卫星星座系统多学科设计优化研究

分析了卫星星座系统设计包含的星座设计、卫星设计、发射选择等学科之间的耦合关系，特别是卫星各分系统之间的耦合关系，建立了包括发射费用分析、成本分析在内的卫星星座系统多学科分析模型。在此基础上，采用分布式协同进化MDO算法，将星座设计优化和卫星的设计优化在自治基础上充分协同，对一个同时包含离散／连续设计变量、需进行星座结构和参数同时优化的虚拟的海洋监视卫星星座系统进行了多学科设计优化。算法对离散设计变量采用二进制编码，连续设计变量采用实数编码，并分别采用相应的进化算子。采用最大长度编码，根据一定的规则确定基因的显性和隐性，来处理结构和参数同时优化引起的设计变量维数可变的问题。设计结果显示了多学科设计优化的优势和分布式协同进化MDO算法对卫星星座系统这样的复杂多学科设计优化问题的有效性.     

分布式卫星系统仿真平台研究现状与技术分析

支持分布式卫星系统(DSS)开发和实验的仿真平台是DSS技术发展的关键技术之一,本文对DSS仿真平台现状和关键技术进行了分析。首先对比分析了现有3种典型的仿真平台,认为为追求尽可能高的逼真度,实时分布式仿真成为必然。继而从分布式计算角度分析了实时分布式仿真面临的分布性、实时性、仿真部件互操作性和可重用性的问题,而中间件技术可以很好地解决这些问题。最后讨论了中间件实现模式,并分析了中间件在DSS仿真中3种可能的应用方式。     

基于多Agent协商的分布式卫星自主构形保持规划研究

采用多Agent协商的方式解决动态、复杂的分布式卫星系统构形自主保持规划问题。     

融合注意力机制的航天器重建信号异常检测

针对航天器遥测数据异常检测时先验知识缺失、难以进行有监督条件下机器学习的问题,提出一种融合注意力机制的航天器信号智能异常检测算法。首先,通过注意力机制捕捉航天器遥测数据长距离特征,分析注意力关系矩阵为异常溯源提供指导。其次,采用堆叠自动编码器压缩数据维度并基于此重建输入信号,利用输入信号与重建信号间的残差获取误差重构序列。然后,基于窗口阈值法标记误差重构序列异常索引,实现航天器遥测信号异常检测。最后,通过多通道航天器遥测信号算例验证算法在提高航天器遥测信号异常检测性能与可解释能力的有效性。     

利用集群内测距和对目标测向的协同定位方法

当多个飞行器间相对位置测量精度显著高于飞行器绝对定位精度时，在飞行器间增加相对测量，对各飞行器的定位测量协同处理，能提高绝对定位精度。本文针对集群飞行器对非合作目标不能测距而仅能测向的情况，通过在集群飞行器间引入相互测距，来提高集群飞行器自身和对非合作目标的定位精度。对于这种不完整相对测量情况，给出了能提高定位精度的协同定位求解方法，包括非线性静态优化估计和线性化后最小二乘估计方法。这种协同定位方案，不需要进行完整的相对位置测量，对测距和测向在群体相对测量中进行合理分解，降低了飞行器测量设备配置的要求。通过仿真验证了该方法的有效性。     

多无人机协同搜索区域划分与路径规划

针对多无人机广域协同搜索问题，研究无人机工作区间划分和全区域覆盖搜索路径规划2个子问题。采用按无人机来向均衡划分的方法和凹点凸分解的方法，开展了凸多边形和非凸多边形的区域划分研究，将多机协同搜索问题转化为子区域上的单机搜索问题；在此基础上采用"Z"型路径覆盖方法以及Dubins转弯路径，对各个无人机开展覆盖其子区域的搜索路径规划，从而建立了一个区域划分和路径规划的整体调用框架，能够对目标区域快速进行划分并生成飞行路线。最后，对凸多边形和非凸多边形区域搜索开展仿真计算，验证了该方法的有效性。     

全方向长期伴飞卫星集群轨道设计与仿真

主要研究在J2摄动的影响下，在中心卫星周围全方向上部署长期相对有界伴飞卫星的轨道设计方法。首先，利用J2不变的条件，由已知中心卫星轨道根数建立伴飞卫星的半长轴、偏心率及轨道倾角之间关系。然后，通过对伴飞卫星和中心卫星之间初始相对位置及轨道根数之间关系的分析，得到伴飞卫星的全部初始轨道根数，使其能够部署到中心卫星周围的任意方向上，从而能实现卫星集群在中心卫星的周围全方向长期有界伴飞。最后，通过轨道仿真验证了该方法的有效性。     

不完整测量下集群飞行器协同相对定位方法

测距和测向是实现飞行器间相对测量的常用手段。通常而言,飞行器间相互测距精度远高于飞行器绝对位置导航精度。因此,提出了一种基于集群飞行器间测距和对目标测向的协同相对定位方法,利用集群飞行器间相互测距和各飞行器对非合作目标测向来实现集群飞行器及非合作目标的相对定位。方法分为静态相对定位方法和动态相对定位方法两种。基于飞行器间相互测距和对非合作目标测向来实现协同相对定位的方案,不需要对非合作目标进行完整的相对位置测量,简化了对飞行器测量设备配置的要求。同时,相比基于飞行器绝对位置导航和对非合作目标测向的相对定位方案,能获得更高的相对定位精度。     

航天器集群构形控制的虚拟弹簧阻尼网络方法

针对航天器集群质心相对运动构形控制问题,提出了一种基于虚拟弹簧阻尼网络的分布式控制方法。航天器间以虚拟的弹簧阻尼器相互连接,弹簧的原长根据期望的相对运动构形来设定。各航天器的控制输入是与其相连的所有弹簧阻尼器的合力。在线性动力学模型和拓扑结构连通且固定的假设下,基于代数图论的方法推导出了闭环系统稳定性条件。对近地轨道上100个航天器形成格点相对运动构形和20个航天器形成时变距离的椭圆构形的实例进行了仿真,考虑了轨道摄动的影响,结果表明,集群通过虚拟弹簧阻尼网络控制可实现期望构形,并能达到厘米量级的构形保持控制精度。该控制方法不改变集群的质心,只需施加很小的控制加速度;仅基于局部的邻居交互,能够适应大规模集群对分布式控制的要求。     

基于分布参数线性化模型的分级燃烧循环液体火箭发动机频率特性计算

采用一维分布参数模型描述发动机的管路系统,将发动机各部件和管路的线性化模型表示为联系输入输出参数的传输矩阵形式。根据发动机各部件的连接关系,将发动机系统划分为若干模块,用矩阵变换的方法求得发动机各模块的传输矩阵,构成发动机系统方程组。