卫星姿轨控系统故障推演系统设计架构

研究了目前的卫星姿态轨道控制系统,针对其故障预测、诊断及对策提出了一套故障推演系统设计方案.该方案由故障动态注入系统、动态模拟系统、数据归档显示处理系统组成,完成了对在轨卫星的电性接口一致性仿真,通过计算仿真遥测数据与真实遥测数据的相关量获得异常指标,得出可能出现的故障模式;通过软故障、硬故障和真实部件故障注入方式复现...     

卫星集群概念研究

卫星星座的核心特征是扩展覆盖,卫星编队飞行的核心特征是扩展基线,这些相关概念都已找到其突出优势的应用。模块化分离卫星的重点落在了卫星上,容易引起＂为什么用一群卫星取代一颗卫星＂的质疑,对认识集群技术、寻找其有突出优势的应用有误导作用。文章提出了卫星集群的概念,指出集群的组成是个性化的卫星而不是卫星分系统这一事实,重点应落在集群上;提出了卫星集群的核心特征是卫星之间的集群关系,包括信息、物质和能量等的自组织交换;提出了集群关系、个性化特征和进化能力是卫星集群的三个社会化基本特征;指出区分一颗卫星是否属于卫星集群的标准是看该卫星是否具有社会化特征;比对人类社会个体间相互联系,预测和分析了卫星集群的社会层次关系;指出卫星集群族级应用是突破口,为寻找卫星集群相对于单颗卫星具有突出优势的典型应用指出了思路和方向。     

基于蚁群算法和Powell法的Lambert转移

研究了两次脉冲时刻均不固定的Lambert轨道转移的优化问题,目标是找到施加两次脉冲的最优时刻,使燃料和转移时间的加权和最小.鉴于传统的优化算法难以获得该优化问题的全局最优解,提出了一种蚁群算法和Powell法相结合的优化算法,给出了算法的设计步骤.该算法结合了蚁群算法的全局搜索能力和Powell法的局部寻优能力,在保证全局搜索能力的同时,提高了算法的局部寻优能力和精度,减少了寻优时间.通过两个算例验证了这种结合的有效性和准确性.     

电磁卫星编队位置跟踪滑模变结构控制

电磁卫星编队位置跟踪是存在输入延时和扰动不确定的控制问题,以卫星相对运动CW方程作为动力学模型,采用前馈加反馈的方式控制编队运动跟踪预定轨迹,前馈控制量由预定轨迹结合CW方程给出,反馈控制采用状态线性变换后的滑模变结构控制律.证明了滑模切换面可达以及滑模面上的运动与不确定扰动无关.数值仿真表明考虑时滞的控制相比未考虑时滞的控制,位置跟踪精度有所提高.     

基于机器学习的卫星姿态控制律设计

传统的优化算法只能针对给定控制律的指定参数进行优化.机器学习的方法,不仅进化参数,而且可以按给定准则进化出卫星姿态控制律表达式.建立卫星姿态动力学模型及敏感器和执行机构的原理与误差模型,构成含噪声的单自由度的闭环数字仿真系统.统计一段时间内仿真结果的姿态精度和稳定度作为该控制律的适应度函数.针对姿态控制律选定合适的函数...     

基于自适应UKF的敏感器故障诊断算法

针对非线性系统中敏感器测量过程存在异常干扰和出现仪器故障问题,提出一种基于自适应UKF(Unscented Kalman Filtering)的鲁棒故障诊断算法.算法通过新息特性分析引入自适应矩阵对异常干扰和仪器故障建立系统级抑制和部件级诊断.系统级检测将UKF的新息特性通过自适应函数引入状态预测,修正异常值对状态预测值的影响,达到对异常干扰的鲁棒性.部件级检测将新息特性分解成各部件参数的新息特性,建立各自敏感器的自适应矩阵,通过对自适应矩阵的迹进行判断,检测是否发生故障并隔离故障.仿真结果表明,算法对异常值具有较强的鲁棒性,对测量仪器失效造成的故障能够准确地检测并给出故障大小.算法结构简单,计算量小,对工程应用具有较好的参考价值.      

基于矢量观测的陀螺故障诊断算法

卫星在轨运行期间, 采用反作用轮进行姿态控制及推力器进行位置保持, 星体惯量会发生改变并存在控制力矩. 提出了一种基于运动学方程的矢量观测算法应用于陀螺故障诊断, 采用广义罗德里格参数描述卫星姿态, 避免了四元数在计算过程中出现模值不为一的情况; 计算过程中采用四元数进行姿态运动学计算, 避免了广义罗格里德参数复杂的积分运算. 针对陀螺突变和缓变两种故障, 分别在角速度幅值变化很小和幅值缓慢减小两类情况下进行仿真. 仿真结果表明, 该算法可有效估计星体角速度, 在上述两类情况下均能准确地对突变和缓变故障进行诊断, 不受星体惯量变化和控制力矩的影响, 并且计算量较小, 对工程应用具有较好的参考价值.      

航天器与短期空间碎片云碰撞概率算法

讨论了航天器与碎片云碰撞概率的提法,介绍了不同碰撞概率间的转换方法。在航天器轨道和碎片云中心轨道都确定情况下,研究了碰撞概率的一般算法;并根据C-W方程推导了只在短时间内有效的简化碰撞概率算法。最后通过蒙特卡洛法验证了简化算法的正确性。     

利用频谱分析确定空间目标太阳翼定向模式

分析对比了空间目标与可控飞行器轨道确定的不同,论述了太阳翼定向模式的不同对轨道运动特性的影响。通过地面站的测距与测角数据,推算出测量数据的地心距频谱。假定一种太阳翼定向模式,利用测量数据进行轨道确定,利用定轨数据计算地心距频谱并与测量数据的频谱比对,由此可确定太阳翼定向模式。利用数值仿真对近地太阳同步轨道和地球静止轨道两种情况进行了验证,仿真结果表明该思路和方法是有效的。     

磁力矩器的刚度控制技术及应用

使用磁力矩器控制俯仰轴带有偏置动量的卫星的姿态时,沿地磁场方向的控制力矩无法保证.刚度控制策略利用磁力矩器产生控制力矩,加速动量矩矢量绕轨道法线方向的旋转速度,使进动控制方向更快的与地磁场方向分离,进入进动控制的有利位置.针对运行在太阳同步轨道的偏置动量卫星,推导了加入刚度控制项后,其俯仰轴磁矩的表达式.利用蚁群算法ACA(Ant Colony Algorithm)对磁力矩器控制策略中进动反馈系数,章动反馈系数,刚度反馈系数3个反馈系数及相关的3个系数进行了寻优,利用优化的结果进行仿真实验.通过比较刚度控制策略和经典控制策略的仿真试验结果,证明在长期外部干扰力矩下,采用刚度控制可以改善进动控制效率,提高姿态控制精度.