基于VFIFE法的剪式铰结构建模研究

剪式铰杆系结构在宇航领域有着广泛的应用,众多学者进行了深入研究.对剪式铰结构的展开过程分析非常重要,传统的分析方法是采用多体动力学.研究基于向量式有限元法(VFIFE)基本理论,分别建立剪式铰结构的柔性杆模型和刚性杆模型.根据强制几何约束,提出剪式铰结构的刚性杆建模方法,并推导内力计算.对柔性杆建模方法,根据位移一致原则,推导内力计算.根据理论模型,针对某一剪式铰杆系结构,进行展开过程模拟,对展开位置误差、展开时间和展开速度进行分析.研究结果表明,刚性杆和柔性杆模型均能顺利模拟展开过程,二者模型计算结果存在微小的误差.柔性杆模型特征点展开速度小于刚性杆模型展开速度,但柔性杆模型展开时间大于刚性杆模型展开时间.     

一种爬壁机器人的动力学建模

City-Climber是1台爬壁机器人,为研究该机器人的3D路径规划问题,建立了City-Climber在方形房间内运动的运动学模型和动力学模型,该动力学模型包括3个子模型,机器人在地面、墙壁和天花板的运动分别用1个子模型描述.引入无量纲变量分别对3个子模型进行简化,再用Matlab软件对模型进行仿真,验证了动力学模型的正确性.该模型可用于解决City-Climber在3D环境下的路径规划和避障问题.     

基于混合整数线性规划的爬壁机器人路径规划

为研究City-Climber爬壁机器人在3D建筑物环境中的路径规划问题,基于混合整数线性规划(MILP, Mixed Integer Linear Programming),提出了一种适用于City-Climber的路径规划方法.为了用MILP方法解决避障问题,首先用限制机器人控制输入的方法对City-Climber的数学模型进行解耦和线性化,再介绍了用MILP方法对控制输入进行描述的数学表达式,并提出了适用于爬壁机器人的新型代价函数,最后以一个方形房间为运动环境,用AMPL和CPLEX优化软件,以及Matlab软件解算路径规划问题.仿真结果表明:MILP方法较好地解决了City-Climber在3D环境下的路径规划和避障问题.     

复杂热环境下平流层飞艇高空驻留热动力学特性

热问题是平流层飞艇高空驻留期间面临的重点问题之一。分析了太阳辐射、地球反照和红外辐射等热环境因素的时变特征,提出了多节点平流层飞艇热动力学分析模型。该模型可较好地实现平流层飞艇昼夜热动力学特性仿真研究。计算结果表明,季节、纬度和大气对流等因素对平流层飞艇的热动力学特性有着重要影响。     

再入飞行器烧蚀热防护一体化计算方法

针对再入飞行器烧蚀热防护系统烧蚀与瞬态温度耦合响应预测问题,提出了一体化计算方法,为再入飞行器烧蚀热防护设计提供包括气动热、烧蚀后退、瞬态温度响应在内的动态响应预测依据。该方法采用Sutton-Graves和Tauber-Sutton理论计算驻点的对流热流和辐射热流,通过表面能量平衡整合具有较高精度的烧蚀模型,并通过Landau变换简化烧蚀后退带来的节点删除过程并保证空间离散精度,最后求解瞬态有限差分热传导方程获得烧蚀热防护系统的热环境、烧蚀过程和温度响应。通过对比计算碳-碳材料钝头体地球再入过程和酚醛浸渍基碳烧蚀体（PICA）材料电弧风洞烧蚀模拟,对该方法对于不同材料体系的适用性进行了验证。计算结果表明：对于密度较高的碳-碳材料,本文计算结果与经典的热平衡积分法吻合较好,偏差在7%以内;而对于低密度材料（如烧蚀性能对压力高度敏感的PICA材料）,随着热流和压力的增大,预测偏差逐渐增大。所提出的方法实现了气动热、烧蚀、瞬态温度响应耦合过程的一体化计算,在保证精度的前提下实现快速计算分析,为再入飞行器烧蚀热防护设计提供依据。     

