基于DSPN的航天测控系统任务可靠性仿真建模

提出了基于确定与随机Petri网（deterministic and stochastic Petri nets,DSPN）的航天测控系统（tracking,telemetry and command,TT&C）任务可靠性定量分析方法,旨在对相关航天测控方案进行可靠性预计.通过对TT&C系统任务剖面进行时序弧段划分,考虑实际系统中测控单元阶段依赖、单元故障可修以及各单元参与任务起止时间不同等其他建模方法难以处理的复杂因素,建立了“单元层-系统逻辑层-阶段层”3层相互关联的TT&C系统任务可靠性DSPN模型.通过对模型仿真运行,实现了对给定测控方案下TT&C系统任务可靠性定量化评估.分析表明:仿真结果随着仿真次数增加逐渐收敛,与Markov解析方法求得的精确值对比误差控制在1%以内.      

多阶段任务系统通用可靠性仿真模型

归纳了当前多阶段任务系统(PMS,Phased Mission Systems)可靠性建模的基本假设,指出了解析模型描述和求解能力的不足以及仿真模型存在的难以转换的缺点.应用着色Petri网(CPN,Colored Petri Net) Tools建立PMS的多层通用仿真模型:顶层控制模型将PMS各阶段的故障树参数化,作为CPN通用仿真模型的输入;单阶段处理模型根据顶层控制模型的输入判别该阶段顶事件是否发生;底事件处理模型通过比较随机数和故障发生概率的大小产生故障.通用仿真模型可以保持模型结构的稳定,同时又简化了仿真模型的生成.案例对比了CPN仿真模型与二元决策图(BDD,Binary Decision Diagrams)算法的可靠性计算结果,证明了模型的正确性;具有动态变化参数的PMS仿真则说明了模型的适用性.      

月尘环境效应及地面模拟技术

介绍了月球尘的特点及其对探月活动的影响。在分析月球尘环境及其对月面探测器污染、磨损、阻塞、静电效应的基础上,对月球尘环境模拟技术、月球尘扬尘及其运动学和动力学规律、月球尘效应防护及试验评价方法等研究方向和重点提出了一些初步看法。针对研究内容的需求,梳理出一台完整的月球尘地面模拟试验设备应具备真空、温度、太阳风、太阳紫外、月球尘、月面电场、月面磁场等环境因素。在此基础上,设计了一种月球尘地面模拟试验装置方案,并对月球尘环境效应试验方法进行了初步讨论。为月球探测后期任务条件保障建设及相关研究工作提供参考。     

深空样品密封技术综述

文章首先介绍了美国"阿波罗"计划中月球样品密封所使用的密封结构与材料,以及火星采样返回任务中对样品密封的技术方案和研究情况。然后,针对我国探月工程三期的样品密封要求,分析了多种密封材料和结构,包括铟银合金作为软金属用于刀口挤压的密封结构、自动钎焊密封装置和爆炸焊接密封装置;同时,简单地介绍了目前国内深空样品密封技术研究与试验工作。最后,针对上述密封结构和密封材料,结合我国探月工程的要求,提出了优化研究方向。这些跟踪研究结果可为我国深空样品密封技术的发展提供参考。     

用于火星探测的电子分析器定标

用于火星探测的电子分析器采用了带偏转板的同轴圆柱形静电分析器, 该传感器方案在满足性能指标的同时实现了小型化. 利用法国空间辐射研究中心(CESR)的电子源, 对电子分析器两个传感器通道的静电分析器因子、能量分辨率、偏转板偏转因子、 方位角分辨率和极角分辨率进行了定标. 给出了上述参数的定标结果, 并对结果进行了分析. 结果表明,仪器的能量范围、能量分辨率、方位角视场及角度分辨率等参数均优于指标要求. 定标结果为电子分析器在轨数据处理和分析以及在轨运行参数设置提供了依据.      

