附着小天体的最优制导控制方法

以小天体伴飞附着任务为工程背景,针对探测器在小天体复杂弱引力场条件下附着这一难题,研究了最优制导控制策略。首先,考虑在小天体极区实施附着任务,建立并简化动力学模型,给出约束条件和基于时间-燃耗最优的混合性能指标要求。然后,采用相平面法设计了最优制导律,利用极限环设计最优开关控制律;同时,采用高斯伪谱法把附着小天体的最优制导问题转化成非线性规划问题,利用Matlab/GPOPS优化工具包求取最优数值解。最后,加入已有的基于矢量测量的自主光学导航模块构建GNC仿真回路,对两种最优制导控制策略进行仿真验证。结果表明:两种制导控制策略都能满足任务要求,但基于相平面法得到的最优制导控制具有一定风险,而基于高斯伪谱法得到的最优制导控制精度更高、燃耗更少,适于工程应用。     

基于微内核的星载实时操作系统设计与实现

当前星载嵌入式实时操作系统将各个功能模块都集成在内核之中,这导致内核庞大,增加了内核出现bug的风险,从而使整个操作系统的可靠性降低.设计并实现了一个基于微内核的星载嵌入式实时操作系统,通过将功能模块以任务方式运行在用户态,任务间通过消息传递机制通讯,以减少内核代码量.最后测试表明设计达到故障隔离的效果.     

基于VxWorks的数据采集与重演软件的图形界面的设计与实现

通过介绍嵌入式实时操作系统VxWorks的图形组件WindML以及应用其开发图形用户界面(GUI)的框架流程,重点阐述了某数据采集设备中采集与重演软件人机界面的需求和使用WindML对其进行设计与实现的过程。     

基于BM3803的1553B总线通信软件设计

在某卫星地面检测设备中使用BM3803处理器来模拟卫星中的总线控制端对远程终端进行检测,构建了比传统的Windows+1553B_PCI板卡方案实时性更强的卫星数据仿真平台。首先向BM3803移植了实时操作系统μC/OS II,设计了适用于BM3803的板级支持包,保证了软件的可在轨更新和任务的实时性,确定了用户任务与硬件高度分离的软件结构。在设计μC/OS II的用户任务时,充分利用BM3803和B61580的校验功能,提高了软件的可靠性。最后令本设计和Windows+1553B_PCI板卡方案完成相同的用户任务,对比可得本设计有更好的实时性,可满足卫星高层通信协议对实时性的要求。     

雷达技术在小天体任务中的应用研究

在小天体任务中,雷达技术可用于浅表层探测和全球内部结构探测。总结了国内外雷达技术在天体探测任务中的应用现状,分析了单站和双站雷达系统的不同应用场景,对比了单站雷达中的轨道器雷达、表面巡视器雷达的不同特点。在此基础上,研究了小天体的可能结构、可能物质,介绍了单站、双站雷达的基本工作原理,提出了针对不同结构小天体可采用的雷达探测体制。针对尺寸较大的分层结构小天体,可采用单站雷达探测天体的浅表层,获取表层和浅表层的介电常数以及表层的深度;对于尺寸较小的碎石堆结构小天体,可采用双站雷达观测天体透射波,获取天体的介电常数和全球内部结构。最后通过仿真实验,验证了双站雷达对于探测碎石堆状小行星全球内部结构的有效性。     

小天体探测任务统计与分析

正截至2016年底,世界各国针对月球以远的太阳系天体共开展过244次探测活动,其中专门的小天体探测任务为14次,仅次于月球(114次)、火星(43次)和金星(41次)探测任务。此外,包括"国际彗星探测者"(ICE)、"维加"(Vega)、"伽利略"(Galileo)在内的8次其他天体探测任务在扩展任务阶段和飞行过程中也对小天体进行了飞越探测,称为扩展小天体探测任务。这22次任务针对不同的小天体进行了探测,实现     

月球表面巡视探测GNC技术

嫦娥三号巡视器是中国首个地外天体表面巡视探测器, 其制导、导航及控制 (GNC)技术与地球卫星等航天器完全不同. 探测器实现月表巡视探测需要在地 外天体表面确定自身位置、航向及姿态, 识别周围地形环境并寻找安全路径, 控制巡视器沿规划路径安全行驶等. 本文针对嫦娥三号巡视器月面巡视对GNC系统的 任务要求及工作性能, 对月面自主导航定姿定位、协调运动控制、环境感知、 路径规划、激光探测避障以及地面试验等重要技术环节进行了分析, 研究月面制 导、导航与控制特性并进行实验验证, 进而对巡视器GNC技术进行了模拟仿真.      

