小卫星非常规动力学分析与控制

针对小卫星研制中出现的一些非常规动力学问题进行研究,并提出解决办法。针对小卫星组件最大冲击谱量级超出常规冲击试验规范谱的分析与验证困难,通过研究提出了能够分析评估组件高量级冲击的方法。针对小卫星随机振动下强度设计方法还存在较大误差,分析了系统模态质量比与模态频率在一定频段的影响规律,认为忽略模态质量耦合会带来误差,提出了考虑模态质量耦合的准静态载荷计算方法。最后,针对小卫星整星开展了减振研究,分析了正弦和随机减振效果,对于对称安装减振系统,提出了减振系统的主频率计算公式。     

45°(N)纬度带的Klobuchar like电离层延迟季节修正模型与评估

电离层延迟是全球卫星导航系统（GNSS）的主要误差源之一。对于装配GNSS单频接收机的航空器,选择简单有效的Klobuchar广播电离层模型来改正电离层延迟误差,其修正率为50%～60%。针对45°（N）纬度带,提出了更高电离层修正需求。考虑到季节因素对中高纬度地区电离层的显著影响,利用GIMs（Global Ionospheric Maps）分析了昼夜中TEC（Total Electron Content）的峰值和谷值随季节（年积日）的变化,建立了一种适用于45°（N）纬度带的Klobuchar like电离层模型。该模型不增加广播模型系数,新模型的夜间和VTEC高峰时电离层修正率分别达到了82%和80%,表明在穿刺点集中的45°(N)纬度地区使用该模型可以更精确地描述该地区的电离层,帮助航空器实现更高精度的定位。     

考虑几何非线性的气动弹性模型缩比方法

随着飞机性能和需求的提高,大展弦比高柔性机翼逐渐成为新型飞机的主要结构形式。这类机翼具有高升阻比、大变形和重量轻等特性,几何非线性效应明显。然而机翼的大展弦比高柔性会带来更大的机翼变形,而机翼大变形则会引起相关的非线性气动弹性行为。为了评估这些非线性气动弹性行为并同时降低设计风险和成本,一般要使用缩比模型进行风洞试验以研究和确认真实飞机的气动弹性特性。基于此,首先使用了传统线性缩比方法来进行缩比,通过刚度质量耦合匹配模态响应法与刚度质量解耦匹配模态响应法这2种线性缩比方法,不断优化缩比结构的设计参数来满足目标缩比值。同时,提出一种动力学有限元模型的非线性静响应-模态协同优化方法,该方法是基于等效静态载荷法的几何非线性气动弹性模型缩比方法,通过2个不同的优化子程序分别匹配全尺寸飞机的非线性静响应和模态振型。结果表明,相比于传统线性缩比模型,考虑几何非线性的缩比模型能够更好地再现全尺寸飞机的非线性气动弹性行为。      

考虑多因素的可修系统任务可靠性分配方法

在实际工程中,系统常常是由串联、并联、旁联和表决等模型混合而成的复杂可修系统,目前此类系统的可靠性分配方法多采用等分分配等方法,得到的分配结果往往误差较大。本文提出了一种考虑维修、故障逻辑等多因素影响的可修系统任务可靠性分配方法。该方法以系统故障率为待分配指标,首先对包含维修影响的故障率进行转换,然后利用考虑故障逻辑的评分分配法进行分配,最后通过备件系数进行修正,获得分配结果。新方法能够为在实际工程中可修系统的任务可靠性分配提供一种简便易行的方法。      

基于双层K近邻算法航站楼短时客流量预测

航站楼离港客流量在短时期内呈现准周期性规律变化,易受航班计划、天气等多种因素影响,表现出复杂的非线性特点。为了实现航站楼短时客流量的准确预测,在传统K近邻（KNN）算法基础上增加了航班计划状态模式匹配方法,以航班计划包含的多维属性作为特征选取相似历史运营日作为预测基准向量,建立基于航站楼短时客流量预测的双层K近邻模型。通过实例分析,与ARIMA模型和传统K近邻模型等进行比较,证明双层K近邻模型预测误差更小,精度更高,模型拟合度相对传统K近邻模型提高了8%~10%,为航站楼短时客流量精确预测提供了一种新的解决思路。      

J2轨道模型对月地激光通信预瞄准精度影响研究

基于J_2轨道预测模型,设计了不同倾角和轨道高度圆轨道月球卫星,通过将J_2轨道预测模型预瞄准仿真结果与直接积分RKF7(8)法仿真结果相对比,研究了不同类型月球卫星轨道对-Y面卫星舱板激光通信终端瞄准精度的影响。仿真结果表明,J_2轨道预测模型可以满足月球极地卫星月地激光通信要求,当轨道高度为1 000 km和2 000 km的时候,10 min方位角偏差不超过40μrad,而俯仰角偏差仅为7μrad时,在一定程度上J2轨道预测模型可以满足月地激光通信预瞄准要求。     