深空探测器被动式高精度多普勒测量方法与应用

针对深空探测器的单程多普勒测量需求,研究了被动式高精度多普勒测量方法及其实现技术。该方法基于探测器测控信标残留载波等点频信号和VLBI测站高精度氢原子钟频标,构造出与实际接收信号频率接近的参考信号;再通过本地相关处理,完成高精度开环多普勒测量。其特色在于完全不需要精确的先验轨道模型。所开发的专用被动式多普勒测量设备,在国内第一次成功用于欧空局环火星探测器“MEX”的多普勒测定轨试验。探测器X频段信号5s积分的单程多普勒测量精度达到 0.2mm/s ,与欧空局测量水平相当。采用该多普勒测量数据的MEX定轨结果与欧空局精密轨道在数百米至千米量级一致。     

月球精确软着陆最优标称轨迹在轨制导方法

为实现在月球表面期望的着陆点进行精确软着陆（PPL）,且满足燃耗最优性要求,基于提出的LIDAR目标点在轨自主选定的月球精确软着陆方案,对月球PPL最优标称轨迹在轨快速规划制导方法进行研究。首先针对月球PPL三维球体非线性轨道动力学模型,采用Legendre Gauss Lobatto伪光谱方法将轨迹优化的最优控制问题转化为非线性规划问题（NLP）,再利用SQP优化算法求解月球PPL最优标称轨迹,最后通过遗传算法对优化结果进行验证,并提出应用遗传算法提供SQP在轨规划初值数据库的方案。仿真结果表明了最优标称轨迹在轨规划方法的快速性和有效性。     

激光雷达系统在大尺寸地形扫描中的应用

为了获取模拟月面的三维地形数据,采用激光雷达系统进行专项试验场地形测量。文章分析了激光雷达系统的测量站点布局规划和位置参数设置对大尺寸地形扫描测量的影响,重点研究了激光雷达在景深条件限制下为实现最大扫描面积的有效扫描高度和扫描宽度设置。研究结果可为深空大范围扫描测量深入研究提供一定的参考。     

发动机羽流作用下的实时月尘运动仿真

月尘运动是月球探测器软着陆过程中不可或缺的重要环节,针对发动机羽流作用下月尘运动真实感不强和月尘颗粒运动模型过于简单的问题,提出了一种逼真的实时月尘运动仿真方法.通过计算流体动力学(CFD, Computational Fluid Dynamics)和二次谢别德插值(Quadratic Shepard)方法,分析和计算单个月尘颗粒的运动学模型,得到一定初始条件下粒子运动的二维轨迹曲线;通过分析粒子的数量、初始位置、初始速度、生命周期等参数对粒子运动学的影响和变化规律,抽象出月尘系统的粒子集;建立基于月尘粒子集的月尘运动模型.实验结果显示:该运动模型逼真的模拟了发动机羽流作用下月尘腾起、飞溅、弥漫、消散等运动过程,视觉真实感和实时性能良好,对研究真空环境中的月尘运动及月球软着陆等相关领域具有一定的参考意义.目前该方法已应用于北航虚拟现实国家重点实验室月球软着陆仿真系统.     

自适应增量 Kalman 滤波方法

提出自适应增量Kalman滤波(AIKF)的概念和定义,建立自适应增量Kalman滤波模型及其分析方法,给出主要的计算步骤.传统自适应Kalman滤波(AKF)方法能够对事先未知的系统噪声和量测噪声的统计量进行有效的估计.但是,传统自适应Kalman滤波方法也无法对由于环境因素(如深空探测)的影响、测量设备的不稳定性等原因产生的未知时变测量系统误差进行补偿和校正,从而产生较大的滤波误差,甚至导致发散.提出的自适应增量Kalman滤波方法不但能够对系统噪声和量测噪声的统计量进行估计,而且还能成功消除这种测量系统误差,有效地提高滤波精度.该方法计算简单,便于工程应用.