石油赛伯数据采集仿真系统的实时性解决方案

为了保留石油工业赛伯(Cyber)数据采集系统的软硬件成果,在现代的高性能硬件平台上采用软件仿真的方法构造了一个仿真系统,以独立硬件设备模块为单位对实际系统进行建模,形成了以指令集仿真器为核心,通信总线仿真模块为桥梁,连接各个设备仿真模块的仿真系统.为了满足仿真系统的期限,从系统平均性能要求和最坏性能要求两个方面对实时性能需求进行了详细的分析,提取出影响系统实时性的性能参数,根据这些性能参数的要求提出了一个实时性解决方案,解决了仿真系统与实际的数据采集设备之间的实时通信问题,协同完成了数据采集任务,在此基础上给出了一个基于RTLinux(Real-Time Linux)实时操作系统的原型系统.      

星载GNC技术现状及发展浅析

<正>星载制导、导航与控制(GNC)技术是指为了实现特定目标而对航天器进行的一系列的轨道规划、轨道机动和姿轨联合控制。星载GNC系统是卫星系统的重要组成部分,是进行任何航天任务必不可少的先决条件。其中,导航定义为测定航天器的位置和速度,并且计算出达到期望位置和速度的相关调整量;制导与控制定义为通过对航天器进行控制,以保持航天器满足所需的指向精度要求,同时,在必要时,还要进行跟踪导航计算。     

小天体表面采样技术综述

小天体是人类了解太阳系起源演变的重要载体,承载着丰富的科学信息。同时小天体含有丰富的贵金属及稀有元素,具有巨大的利用价值,对小天体进行采样探测具有重要的科学与工程意义。通过调研小天体表面特性以及国外小天体采样技术研究现状与成果,总结了小天体环境对采样探测的特殊要求,归纳了小天体表面采样探测具有低反作用力、轻量化、小型化、低能耗化,需适应附着与接触探测模式等特点,提出了对小天体采样探测的技术需求,为小天体采样探测技术深入研究提供支撑。     

Impacting small Near Earth Objects

The design of a low-cost spacecraft to impact on a small, faint Near Earth Object (NEO), poses major challenges. This paper focuses on the terminal phase of such impact mission, analyzing the capability of autonomous Guidance, Navigation and Control (GNC) systems to compensate the deviations in the impact point to achieve a successful collision. The autonomous GNC system employs the information of the optical sensors to estimate the parameters allowing the computation of divert maneuvers to achieve the impact. GMV has developed a simulator, with different levels of sophistication, and a set of different GNC algorithms to help in the design process. This tool is used for different purposes such as: dimensioning the sensors and actuators, verifying mission requirements, computing figures of merit of different SC configurations and evaluating GNC performances. Four GNC algorithms are compared: low-thrust proportional navigation using a fading memory filter, high-thrust predictive guidance using either a Kalman filter or a batch-sequential least-squares filter, and a mid-thrust hybrid predictive-proportional guidance using a fading memory filter. Monte Carlo analysis using global-performances models of the optical sensors for each of these GNC algorithms are presented for two different asteroids (1989 ML and 2002 AT4), showing the mission parameters driving the mission performances. In addition, single-runs with high-fidelity optical sensors models are presented to validate the Monte Carlo simulations.     

嫦娥五号探测器GNC系统设计

为实现我国首次月球样品无人采样返回任务，设计了嫦娥五号(Chang’E 5)探测器制导、导航与控制(GNC)系统.根据任务要求和探测器特点，GNC系统设计分为轨道器GNC子系统、返回器GNC子系统和着上组合体GNC子系统.给出了嫦娥五号探测器GNC系统的架构设计、工作模式以及在轨飞行结果.结果表明，GNC系统设计正确，成功完成了动力下降、起飞上升、交会对接、返回再入等关键动作，实现了月球表面起飞上升、月球轨道交会对接以及携带月壤以近第二宇宙速度二次再入返回的三项首次任务，各项功能性能满足任务要求.     

