近地轨道卫星的地影预报算法

针对传统地影预报算法计算量大,不适合星载计算机进行地影时刻自主预报的问题,提出一种地影预报星上算法。通过构造降维坐标系将卫星进出地影过程转换为“星-地-日”平面内的几何问题;基于常数变易法推导出阴影条件的隐式解析公式,其方程系数可由实时轨道参数确定。为简化计算,将星上算法设计为双层结构：构造迭代算法,依据实时轨道参数可精确预报卫星在每个节点上的地影时刻;而在任意两个节点之间采用解析算法进行近似预报。仿真结果表明,星上算法的预报精度高且计算量小,适合星载计算机进行地影时刻自主预报。     

北京三号A卫星自主任务规划地影快速预报方法

星上自主任务规划是北京三号A卫星的一项创新性技术,显著提升了卫星的好用、易用性和智能化水平。为了满足自主任务规划的高实时性要求,文章提出了一种卫星进/出地影时刻的快速预报方法。首先,基于太阳-地球-卫星的相对位置关系,建立了每个轨道圈内卫星进/出地影时刻的解析估算模型和进/出地影时刻卫星满足的非线性方程;然后,基于获得的进/出地影时刻的估计值,使用对分法迭代求解非线性方程,获得进影和出影时刻的精确结果。仿真结果表明：在星载处理器上使用该方法预报一天的地影时间耗时约1.1 s,计算速度比现有星上预报算法提升了约100倍,具有较高工程应用价值。     

在轨跟踪与数据中继卫星测控关键技术(下)

(续上期)6星蚀地影、月影分别发生于地球和月球遮挡太阳到卫星的光线时。地影固定出现在太阳运行到赤道附近的每年春、秋分前后约23 d的凌晨,1年有90 d多。地影发生的时刻和持续时间与卫星的定点位置、轨道倾角有关。月影的出现与卫星位置有关,但无明显规律。6.1 TDRS地影根据地球-卫星-太阳的相对位置(如图7所示),设TDRS在距地心为r的点PT处,它与地日连线对地心的张角φ=arccosST·SS|ST|×|SS|,(21)式中:SS为O-XIYIZI系中太阳矢量。图7地球-卫星-太阳相对位置Fig.7 Position relationship among the sun,the earth and a sate…     

一种海洋测高卫星质心在轨估计算法

为了满足海洋测高卫星在轨质心位置精度的要求,提出了一种使用陀螺仪测量数据在轨估算卫星质心位置的算法。该算法利用推力器工作产生外力矩,采用总体最小二乘法,综合考虑了实际推力器推力的误差及陀螺仪的测量误差,由卫星的姿态动力学方程估算得到卫星质心位置。数值仿真证明了该算法的有效性,结果表明质心位置的估计精度在毫米量级,可以满足海洋测高卫星对质心位置精度的需求。     

XNAV算法及其整周模糊度确定方法研究

X射线脉冲星导航(XNAV)是一种新型的航天器天文导航方法.研究了利用脉冲星脉冲相位观测信息进行导航卫星自主定轨的算法.首先分析了X射线脉冲在卫星和太阳系质心之间的传播时间方程,然后利用卫星与太阳系质心之间的相位差分观测量建立了系统的观测方程;结合导航卫星的轨道动力学特性,采用扩展卡尔曼滤波算法估计卫星的轨道.考虑到卫星轨道动力学预报得到的卫星位置值具有较好的精度,提出直接利用该位置预报值快速确定整周模糊度,并验证了该方法的可行性.数学仿真表明,该导航算法能够精确确定导航卫星在 l惯性系F的绝对位置.     

利用地面信标站自主确定静止卫星轨道

静止卫星接收在地面设置的信标站的测距信号，可以测得卫星到地面信标站的距离，从而用星上直接测得的伪距解算出卫星在惯性空间的位置。对卫星轨道的一个弧段进行测量，可以得到卫星的状态矢量和多组伪距记录，考虑到星上计算机的容量以及定位实时性的要求，用扩展卡尔曼滤波确定卫星在地心赤道惯性坐标系中的轨道。     

FY-2C星电源分系统及其在轨性能

介绍了风云二号(FY-2)C气象卫星电源分系统的组成、技术指标和工作原理,以及太阳电池阵、Cd-Ni蓄电池组和电源控制设备等主要部件的设计和改进.遥测数据分析结果显示,C星太阳电池阵功率裕度优于设计要求,采用BSFR太阳电池对方阵工作温度影响不明显,地影轨道72 min地影蓄电池最大放电深度减小,涓流态第三极电性能信号与A,B星-致.在轨运行结果表明,C星电源分系统各部件状态良好,能满足任务要求.国内首次用于地球静止轨道空间电源工程的BSFR太阳电池方阵性能稳定,蓄电池组容量增大,简化了地影期卫星地面管理,改善卫星地影期环境工作温度;解决了A,B星进出影电源分系统自主转电时全调节母线电压的负冲.     

