为数据链系统的设计提供参考和依据。     

数据链测试仿真评估中的信道与链路干扰仿真技术

信道和链路干扰仿真是数据链测试仿真评估系统的关键技术之一。在局域网下模拟数据链系统真实运行的无线环境的非理想特性,需要对典型应用环境的信道条件、干扰特征进行分析和建模,仿真验证数据链系统在不同环境条件下的性能。本文首先分析了几类常见的信道和链路干扰仿真工具相关模块的原理和机制,研究并提出了传输时延、信道与链路干扰、链路级仿真方法及方案,并对几个关键问题进行了分析并提出解决方案。该研究在数据链测试仿真评估系统中的验证效果良好,能够为数据链系统可靠性、稳定性提供无线信道和链路干扰模拟工具,从而为数据链系统的设计提供参考和依据。     

高动态GPS卫星信号模拟器导航电文生成

为了测试全球定位系统GPS(Global Positioning System)接收机的性能,应用GPS信号模拟器来模拟各种条件下真实的GPS信号.GPS卫星信号发生器由硬件、计算机和软件组成.软件主要由卫星导航参数计算模块、目标运动轨迹计算模块、误差计算模块等模块组成.导航电文产生功能模块是高动态GPS卫星信号模拟器要解决的一项关键技术.给出了3个卫星星钟改正参数的物理意义和星历产生模型,根据这些参数并结合相应的时间参数来形成卫星导航电文.通过程序仿真并与导航电文进行验证,证明推导出的星历产生模型基本符合GPS星的星座排列规律.     

基于ActiveX的多Agent自主运行仿真系统

针对面向分布式航天器系统应用的多Agent自主运行系统仿真的需求,设计了分布式的自主运行仿真系统AgSimu.提出了以ActiveX组件来实现各种类型Agent的方法,以ActiveX容器应用程序实现Agent容器,完成对Agent的建模、配置、管理和通信,可以方便地构建不同结构的分布式多Agent组织,仿真它们的交互与协同工作.通过在Matlab/Simulink的S函数中使用ActiveX控件,实现了多Agent仿真系统与Simulink中的对象模型进行交互,从而可以实现多Agent自主运行系统的闭环控制仿真.     

小卫星简化数值仿真平台与模型设计

小卫星以它低成本,多样化的特点,成为了空间科学任务的重要载体,建立小卫星数值仿真平台,并且对它进行一定的验证和评估是相当必要的.针对小卫星3个关键子系统—电源系统,热控系统,姿轨控系统进行详细的理论分析,分别对3个子系统建立有效模型;基于HLA技术设置相关的串口与协议,建立小卫星数值仿真平台.在给定有效参数后,对数值仿真平台的运行进行分析,验证仿真平台具有重要的使用价值.     

基于FMI的卫星数字仿真平台设计及实现

针对卫星仿真技术的标准化和通用化发展需求,基于FMI(functional mock-up interface)的接口标准和模型复用技术,构建一个能够支持卫星数字仿真的工具体系架构,在此基础上,运用模块化思想设计了卫星数字仿真平台,并给出Simulink及C/C++模型的FMI标准封装方法.利用卫星数字仿真平台,搭建了多星运行仿真场景,通过远程过程调用技术,将仿真过程数据推送到可视化平台中,完成对卫星运行场景的可视化展示.仿真案例说明,卫星仿真平台可以对模型运行状态及变化趋势进行监控,同时,场景可视化平台可以对卫星的运行轨道及姿态等数据实时动态显示.     

空间机器人协调控制全物理仿真设计与验证

机械手在空间运动时,对卫星本体会产生干扰,卫星本体采用协调控制方法,减少机械手运动对本体的影响.设计基于气浮台的全物理仿真试验系统,通过气足漂浮支撑机械手和三自由度气浮台,来模拟卫星在空间微重力环境下一个平面内的协调控制运动,采用星上部件、控制器和控制软件,对协调控制进行了验证.     

