多臂空间机器人的视觉伺服与协调控制

针对多臂空间机器人自主目标抓捕任务，首先建立多臂空间机器人的运动模型和其与目标的相对运动模型，采用Kane方法建立多臂空间机器人的动力学模型；其次，研究基于视觉伺服的机械臂在线轨迹规划算法，并引入零反作用机动，消除机械臂运动对平台姿态的扰动；再次，在不使用零反作用机动功能时，分别使用基于角动量前馈补偿的协调控制算法和逆动力学方法设计了协调控制器，在机械臂运动时保持平台姿态和相对目标的位置。最后，开发了基于Matlab的仿真软件MASS（多臂空间机器人仿真），仿真结果校验了上述方法的有效性。     

速率模式飞轮姿态控制系统飞轮组合平稳切换方法

对速率模式飞轮姿态控制系统的能控性、稳定性和飞轮组合切换过程进行了研究，揭示了在飞轮组合切换过程中引起卫星姿态抖动的原因，提出了通过对残余角动量进行卸载并将卸载函数同时前馈到系统输入的方法，以保持卫星姿态的稳定度。从理论上证明了可引入残余角动量进行卸载，将卸载函数同时前馈到系统输入，并且不改变原系统的能控性和稳定性。给出了某卫星飞轮切换应用实例，说明了飞轮组合平稳切换方法的有效性。     

基于EM‑EKF的深空光学自主导航系统光轴偏差补偿算法

在深空探测任务中,光学自主导航的精度受导航敏感器件安装精度的影响较大。提出了一种基于期望最大化-扩展卡尔曼滤波(EM-EKF)的光学自主导航系统光轴偏差补偿算法。算法基于条件概率的思想,预先设定状态变量和观测量的统计特性参数,通过不断地最大化条件期望,得到出现概率最大的状态变量估值和光轴偏差参数估值。该算法可分为4步:EKF、固定区间平滑、求解条件期望和期望最大化,不断迭代即可得到光轴偏差估计值。以火星探测近火段为例进行仿真验证,经光轴偏差补偿后,导航精度由100 km提升至20 km以内。     

基于多天线的星间GPS高精度相对定位方法

星间高精度相对定位是目前航天器近程和超近程相对导航的关键技术之一,基于GPS载波相位差分技术,提出了多天线融合复用的星间高精度相对定位方法,结合姿态误差分析了星间近程相对导航的解算方法及误差等级。通过外场实验验证及实测结果分析,证明了该方法在工程上可以满足毫米级的相对定位精度。     

一种基于电磁流体的载人航天器人工重力方案研究

针对长期近地载人或者深空载人探测活动对人工重力需求,提出了一种基于电磁流体驱动的载人航天器人工重力新方案。基于旋转动力学分析了离心方法中作用力参数的影响,在电磁流体驱动产生人工重力原理的基础上,根据载人航天生理学研究评估的航天员在人工重力环境下舒适域范围设计了0.3g、0.5g和1g人工重力参数,讨论了不同人工重力需求下电磁流体环关键参数,并与传统方式进行了对比分析。     

星敏感器在轨光行差修正方法研究

星敏感器作为目前航天器中最重要的姿态测量敏感器,其精度直接影响航天器姿态测量精度,因此对其误差源进行分析和修正则尤为重要。提出了一种星敏感器在轨光行差修正方法,根据光行差产生的原理和特点,将星敏感器沿探测器X和Y方向产生的光行差误差角巧妙地转换为光行差误差四元数,并直接对输出四元数进行修正,从而为修正星敏感器光行差提供了一种方便简洁的方法。     

空间目标快速轮廓特征提取与跟踪技术

为满足空间目标交会对接任务中高精度、快速的测量要求,提出了一种空间目标快速轮廓特征提取与跟踪技术。该算法首先从初始帧图像中分割定位目标所在局部区域,作为目标连续跟踪的初始值;其次基于初始帧目标局部区域完成对初始帧目标边缘特征的检测及细化处理;最后采用Hough变换完成对初始帧目标边缘的检测及细化后的局部图像轮廓直线的提取,分别选取目标轮廓四方向最优的直线参数作为最终目标轮廓直线获取的效果,并采用梯度最大法则实现两两求交获取的轮廓特征的优化提取。在目标逼近过程中,结合相邻帧图像间目标尺度动态变化的关联性,根据初始帧提取目标轮廓特征的先验信息,确定目标在第二帧图像中的轮廓位置,并依次根据上一帧图像的轮廓位置信息定位目标在当前帧所在的区域,通过局部处理实现序列图像轮廓区域特征的连续跟踪。该算法无需遍历整个图像,所需处理的目标区域大幅减小,能够有效克服由目标图像较多边缘干扰导致的轮廓提取效果差及处理速度慢的缺点,具有速度快、准确性强、稳定性高等优点。     

基于同步仿真的卫星姿轨控软件验证方法

传统的仿真系统一般采用Matlab/Simulink进行建模,Simulink模型可以在仿真环境下模拟真实环境下的系统架构和动态数据交互,也可以动态模拟真实目标机的运行。在Simulink建模体系对目标机系统的仿真中,其自身的时钟步长和数据流处理逻辑,可能与真实物理环境要求的系统有一定的出入,不能完全模拟目标机的内部ALU逻辑和真实外围设备工作行为,从而造成一定程度的失真,影响仿真效果。提出了基于同步仿真的卫星姿轨控软件验证方法,包含虚拟目标机能够实现对真实物理目标机运行功能的完全模拟,结合协同仿真组件和Simulink模型对各个子系统单元的动态建模仿真,全面验证软件的功能,增加了卫星控制软件的可靠性和安全性。     

一种利用剩磁标定的星光/磁测备份自主导航方法

针对空间机动平台GNSS导航系统易受干扰的缺陷,提出一种基于剩磁标定的磁测/星光备份的自主导航方案。当GNSS信号完好时,利用GNSS高精度测量信息和磁强计/星敏带剩磁干扰的联合测量信息不仅可实时估计出机动平台导航参数,同时准确标定出运行环境的剩余磁场强度;当GNSS信号受干扰中断时,在剩磁准确标定的基础上启用磁场/星光备份自主导航方案完成机动平台的导航参数实时估计。由仿真结果可知,当GNSS信号正常时该导航方案具备较高的剩磁标定精度,三轴标定误差为0.026nT,0.293nT,0.107nT;而当GNSS信号受干扰时,备份导航方案三轴位置估计误差为87.3m,172.5m,65.2m,三轴速度估计误差为0.78m/s,0.86m/s, 1.04m/s。 仿真结果表明该方案具备较强的可行性。     

一种地球紫外中心快速提取方法

针对地球紫外中心指向高精度提取问题,提出一种基于梯度统计的快速、低存储需求的紫外地平圆盘中心提取算法。首先,考虑到星载计算机与高内存消耗的滤波算法、实时导航需求的冲突,采用结合Sobel边缘算子与局部二值模式（LBP）算子的改进边缘快速提取方法,有效剔除背景噪声并准确提取地球紫外临边特征。然后对非完整临边边缘采用最小二乘拟合得到中心的精确位置。实验结果表明,该方法抗噪声,可实现亚像素级地球中心提取,并显著降低存储需求和计算时间开销。对于1046×746的图像,该算法需要的存储空间仅为1100kByte,运算时间在20ms内,满足自主导航的需求。