空间飞行器红外光学信号的模拟

卫星等空间飞行器的红外信号由对外部光源的反射和自身的红外辐射构成。在按照基本的物理原理进行建模的过程中,首先通过求解卫星的运动方程得到卫星的空间位置和速度矢量,进行卫星、太阳和地球的位置关系判断,计算到达卫星表面上的外部辐射热流。然后,进行卫星的热分析计算得到卫星表面的温度分布。接着,利用双向反射分布函数（BRDF）模型对卫星的反射和辐射特性进行建模,得到在红外波段下卫星的光学信号。最后,通过对仿真结果的分析,讨论了卫星红外光学信号的变化规律。



     

基于X射线脉冲星的地球同步卫星绝对定位方法

研究了基于X射线脉冲星的航天器绝对定位方法.根据脉冲模型,用相位差分法给出了航天器与地心间的距离,由最小二乘法解算整周模糊度.对绕地卫星为对象的仿真结果表明:在无初始位置信息时可用于确定卫星的绝对位置.该法亦适用于行星际飞行航天器的绝对定位.     

一种高低轨卫星联合到达时间被动定位技术

针对高低轨卫星被动定位情况下时钟同步精度很难满足定位精度需求的问题,综合考虑卫星系统误差,建立了兼顾目标位置坐标和未知传输时间的加权最小二乘定位方程,采用变换测量模型,引入半正定松弛算法将传统加权最小二乘问题松弛为半正定规划(SDP)问题,并证明该半正定松弛过程总是紧的,保证原始问题最优解.同时,将目标运动速度在较短观...     

Biological and cognitive determination of the gravitational reference frame

It is argued that space sickness is not so much a physiological problem, but a psychological one, having its roots in the perception of the environment, and its associated cognitive processing. This cognitive processing is argued to be that of field dependence and field independence, for which exist psychobiological and cognitive assessment tests. Since there is an obvious economic advantage in the use of cognite testing, it is recommended that this could be used as an initial screening when selecting for astronauts.     

A near-optimal control approach to 3D ball-in-socket joint space robot models with initial angular momenta

Control of space robots in the 3D space is known as one of the difficult problems in nonlinear control theory, and if there exist initial angular momenta for space robots, the control problem becomes an increasing challenge. However, it is quite important to take into account the existence of initial angular momenta from the aspect of realistic situations. This paper deals with a control problem for a 3D space robot of two rigid bodies with an initial angular momentum. First, we give a model of a space robot with an initial angular momentum, called the ball-in-socket joint model. We next propose a near-optimal control method for general nonlinear affine control systems based on the finite dimensional orthonormal basis and give some theoretical analysis for the method. Moreover, a near-optimal control algorithm is also shown. Then, we apply the near-optimal control algorithm to a 3D attitude control problem of the ball-in-socket joint model with an initial angular momentum, and illustrate numerical simulations in order to show the effectiveness of our method.     

一种基于空间映射的多星成像调度方法

针对NP难解的多星成像过度调度问题,从置换空间到问题空间的映射方法和置换空间 搜索算法两方面进行了研究。基于资源优先卫星分配算法,建立了置换空间到问题空间的映 射关系,以在置换空间优化多星成像调度。提出了一种分散式随机搜索算法,基于有记忆随 机邻域搜索,在置换空间上搜索产生优化调度的置换序列。实验表明,所提算法相对模 拟退火算法平均获得3.12％的改进。     

基于稀疏信号表示的空间碎片成像

地基雷达一直是空间碎片监测的有力工具,研究如何利用它们对尺寸小于距离分辨率的目标进行成像具有重要意义。基于空间碎片通常会围绕它的主轴进行简单的自旋转运动这一事实,通过对目标回波模型的分析,本文提出了一种基于稀疏信号表示的空间碎片成像方法。该方法将成像问题转化为稀疏信号分解问题,首先以各个散射点的散射特性作为元素构建字典,然后通过采用现有的方法对单个距离单元横向回波数据的稀疏信号表示进行求解,最后对求解的结果重新排列以得到目标的二维高分辨图像。仿真实验结果表明了本方法的正确性。     

