基于STK的空间目标可见光散射特性建模与仿真

为给天基光学观测系统的设计和性能研究提供数据支持, 建立了基于STK的天基 探测空间目标等效星等计算模型. 选用双向反射分布函数(BRDF)五参量计算模 型, 分析了空间目标面元的可见光散射特性; 根据目标几何结构尺寸和物性参 量等建立目标几何模型, 对该模型进行面元划分, 推导了空间目标在天基观测 系统入瞳处的等效星等计算公式; 结合卫星工具包(STK)提供的太阳、目标卫 星、观测卫星三者的关系数据, 建立了基于STK的易于求解的目标星等计算模 型, 对此模型进行实例仿真和分析, 并与漫反射计算模型进行比较. 结果表 明BRDF模型得到的辐照度曲线比漫反射模型更曲折且存在峰值现象, 更符合 目标表面材料的实际特性, 此外, 与STK的结合运用, 使其可更加方便快捷地获得目 标最佳观测时段及相应的等效星等.      

动量轮在轨状态可靠性贝叶斯网络建模与评估

卫星动量轮在轨运行环境复杂,并且无失效数据,难以利用传统方法进行可靠性建模与评估。为此,提出一种利用贝叶斯网络融合动量轮各种试验信息及轴温和电流等遥测数据的可靠性建模与评估方法。基于失效分析建立贝叶斯网络拓扑结构,根据试验数据估计网络参数,而后,通过贝叶斯网络的推理得到动量轮可靠度的点估计和区间估计,并利用在轨遥测数据实时评估动量轮可靠性,获得动量轮可靠性变化趋势比较明显的遥测数据取值区间。该方法对动量轮实时状态监控具有一定的理论和实践意义。     

基于力矩输出能力最优的SGCMG操纵律设计

为使SGCMG系统在有效回避奇异的同时能够较精确地输出期望力矩, 设计了一种基于力矩输出能力最优原理的SGCMG联合操纵律. 根据期望力矩矢量及SGCMG力矩输出的几何关系, 提出了新的系统奇异状态指标, 给出使力矩输出能力最优的框架角速度; 引入优化指标, 使得框架转速误差和输出力矩误差的混合二次型最小, 保证在力矩输出能力达到最优的同时也使得输出力矩误差最小. 采用奇异值分解理论证明了联合操纵律在奇异面处不存在框架锁定现象, 能够有效地逃离奇异, 同时分析了所设计操纵律的力矩输出误差. 以金字塔构型SGCMG系统为例, 对所设计的联合操纵律分别进行了恒定力矩仿真和卫星大角度机动仿真. 仿真结果表明, 联合操纵律能够顺利回避角动量奇异面, 不存在奇异鲁棒操纵律存在的框架锁定现象, 且输出力矩误差较非对角奇异鲁棒操纵律小, 能够顺利完成航天器大角度机动任务.      

轻型空间相机桁架结构设计与模态分析

为设计适合轻型高分辨空间相机的桁架结构,研究了模态分析的方法和桁架设计中需要考虑的问题.通过对不同的次镜支撑结构进行模态分析和对比,提出了适用于轻型相机的三翼中心三角次镜支撑结构,并完成了整体桁架结构的设计.有限元分析结果表明,所设计的桁架结构具有固有频率高、质量轻等优点,能够满足轻型空间相机的要求,并可以作为其他大口径空间相机桁架结构的设计参考.      

基于随机阈值的Gauss-Brown失效物理模型的动量轮可靠性评估

动量轮是卫星的关键组件,直接影响卫星的可靠性和寿命.动量轮具有小子样、高可靠性、长寿命和高试验代价等特点,通常无法获得大样本的失效寿命数据,这导致其可靠性评估相当困难.失效物理分析能够从本质上解释产品的失效原因,失效物理试验中的性能退化数据可搭建产品性能和失效的桥梁.鉴于此,从失效物理分析的角度出发,对动量轮这种类型产品提出了一种基于失效物理的评估框架,并针对某型动量轮建立了基于随机阈值的Gauss-Brown失效物理模型,以该模型为基础作了可靠性评估,实例表明,该方法所获得的评估结果符合工程实际.     

基于失效物理的动量轮贝叶斯可靠性评估

作为卫星姿态控制系统关键部件的动量轮,其可靠性关系到卫星发射的成败。但是由于有小子样、高可靠性和长寿命等特点,受技术、费用和时间等条件的限制,无法获得大样本失效寿命数据,因此利用传统的大样本寿命数据统计推断方法进行可靠性建模、分析与评估存在困难。为此,从失效物理分析的角度出发建立性能退化模型,用贝叶斯方法融合性能退化模型和寿命模型得到产品的可靠性评估模型,并基于该模型充分利用失效物理试验中的性能数据和少量的寿命数据来进行可靠性评估。实例分析表明,该方法与伪寿命方法相比更加符合工程实际,评估精度更高。     

小卫星三轴稳定鲁棒自适应控制器设计

针对某微小卫星, 研究了系统结构存在不确定性及外部干扰为定常未知时的姿态控制问题. 运用Lyapunov 方法, 利用Euler-Lagrange 系统的内在性质, 设计出一种不需解耦的鲁棒自适应控制器. 对系统进行数学仿真表明, 该控制算法在应用中不但具有较好的控制性能, 还具备良好的鲁棒性.      

中继反射镜能量特性研究

介绍了地基激光加天基中继反射镜体系的系统组成及基本工作原理, 重点对中继反射镜的能量特性进行了分析, 得出了作用距离与中继镜口径和目标辐照度的关系, 并给出了计算的实例. 其结果进一步说明了中继镜原理上的可行性, 提出了中继反射镜技术发展应该重点考虑的关键技术. 研究结果对于实际中继反射镜系统的设计有一定的参考意义.      

CCD光学遥感器参数选择研究

介绍了由衍射受限非相干成像系统的衍射分辨率引出的截止频率及混叠的概念. 为了对采样成像系统获得的图像质量进行量化, 使用图像质量因子(λF/P)表示探测器对光学系统线扩散函数采样的程度. 进一步分析了光学遥感器参数选择与信噪比的关系. 选择实际的焦距9 m, F 数为18 的空间光学系统, 利用ZEMAX 软件的像模拟功能, 对选择8.75 μm 和13 μm 像元尺寸的CCD 所获得的图像进行了模拟仿真. 仿真获得的结果验证了图像质量因子和信噪比对图像分辨率的影响.      

光学有效载荷运控模式优化的多种群遗传算法

对光学有效载荷运控模式进行优化设计可提高光学有效载荷的工作效率。将其数学模型建立后,优化问题可归结为有约束条件的多变量函数极大值求解问题。针对该模型,提出了使用多种群遗传算法（MPGA）的求解方法,即对0-1二值型变量和实型多维变量分别编码构建种群,以实型多维变量为中心,联合0-1二值型变量进行遗传运算求得函数极大值。此外,通过具体算例对该算法进行了仿真,仿真结果表明该算法能够克服传统优化方法求解速度慢且易陷入局部最优陷阱等方面的不足,适合大规模多区域搜索,可快速得到全局最优解,能更好地满足对光学有效载荷进行智能控制的技术要求。