一种消除钢坯闪光焊同步误差的控制方法

针对于大截面钢坯闪光焊顶锻阶段的特点和同步要求,提出了一种基于单神经元的同步误差预测控制方案,用于消除闪光焊顶锻过程中的系统之间顶锻力的同步误差;方案中采用液压系统压力反馈的方法解决了闪光焊中不方便安装里传感器的问题.考虑到液压系统的特点,使用AMESim液压仿真软件中的控制库和机械库建立了钢坯闪光焊的非线性液压系统模型、机械耦合系统模型,在Simulink中建立了控制系统的模型;为了验证控制器的性能,液压系统在建模过程中使各个分支的参数略有差异.仿真模型中建立了AMESim软件和Simulink软件的通信接口,通过这个接口实现了基于AMESim/Simulink的电液联合仿真;仿真结果表明基于单神经元预测控制的同步误差调节器在消除顶锻阶段同步误差上具有明显的作用.      

基于深度强化学习的软件定义卫星姿态控制算法

深度强化学习（DRL）作为一种新型的基于机器学习的控制算法,在机器人和无人机等智能控制领域展现出了优异的性能,而卫星姿态控制领域仍然在广泛使用传统的PID控制算法。随着卫星的小型化、智能化以至软件定义卫星的出现,传统控制算法越来越难以满足姿态控制系统对适应性、自主性、鲁棒性的需求。因此对基于深度强化学习的姿态控制算法进行了研究,该算法使用基于模型的算法,比非基于模型的算法拥有更快的收敛速度。与传统控制策略相比,该算法无需对卫星的物理参数和轨道参数等先验知识,具有较强的适应能力和自主控制能力,可以满足软件定义卫星适应不同硬件环境,进行快速研发和部署的需求。此外,该算法通过引入目标网络和并行化启发式搜索算法之后,在网络精度和计算速度方面进行了优化,并且通过仿真实验进行了验证。      

基于动态故障树的卫星可靠性分析

针对卫星系统的可靠性问题，提出了一种基于动态故障树的卫星可靠性分析方法。采用马尔可夫链和二元决策图相结合的分析方法，建立卫星的电源、姿轨控和推进3个分系统的动态故障树模型，在此基础上得到卫星的随机故障模型，并综合考虑损耗故障建立卫星可靠性模型。利用蒙特卡洛仿真对随机故障模型进行评估分析，并将其与Weibull分布模型进行性能比较，仿真结果表明该方法能够有效分析卫星的随机故障，具有计算精度高、效率高的优点，并能更有效地模拟卫星部件随机故障的动态行为。     

一种空间目标高精度指向控制方法

针对空间动目标指向任务对卫星提出的高精度控制需求，研究了卫星星体/快反镜二级复合系统的指向控制问题，给出了一种空间运动目标高精度指向控制方法。首先，基于近圆轨道Clohessy Wiltshire方程获得追踪卫星与目标卫星的位置信息；然后，基于扩展Kalman滤波算法进行多信息融合确定追踪卫星姿态参数，并实时解算出追踪卫星载荷光轴与目标卫星的相对姿态，获得跟踪指向所需的方位角和俯仰角；最后，通过星体一级姿态控制和基于快反镜的载荷光轴二级指向控制，实现对目标卫星的快速、高精度指向。仿真结果表明，该方法可以在保证快速性的同时实现动态指向控制误差小于072″。该方法可以实现对空间目标的高精度指向控制，为未来空间中激光通信等航天任务提供技术支持。     

GPS/GLONASS定位仿真器的设计与实现

GPS(Global Positioning System)、GLONASS(Global Navigation Satellite System)作为两种实时卫星定位导航系统,得到广泛应用.为满足离线试验研究的要求,设计开发了GPS/GLONASS卫星定位仿真器.该仿真器分析GPS和GLONASS星座的运动轨迹,并模拟卫星接收器的解算,以纯软件的方式实现卫星定位.仿真计算表明此仿真器定位精度与实际接收机相当,可以模拟真实的卫星定位,为仿真调试等研究工作带来便利.      