基于星体边缘和轨道投影的光学自主导航算法

针对光学导航中存在的通过星体（球体）图像部分边缘点拟合椭圆参数计算轨道参数产生中间误差的问题,提出利用边缘点映射轨道参数的直接投影模型,避免拟合椭圆参数的方法。在小孔成像模型基础上,建立了边缘点与轨道参数的直接投影数学模型,对其映射过程进行了理论推导,利用列文伯格-马夸尔特迭代算法进行求解轨道参数。用实际探测器以及镜头参数进行数值仿真验证,结果表明：该方法在相同边缘点的条件下,轨道精度可以达到5‰。与传统方法相比,这种方法避免了椭圆的拟合过程,减少了引入中间误差过程。     

蜂窝状薄壁管拉伸时的内陷分析

蜂窝材料因具备广阔的结构设计空间,已广泛应用于航空航天等工业领域。探索蜂窝元胞的组织结构、组分性质与材料整体性能之间的关系有助于新型功能性材料的设计开发。本文从非平面Vertex模型的势能形式出发,结合蜂窝薄壁圆管拉伸时的轴对称特征,通过变分法得到了圆管拉伸时母线满足的控制方程,揭示了边界效应是蜂窝状薄壁圆管受拉时产生内陷的原因,并结合母线控制方程的若干特解,考察了非平面Vertex模型势能形式中包含的材料性质参数与圆管拉伸后内陷程度及范围的关系。研究还指出,蜂窝材料的材料性质包含在非平面Vertex模型的势能形式中,为蜂窝状材料整体性能的研究提供了一种新的思路。     

增广误差模型算法在目标跟踪中的应用

针对目标机动运行过程中,滤波模型与机动状态模型失配的问题,提出了一种新的增广状态误差滤波模型。不同于现有增广方案,该模型从模型失配所致状态滤波误差的角度出发,将状态估计误差增广为一状态量,通过滤波估计后用其校正原状态量。算法分析表明,该增广滤波模型具有自适应调节多重渐消因子的等效特性,增强了对目标的跟踪能力。基于该增广状态误差滤波模型,给出了滤波算法设计并进行了仿真实验。实验结果表明,基于该模型的滤波算法在对机动目标进行跟踪时具有更强的鲁棒性。     

The adjusted optical properties for Galileo/BeiDou-2/QZS-1 satellites and initial results on BeiDou-3e and QZS-2 satellites

Solar Radiation Pressure (SRP) is the dominant non-gravitational perturbation for GNSS (Global Navigation Satellite System) satellites. In the absence of precise surface models, the Empirical CODE Orbit Models (ECOM, ECOM2) are widely used in GNSS satellite orbit determination. Based on previous studies, the use of an a priori box-wing model enhances the ECOM model, especially if the spacecraft is a stretched body satellite. However, so far not all the GNSS system providers have published their metadata. To ensure a precise use of the a priori box-wing model, we estimate the optical parameters of all the Galileo, BeiDou-2, and QZS-1 (Quasi Zenith Satellite System) satellites based on the physical processes from SRP to acceleration. Validation using orbit prediction proves that the adjusted parameters of Galileo and QZS-1 satellites exhibit almost the same performance as the corresponding published and “best guess” values. Whereas, the estimated parameters of BeiDou-2 satellites demonstrate an improvement of more than 60% over the initial “guess” values. The resulting optical parameters of all the satellites are introduced into an a priori box-wing model, which is jointly used with ECOM and ECOM2 model in the orbit determination. Results show that the pure ECOM2 model exhibits better performance than the pure ECOM model for Galileo, BeiDou-2 GEO and QZS-1 orbits. Combined with the a priori box-wing model the ECOM model (ECOM+BW) results in the best Galileo, BeiDou-2 GEO and QZS-1 orbits. The standard deviation (STD) of satellite laser ranging residuals reduce by about 20% and 5% with respect to the pure ECOM2 model for Galileo and BeiDou-2 GEO orbits, while the reductions are about 40% and 60% for QZS-1 orbits in yaw-steering and orbit-normal mode respectively. BeiDou-2 IGSO and MEO satellite orbits do not benefit much from the a priori box-wing model. In summary, we suggest setting up a unified SRP model of ECOM+BW for Galileo, QZS-1, and BeiDou-2 orbits based on the adjusted metadata. In addition, we estimate the optical parameters of BeiDou-3e and QZS-2 satellites using a limited number of tracking stations. Results regarding the unified SRP model indicate the same advantages, the STD of satellite laser ranging residuals reduces by about 30% and 20% for QZS-2 and BeiDou-3e orbits respectively over orbit products without a priori model. The estimation procedure is effective and easy to apply to the new emerging satellites in the future.