再入飞行器末端能量管理段纵向剖面优化方法

摘要： 对于轨道再入飞行器,根据各阶段飞行特性和任务的不同被分为初期再入、末端能量管理以及进场着陆几个阶段.本文提出一种末端能量管理段航程及纵向剖面优选方法,通过对不同的初始航程和纵向剖面进行递推,以阻力板控制裕度最大为优化目标,选出最适应飞行器升阻特性的航程以及相应的高度动压剖面.考虑初始状态误差及气动特性偏差条件下的六自由度仿真验证所设计的纵向剖面的鲁棒性.     

微小卫星轨道保持的混合切换控制方法

固体微推力器阵列作为一种新型推力装置用于微小卫星轨道保持具有精度高、无燃料泄漏、冲量可调等优点,但是微推力器推力不连续的特点,使得控制系统设计时与以往的连续系统有所不同。为了充分发挥微推力器高精度的特性,采用基于混合系统的切换控制思想,建立了微推力器混合切换系统控制模型。首先,根据固体微推力器的推力特点推导了卫星离散动力学模型;其次,以李雅普诺夫稳定性定律为基础,设计了混合系统脉冲切换控制律;最后,针对小卫星轨道控制进行了仿真验证。结果表明,基于混合系统建立的控制模型能准确反映微推力器的特点,轨道保持精度能达到0.2m,而且推力器消耗量满足卫星长时间在轨运行要求。     

皮纳卫星编队保持动力学分析

针对皮纳卫星在编队飞行中的控制精度要求已提高到微米甚至纳米级,文章研究了小推力作用下高精度的皮纳卫星编队构型保持问题,在考虑摄动影响下,推导维持编队构型需要的控制力与编队距离、编队空间方位等参数之间的关系,为皮纳卫星编队构型的设计提供理论指导;同时基于bang-bang控制理论,使用有限状态机设计了一种高精度的编队控制律。仿真表明,提出的控制方法不但可以使系统快速收敛,同时还能使皮纳卫星编队的星间控制精度达到1 μm,与滑模控制律相比较,精度提高近10³倍。     

一种非合作目标模型快速测量方法

服务航天器跟踪、接近和捕获目标时,需要快速获取目标卫星局部模块的精密3D轮廓。文章研究了一种基于结构光的单目测量系统,能够同时满足三维测量速度快、精度高等需求。提出了一种黑白DeBruijn序列编码方法,使用单张相机图片就可以完成重建,采用黑白条纹,增强了对空间反射的抗干扰能力。相比较于双目测量方法,该方法认为投影装置模型和相机模型一致,省去了图像匹配步骤,有效减少了计算时间;采用迭代的方法对点云进行重建,不需要预先进行畸变校正。以卫星模型为目标,使用高速相机进行了重建试验,试验结果表明采用这种方法进行重建时,采集图像时间短,深度信息误差为0.0583mm,速度和精度都能满足非合作目标的三维测量要求。     

天问一号着陆器EDL过程建模与仿真

针对天问一号着陆器的进入、下降与着陆(EDL)过程,考虑伞降动态特性,建立包含大底与背罩分离过程的EDL全过程高保真仿真模型.对着陆器跨越高超声速到亚声速的飞行过程,特别是伞降过程中降落伞、着陆器、大底、背罩的相互作用进行建模,建立了着陆器六自由度刚体动力学模型、降落伞-着陆器(背罩)组合体模型、大底(背罩)-着陆器组...     

航天器数字化模拟及应用技术

通过国内外航天器数字化模拟技术的现状调研,从仿真框架、建模表达、求解计算、交互与可视化以及大数据等几个方面,综述了航天器数字化模拟所涉及的关键技术,并深入分析了相关技术在系统设计、开发与验证、飞行演练、控制与决策支持、体系仿真与效能评估等领域的应用。在此基础上,面向未来日益复杂的航天任务需求,提出了发展通用化框架、高可信建模、标准化工具和智能化应用的建议,从而加速推进航天器研制数字化、智能化的发展进程。     

面向重访周期需求的敏捷成像卫星任务规划方法

为满足敏捷成像星座观测目标的重访周期需求,提出一种混合编码差分进化算法.分析敏捷成像卫星的工作特点,构造评价重访周期需求满足情况的目标函数,建立成像任务约束满足模型.针对观测任务选择与否、执行顺序和成像时间的优化需求,提出一种二进制-实数混合编码差分进化算法,实现了成像任务在时间轴上的分布优化.通过工程实例进行仿真校验,仿真结果表明相比于基于二进制编码的遗传算法,本文算法在优化时间和优化效果方面都有较大优势.     

星载操作系统中面向混合多任务类型的两级准入控制策略

随着空间技术的发展,星载操作系统从单一任务类型的封闭式系统转变为多种任务类型混合的开放式系统,此时系统的可预测性难度和不确定性增大,而现有的表调度策略已无法解决该场景下多任务类型混合调度时的可调度性分析问题,同时也不能支持系统运行时新任务的动态载入,阻碍了星载操作系统的智能化和多样化发展.针对该问题,本文以保障航天器的实时性需求及功能的可扩展性为研究目标,提出基于任务关键等级的两级准入控制策略.通过模型建立对任务的时间特性进行了描述,并全面分析了高优先级任务产生的最大干扰时间,进而分别提出基于干扰时间上界和基于响应时间分析的可调度性判定方法.实验结果表明,相较于现有算法,本文方法极大地减小了高优先级任务干扰时间的计算开销,并通过对任务运行时信息的追踪,改善了算法实时性能,提升了处理器利用率,为解决航天器系统中零散任务的准入控制问题提供了理论基础.     

先进制程芯片在轨飞行验证通用系统设计

中国空间站的建立为国产先进制程芯片提供了真实的在轨飞行验证条件。为实现不同种类、不同型号国产先进制程电子元器件在空间辐射环境中的验证,设计了一种通用的在轨飞行验证系统。系统采用“主控单元+试验单元”的平台架构,运用在轨可更换模块和可重构的系统设计,支持航天员定期在轨更换试验模块以完成验证任务的在轨升级。文中给出系统的硬件设计、软件数据管理机制以及在轨飞行验证结果。结果表明,该系统设计有效,成功完成了16 nm FinFET、28 nm亿门级FPGA、高速DAC等10类20余款国产先进制程芯片的在轨工作监测,可为国产先进制程芯片空间适用性研究提供参考。     

基于功耗残差的航天器CMG退化特征提取方法

为实现航天器控制力矩陀螺（CMG）性能退化状态评估，提出了一种基于卷积神经网络（CNN）与功耗残差的CMG退化特征提取方法。由于CMG控制系统对高速转子运动状态的高精准控制，CMG退化特征难以从转子运动状态数据中直接提取。针对该问题，从转子系统的能量损耗角度出发，通过分析CMG工作机理确定了影响单位时间内转子电机功耗的变量，并通过CNN建立了CMG运行状态参数与电机功耗之间的映射。将退化状态下电机实际功耗与模型输出的残差作为退化特征对CMG退化状态进行评价。通过某型号CMG的加速寿命实验数据进行验证，结果表明:构建的退化特征能够表征CMG转子轴承的性能退化情况，从而为CMG状态监测和故障预警提供参考。