空间实验室的风险识别与控制方法

以天宫一号空间实验室风险识别与控制技术需求为牵引，对风险识别与控制方法的分阶段应用提出建议。针对空间实验室的重要风险和组合体特性，提出了的相对风险识别法和降级重构风险控制法，从相对风险的角度对空间实验室重大风险进行识别，在天宫一号无法对组合体实施控制时，用载人飞船接替天宫一号对空间实验室组合体进行控制。规避了风险识别结果波动过大的问题，在不增加设备冗余和其它舱段的前提下降低了系统风险。     

基于特征空间变换的运载火箭Pogo模型降阶方法

针对运载火箭Pogo状态空间模型存在维数高和奇异性的问题,开展了 Pogo模型的降阶方法研究.基于特征空间变换理论,导出了一般形式的Pogo状态空间模型的解耦形式.该形式与推进系统和结构系统的模态频率相对应,从而通过模态截断或保留感兴趣的模态实现有效的模型降阶.同时,还给出了降阶方法的实数运算公式.在两种不同型号推进系...     

空间机器人抓捕目标后动力学参数辨识研究

针对自由漂浮空间机器人抓捕目标后的动力学参数辨识问题,提出一种参数辨识的持续激励轨迹设计方法。首先,基于动量守恒原理建立了自由漂浮空间机器人的动力学参数辨识模型;然后,采用有限傅里叶级数对空间机器人的机械臂关节运动轨迹进行参数化表示,并以参数辨识回归矩阵条件数最小化为指标,通过求解一个包含多约束的非线性优化问题得到傅里叶级数的待定系数;最后,采用基于QR分解的递推最小二乘估计方法实现对采样数据的序贯处理,并求解出待辨识参数。仿真结果表明,提出的激励轨迹设计方法可以显著提高空间机器人参数辨识的收敛速度和准确性。     

机动目标的空间交会微分对策制导方法

针对目标机动情况,利用定量微分对策方法分析连续推力作用下的空间交会追逃微分对问题,提出用非线性规划求解该微分对策问题的方法,建立空间交会追逃微分对策的非线性规划模型,有效解决了机动目标空间交会微分对策模型高度非线性且难于利用经典最优控制理论进行求解的问题,实现了最优控制与对策论的结合,并通过数值仿真校验了该方法的有效性。     

访问多个特定相对位置的航天器轨道设计

在航天器轨道设计问题中,将惯性空间中经典的吉布斯三矢量定轨方法拓展到相对运动空间中,给出了一种相对运动条件下的三矢量定轨方法。针对已知轨道的目标航天器,以及二个或三个给定的空间相对位置,基于相对运动方程,提出了设计跟随航天器飞行轨道的数值方法。以轨道面共面或异面,以及目标航天器轨道形状为椭圆或圆,将问题分为四种情况进行约束条件和自由变量个数的分析讨论。对于自由变量个数多于约束方程的情况,额外给定周期重访约束,将各种情况下的特定相对位置访问问题转化为一至二维的非线性方程(组)求解问题。对一维方程求解采用分段黄金分割+割线法进行快速求解;对二维方程组通过网格法搜索迭代初值并通过牛顿迭代快速求解。进一步基于线性模型的解,采用微分修正方法求解了各情况下J2摄动模型下的结果。数值算例验证了提出方法的正确性及有效性。     

空间机械臂建模方法与控制策略研究

针对刚柔耦合空间机械臂动力学建模中对柔性体采用的传统描述方法（有限元法、模态综合法以及集中参数法等）并不足以精确描述柔性大变形的问题,采用绝对节点坐标法描述柔性体,采用自然坐标法描述刚性体,建立了末端带集中质量的双连杆柔性机械臂的动力学模型并且研究了机械臂的空间定位问题。结合广义α法以及工程上常用的Scaling技术,开发了计算程序,实现了动力学方程的高效精确数值求解。针对机械臂的空间定位以及柔性变形问题,提出了一种运动规划方案,采用PD控制策略,实现了机械臂的运动跟踪控制;仿真结果表明：提出的运动规划方案能有效地减弱机械臂的柔性变形。