大载荷摆动情况下飞行器姿态控制研究(英文)

天文观测卫星的主敏感器安装在一个具有二自由度、并直接与卫星平台相连的万向支架上。因敏感器的质量和长度不能忽略,故卫星姿态及其质心位置、转动惯量等结构参数将因敏感器与卫星间的角运动而发生改变,因此大载荷摆动情况下的飞行器姿态控制是本文研究的重点。本文根据动量矩定理推导出了存在内部相对运动的二刚体动力学模型,卫星系统的转动惯量将由该模型确定。由卫星的当前及其期望姿态四元数,构建出描述卫星姿态偏差的拟欧拉角;对拟欧拉角进行规范化处理,以保证三通道所对应的拟欧拉角分量分别由控制力矩的3个分量所控制。之后,提出了基于拟欧拉角的姿态开关控制律,该控制律可保证三通道所对应的相轨迹可沿开关线滑向坐标原点(其期望状态)。仿真结果表明,即使是在结构不对称和三通道严重耦合的情况下,该控制律也能保证卫星姿态可以得到较好的控制。     

访问多个特定相对位置的航天器轨道设计

在航天器轨道设计问题中,将惯性空间中经典的吉布斯三矢量定轨方法拓展到相对运动空间中,给出了一种相对运动条件下的三矢量定轨方法。针对已知轨道的目标航天器,以及二个或三个给定的空间相对位置,基于相对运动方程,提出了设计跟随航天器飞行轨道的数值方法。以轨道面共面或异面,以及目标航天器轨道形状为椭圆或圆,将问题分为四种情况进行约束条件和自由变量个数的分析讨论。对于自由变量个数多于约束方程的情况,额外给定周期重访约束,将各种情况下的特定相对位置访问问题转化为一至二维的非线性方程(组)求解问题。对一维方程求解采用分段黄金分割+割线法进行快速求解;对二维方程组通过网格法搜索迭代初值并通过牛顿迭代快速求解。进一步基于线性模型的解,采用微分修正方法求解了各情况下J2摄动模型下的结果。数值算例验证了提出方法的正确性及有效性。     

牵连运动为转动时动点加速度求解的研究

本文通过分析和实例，论证了动参考系为转动时的大部分加速度问题可以不计算科氏加速度而采用较简单的基点法求解。     

安装角度对内埋式导弹分离特性的影响

基于弹簧变形理论和局部重构的非结构动网格技术,采用有限体积法求解ALE描述下的三维非定常Euler方程,并耦合刚体六自由度运动方程,模拟了超声速条件下三种不同安装状态导弹从弹舱中弹射分离的过程,分析了导弹质心相对位移以及姿态变化情况,发现增大初始安装角度能够改善导弹在超声速环境下的分离特性。     

空间飞行器追踪目标运动轨迹求解的再生核方法

给出了在惯性坐标系下两飞行器相对运动动力学方程近似模型的再生核方法.该近似模型适于研究两飞行器做相对运动距离不是很大的圆轨道或近似圆轨道,且控制系统采用陀螺惯性平台的情况,因为此时的近似模型没有解析解,需用数值方法求解.提出的再生核解法是以函数项级数形式表达的,其优点是级数项每增加一项,误差在Sobolev范数意义下单调下降,且该方法易于编程,很适用于在计算机上实施.在数值实验里验证了所提方法的有效性,并显示了再生核解法比常用的数值积分法求解该类方程解的精度高.     

Elliptical formation control based on relative orbit elements

A new set of relative orbit elements（ROEs）is used to derive a new elliptical formation flying model.In-plane and out-of-plane motions can be completely decoupled,which benefts elliptical formation design.The inverse transformation of the state transition matrix is derived to study the relative orbit control strategy.Impulsive feedback control laws are developed for both in-plane and out-of-plane relative motions.Control of in-plane and out-of-plane relative motions can be completely decoupled using the ROE-based feedback control law.A tangential impulsive control method is proposed to study the relationship of fuel consumption and maneuvering positions.An optimal analytical along-track impulsive control strategy is then derived.Different typical orbit maneuvers,including formation establishment,reconfguration,long-distance maneuvers,and formation keeping,are taken as examples to demonstrate the performance of the proposed control laws.The effects of relative measurement errors are also considered to validate the high accuracy of the proposed control method.     

一种对运动辐射源实施单站被动定位的方法

对相对运动辐射源实施单站被动定位是一个重要的课题 ,有极广泛地应用前景。提出了一种新方法 ,并对其进行了理论探讨。该方法可单站被动测定辐射源的工作频率、运动速度和航向以及相对距离和相对方向 (可实现瞬时测向 ) ,并应用于任何波辐射 (从声波、电磁波到光波 )的场合。测量系统结构简单、易于实现     

单通道红外防空导弹图像解耦方法研究

针对单通道防空导弹导引头图像的弹旋解耦问题，提出采用图像解析算法进行弹旋软解耦的方法，可以使弹旋解耦不依赖于通常采用的陀螺等硬件装置。通过建立导弹与目标相对运动空间模型和成像模型，得出了耦合和解耦构成可逆过程的结论，图像解析算法建立在互逆结论的基础上，将导弹旋转角速度的估计分为近似估计和精确补偿两个过程，并设计了角速度实时跟踪的解耦流程。仿真实验表明，图像解析算法进行弹旋解耦具有速度快，精度高等优点，其时延小于0．02s，误差小于0．005r／s，并有效的节约了解耦成本。     

航天飞行器相对运动动力学及其控制方法

采用本地轨道从标系对两邻飞船间相对运动动力学展开研究，指出在相对运动中也存在平衡状态，用相平面方法分析了其稳定性，基于此分析，综合出相对运动控制方法，即距离速率控制方法，受控运动轨迹是一条稳定的稳态直线，进而建立了全方位距离速率控制方法。最后以系绳卫星系统和飞船安全为例完成了计算机模拟。