柔性支撑控制力矩陀螺动力学建模与控制

针对柔性支撑引起控制力矩陀螺(CMG)框架控制性能下降的问题，建立了柔性支撑条件下控制力矩陀螺的动力学模型，分析了柔性支撑扰动力矩的耦合机理并给出了解析模型.据此，设计了一种积分滑模控制策略，用于提升对CMG框架动力学特性变化和新增扰动力矩的鲁棒性.仿真结果表明，该控制策略相比传统的PID控制具有更好的动态过程和稳态性能，提升了柔性支撑下控制力矩陀螺框架速度的闭环控制性能.     

面向BDSBAS电文认证的OTAR播发策略设计

星基增强系统（SBAS）是向用户提供完好性信息的广域增强系统，涉及生命安全领域。为了提高SBAS系统的抗欺骗能力，基于椭圆曲线数字签名算法（ECDSA）提出面向北斗星基增强系统（BDSBAS）的电文认证设计方案。根据国内商用密码标准椭圆曲线（SM2）算法进行相应参数设计和电文排布方案，并描述了空中密钥更新（OTAR）的电文播发策略。为了进一步对试验方案进行验证，采用蒙特卡罗OTAR仿真器，基于3种播发调度算法进行仿真试验，通过调整权重对不同情况下OTAR电文接收时间进行分析。仿真结果为具体情况下OTAR电文方案播发调度的选择提供了重要参考依据。      

采用视觉伺服的月球样品容器夹持控制方法

嫦娥五号探测器月面采样封装任务需利用采样机械臂及其末端执行机构夹持样品容器,为克服非结构化月面环境对机械臂控制造成的不可知影响,确保精确夹持样品容器,提出并设计了一种视觉伺服样品容器夹持的控制方法和系统。系统通过固定安装相机和"眼在手"相机协同获取机械臂末端执行机构以及样品容器特征,采用扩展卡尔曼滤波算法对机械臂末端执行机构位姿的控制参数进行估计,消除控制位姿的轨迹抖动,实现了对样品容器的精确夹持。最后,通过分析在轨月球样品容器被夹持过程的数据和图像,验证了该视觉伺服控制方法和系统设计正确有效。     

导航卫星中断频次的分析方法

面向导航卫星中断频次的定量分析需求,该文分析导航卫星中断产生的主要原因,给出中断频次分析的流程,并针对分析过程中的三个关键问题,研究提出具体实施方法,包括通过相关性分析快速定位底层中断事件,通过中断树建立指标分析模型,并融合在轨数据、地面试验数据快速预估得到底层功能异常率等。最后通过示例进一步说明中断频次分析过程。该文方法已应用于北斗导航卫星工程。     

地球同步轨道星地量子信道特性研究

为了研究地球同步轨道量子密钥分发过程中星地量子信道特性，项目团队研制了搭载于实践二十卫星的极弱光偏振态分发设备，开展了地球同步轨道卫星与地面间光子偏振态的传输实验。实验时，星载偏振光分发设备根据遥控指令以50MHz频率驱动四个激光器出光，分发|0〉、|π/2〉、|π/4〉和|3π/4〉四种偏振态光子，经过长距离的空间传输后由地面站望远镜接收，最后由超导探测器探测。研究结果表明，地球同步轨道卫星到地面站的光学链路衰减约为100~110 dB，通道误码率约为2%~8%，满足量子密钥分发误码率的安全性要求。     

运载火箭主动段自适应增广控制

针对运载火箭上升段在复杂飞行环境、大不确定性干扰和振动等因素的影响下，传统PID控制方法难以满足高品质控制需求的问题，进行了自适应增广控制(AAC)方法研究，以实现对运载火箭姿态的精确控制。在深入分析自适应增广控制系统整体构架的基础上，通过标称PID控制器设计与基于粒子群优化(PSO)的数字滤波器设计实现了刚体控制及对弹性振动的抑制；继而针对大范围干扰、不确定性和由于滤波器切换产生的弹性振动影响，设计了在线调整算法自适应调节PID控制增益，并对其工作机理与参数设计原则进行研究；然后设计干扰补偿回路和主动减载回路以减小内外扰动、弹性振动和风载荷影响；最后在弹性振动、风干扰和参数不确定性等因素同时作用的状态下进行仿真分析，验证了自适应增广控制系统能够有效应对运载火箭主动段复杂飞行环境的影响，大幅度提升综合控制性能，具有理论研究意义与工程应用价值。     

不同重力环境下空间机构电机驱动力差异

为了分析空间机构在不同重力环境中的驱动力差异，以单关节机械臂为研究对象，进行不同重力环境下直流电机驱动力差异分析。首先基于拉格朗日方程推导出单关节机械臂的动力学模型，为分析不同重力环境下，负载、摩擦和转速的变化对电机驱动力的影响，通过设计一套基于单关节驱动的机械臂试验装置，进行地面重力环境、地面模拟微重力环境和落塔微重力环境试验。然后基于试验数据详细分析了不同重力环境下空间机构电机驱动电流的差异，并基于试验数据对电机动力学方程中的摩擦参数进行辨识，从而获得基于试验数据修正的机械臂动力学仿真模型，为空间机构动力学设计与应用提供理论与试验依据。     

Ground experiments of Chang’e-5 lunar regolith penetrating radar

The Lunar Regolith Penetrating Radar (LRPR) is an Ultra-Wideband (UWB) array-based Ground penetrating radar (GPR) onboard the lander of Chang’e-5 (CE-5) mission. The primary scientific objectives of the LRPR are to probe the thickness and structure of lunar regolith of the landing site, and support the drilling and sampling process. In order to evaluate the performance of the LRPR, a series of ground experiments are performed using the LRPR prototype mounted on a CE-5 lander model. The performance of the LRPR is evaluated by comparing the experimental data with the simulated data. Data processing and imaging method are verified, and the interferences from the lander and other aspects are analyzed. The results of the ground experiments and simulation demonstrate that the LRPR is able to meet the design requirement of 2-m detection depth. They also indicate that the upper and lower interfaces of the stratified structure in the lunar regolith can be well distinguished by the LRPR when the dielectric constant difference is greater than 0.3, and the imaging effect of the location under the dense antennas is better than that of other positions. However, the identification capability of the LRPR to the independent blocky objects is relatively poor mainly due to the clutters caused by the lander, the sparsity of the antenna elements compared to the size of the basalt block, the limited aperture of the antenna array, and the tail of the transmitted waveform.     

火星轨道交会自主导航与制导方法

对火星采样返回任务中的火星轨道交会自主导航和制导技术进行了研究。采用光学自主导航敏感器测量的火星中心方向和视半径，相对敏感器测量的相对位置等观测量，设计了导航滤波器同时估计轨返组合体和上升器的轨道。在导航滤波器设计中，针对光学自主导航敏感器更新频率远低于滤波解算频率的问题，设计了一种连续观测量构造算法，确保每个滤波周期均可进行测量更新，以提高导航精度。基于导航滤波器估计结果，采用T-H制导设计了4脉冲共椭圆交会策略实施轨道控制，从而构成近程交会自主导航和制导方案用于完成火星轨道交会任务。通过数学仿真校验了所提出方法的有效性。