基于路由转发技术的GNC系统驱动控制方法

为满足火星探测任务自主管理需求和高可靠性的要求，设计了一种深空探测用空间探测器GNC系统自闭环的驱动控制方法，采用路由转发技术，实现对GNC系统中的各单机配电控制、实时数据采集与传输以及阀门驱动的控制。相比于传统的驱动控制方式，本方法能够有效减轻GNC计算机端的资源消耗，增强GNC系统的自闭环性，并减少系统装置间的电缆连接复杂度。     

Preliminary mission profile of Hera’s Milani CubeSat

CubeSats offer a flexible and low-cost option to increase the scientific and technological return of small-body exploration missions. ESA’s Hera mission, the European component of the Asteroid Impact and Deflection Assessment (AIDA) international collaboration, plans on deploying two CubeSats in the proximity of binary system 65803 Didymos, after arrival in 2027. In this work, we discuss the feasibility and preliminary mission profile of Hera’s Milani CubeSat. The CubeSat mission is designed to achieve both scientific and technological objectives. We identify the design challenges and discuss design criteria to find suitable solutions in terms of mission analysis, operational trajectories, and Guidance, Navigation, & Control (GNC) design. We present initial trajectories and GNC baseline, as a result of trade-off analyses. We assess the feasibility of the Milani CubeSat mission and provide a preliminary solution to cover the operational mission profile of Milani in the close-proximity of Didymos system.     

“实践五号”卫星星务管理系统

中国在“实践五号” (SJ- 5)卫星上首次应用并通过考验的星务管理系统 ,是实现卫星运行管理、自主控制、信息传送以及星地大回路操作的综合自动化系统。它是由计算机网络来协调、控制星上各种功能部件的相互联系 ,完成包括信息流、动作流、能量流的动态作业所形成的一种星载柔性服务系统。它具备有如下主要技术创新点 :构成整星多级控制 ;引入内嵌式管理执行单元 ;星上现场网络技术 ;构造硬件和软件的封装技术 ;利用商用实时多任务操作系统 ;兼容型分包遥测技术 ;复合型遥控和遥操作实现技术 ;信息多路径的冗余备份和系统重构技术 ;测试床技术 ;分级整体辐射加固技术。星务系统的应用既提高了整星自治能力 ,自动化和智能化水平 ,又分散了整星失误风险。从而 ,提高了整星级可靠性和运行功能的有效性。     

火星科学实验室着陆系统全过程GNC技术分析

基于经典火星探测任务的数据对比,以美国最近实施的火星着陆探测器"火星科学实验室"为例,对着陆全过程的导航、制导与控制(Guidance Navigation Control,GNC)系统情况进行了深入的分析和研究,对其中的关键技术进行了系统阐述。基于目前技术和发展方向,总结了典型的探测器着陆方式的研究现状,并对未来火星探测着陆段提出展望。可为中国火星以及其他行星的探测任务方案的设计与论证提供参考。     

火星精确定点着陆多信息融合自主导航与控制方法研究

针对火星定点采样、载人登陆和基地构建等任务的需求,提出了一种火星精确定点着陆多信息融合自主导航与控制(Guidance Navigation and Control,GNC)方案。针对大气进入前的高精度导航需求,提出了基于X射线脉冲星和火星表面陆标图像的融合自主导航方法;针对火星着陆探测进入、下降和着陆(Entry,Descent and Landing,EDL)过程的高精度绝对和相对导航需求,提出了基于陆标图像、IMU(Inertial Measurement Unit)和测距测速信息的多信息融合自主导航方法;针对精确定点着陆要求,设计了大气进入和动力下降过程的制导与控制算法。数学仿真结果表明,提出的方案能够实现高精度的定点着陆(精度100 m)和相对避障(精度为0.5 m),可满足任务需求。