基于代码自动生成的空间交会GNC系统仿真平台

空间交会对接GNC系统涉及目标器和追踪器两个航天器的姿态轨道控制,其数学仿真比一般的卫星更复杂.给出一种轨道动力学、姿态动力学、相对动力学、测量及执行部件等仿真模型的规范化方法,并在此基础上,提出一套基于代码自动生成技术的空间交会对接GNC仿真平台,该平台的模块化和自动化程度高、软件的可读性和通用性强,实现了两个航天器的快速规范化仿真,显著提高了研究人员的工作效率,为空间交会GNC系统的设计和仿真提供了良好的支持.     

天文观测卫星动中探测机动测试系统设计

天文观测卫星普遍采用动中探测模式开展空间探测任务。为了实现动中探测姿态机动模式的地面有效验证，设计了整星机动集成测试方案。设计惯性空间基准的地面动力学仿真，满足惯性空间扫描仿真；设计整星各分系统间高精度时间统一系统，为整星机动测试提供统一基准；基于STK与Matlab接口模块，设计基于实时遥测数据的可视化判读系统，可提高测试判读实时性与准确度。整星测试结果表明，该方案有效验证了动中探测任务中姿态机动功能的正确性和指标符合情况，为开展整星地面测试和在轨应用提供了参考。     

挠性卫星自适应姿态跟踪控制

具有较强变轨或姿态机动能力的卫星,在轨运行过程中其质量特性随着液体燃料的消耗而不断变化,卫星的惯量特性也随之变化,使卫星质量参数呈现不确知的特性。如何在惯量矩阵未知情况下实现挠性卫星的姿态跟踪控制是研究的重点。考虑目标姿态角速度可以时变的一般情形,设计了基于误差四元数的自适应姿态跟踪控制律,给出了稳定性证明。数学仿真结果表明该控制律能够在卫星转动惯量未知情况下,保证卫星本体姿态和跟踪目标姿态。     

"人在回路"无人飞艇半实物仿真系统设计与实现

为开展某型无人飞艇系统的地面集成及飞行仿真试验,基于VxWorks实时操作系统、Matlab/Simulink和RTW(Real Time Workshop)快速原型建模仿真软件、FUTABA数据采集系统和三维视景系统,开发了具有高精度、高实时性的半实物仿真平台以及仿真软件.该系统的最大创新点是加入了FUTABA遥控设备以及PWM(Pulse Width Modulation)/RS-422的信号转换模块,从而将飞行员的视觉感受及操纵输出接入到仿真回路中,实现了在全遥控、半自主和自主3种模式下的"人在回路"仿真.仿真试验结果表明:"人在回路"的飞行仿真试验可验证控制律的3种模式切换功能以及姿态、航迹控制效果,提高了飞行员对该型飞行器的操纵熟练程度,可以实现在应急情况下直接控制无人飞艇平稳着陆.      

星间链路天线相对姿态的地面模拟

星间链路天线的相对姿态模拟为星间链路的测试验证提供近真实的动态姿态环境,是星间链路系统地面测试的重要组成部分。建立多个坐标系统将两颗卫星天线的位置和姿态联系起来,利用卫星星历将天线的相对姿态表示为一颗卫星天线在另一颗卫星天线坐标系中的方向向量,利用两个二轴转台实现此方向向量,最终通过控制转台的转角模拟卫星天线的相对姿态变化。同时计算天线波束的方向,分析了两颗卫星的可见性。天线相对姿态的模拟为星间链路的建立和保持提供动态测试环境。     

FY-3D 中分辨率成像仪图像地理定位误差来源分析

以风云三号D星（FY-3D）中分辨率成像仪（MERSI）的图像地理定位为背景，针对现阶段FY-3D图像与海岸线匹配时误差表现为周期性振荡的现象，从卫星轨道和姿态控制的角度出发，分析了当前卫星运行策略对图像地理定位精度的影响。首先，建立了当前FY-3D卫星动力学模型和成像模型；然后，以FY-3D/MERSI真实遥感图像为基础，分析姿轨控分系统对遥感图像周期性定位造成的误差；最后，通过对比数值仿真结果与真实图像数据，对来自姿轨控分系统的图像定位误差来源进行了验证。研究表明，姿轨控分系统的轨道、姿态预报误差以及载荷安装误差都会导致成像基准产生偏差，进而使图像的地理定位误差呈现周期性振荡现象。