日地L2点航天器编队的分布式自主相对导航

为了实现航天器编队在日地L2点轨道的高精度相对导航,设计了一种分布式的自主导航方法。首先通过信息交互形成局部的测量构型,每颗卫星只基于邻居间的测量进行状态估计,降低了状态维数和计算量;然后根据相互估计的结果进行信息融合,提升估计的精度。在此基础上,对仿真结果进行了定量分析,给出了影响最终估计误差的主要因素测距精度、测量点间的基线与导航精度间的经验公式。在数值仿真中,所提方法达到了厘米量级定位精度和毫米每秒的测速精度。仿真结果表明：该方法有效,且对工程应用具有一定的参考价值。     

中国遥感卫星系统灾害监测能力研究

通过研究、归纳中国在气象、海洋、农业、减灾、资源、环境等方面的九类重大自然灾害的监测对空间遥感的应用需求,绘出了九类重大自然灾害在时间分辨率和空间分辨率上的相应分布图;介绍了中国遥感卫星系统的发展现状,绘制其对九类重大自然灾害监测的能力满足度曲线,在此基础上,预测了中国未来遥感卫星系统的灾害监测能力包线应具有的能力,提出了中国未来遥感卫星系统的能力配置及发展建议。     

卫星编队自主相对导航与通信一体化系统探讨

探讨了一种新的卫星编队自主相对导航与通信系统一体化系统设计方案,提出了基于软件无线电的半双工CDMA测量通信一体化系统,实现自主相对导航和星间通信的一体化功能,通信数据和导航测量数据也统一在一个数据帧中传输,不需要独立的星间网络通信系统和增加额外的通信频段进行通信数据传输。系统采用S波段,详细阐述了系统架构和工作原理,分析了系统性能,并进行了仿真验证。     

深空卫星重力测量计划研究综述

地球卫星重力测量计划CHAMP(CHAllenging Minisatellite Payload)、GRACE(Gravity Recovery and Climate Experiment)、GOCE(Gravity field and steady-state Ocean Circulation Explorer)和月球卫星重力测量计划(Gravity Recovery and Interior Laboratory,GRAIL)的成功实施,以及下一代地球重力卫星(GRACE Follow-On)的即将发射昭示着我们将迎来一个前所未有的高精度和高空间分辨的深空卫星重力探测时代。围绕深空卫星重力测量的研究背景、必要性、可行性、卫星重力反演软件平台构建、轨道摄动和未来研究方向开展了研究论证。研究表明:深空卫星重力测量作为新世纪重力探测技术,在精化量体重力场、提高惯性导航精度、天体动力学、天体物理学和军事技术的研究,以及促进国民经济发展和提高社会效益等方面具有广泛的应用前景。     

基于X射线脉冲星导航试验卫星观测数据的到达时间估计

中国首颗X射线脉冲星导航试验卫星（X-ray Pulsar Navigation-1, XPNAV-1）搭载了两种体制的X射线探测器,其主要任务是在轨开展X射线脉冲星的探测以及进行脉冲星导航体制的验证。为了实现到达时间（Time of Arrival,TOA）的高精度估计,提出了利用阵列信号处理领域的多重信号子空间分类（Multiple Signal Classification,MUSIC）方法进行脉冲星导航的TOA估计,进行了试验仿真验证,并且对XPNAV-1观测到的蟹状星云（Crab）脉冲星的光子数据进行处理。在观测时间为协调世界时（Coordinate Universal Time,UTC）57727.0约简儒略日（Modified Julian Day,MJD）到UTC57812.0MJD内,选取了0.5~10keV频段内的121段光子观测数据,对这些数据进行了脉冲轮廓折叠,得到了Crab脉冲星的折叠轮廓,然后分别利用互相关法和MUSIC方法进行折叠轮廓的TOA估计,最后对比了两种方法的估计结果。