航天器集成健康管理系统研究

航天器故障诊断技术不仅要求提高航天器安全性和可靠性 ,而且要求削减航天器全寿命周期成本 ,现在的故障诊断系统已从原来单一的分系统 (如电源系统 )的故障诊断专家系统 ,向集系统状态监测、故障诊断和故障修复为一体的航天器集成健康管理 (IVHM)系统发展。本文介绍了航天器集成健康管理系统的基本概念 ,并对我国新型航天器整个集成健康管理系统、在轨健康管理系统、地面健康管理系统以及主要采用的技术作了详细的阐述。文中强调了基于模型推理技术 (特别是多信号建模技术 )在航天器集成健康管理系统中的重要性。文章最后指出了应采用从上至下的方案开发该集成健康管理系统。     

对航天器仿真技术发展趋势的思考

航天仿真技术是指系统仿真技术与航天工程技术的结合,为航天器、航天运输系统和导弹武器系统的设计分析、性能评估、体系对抗、指控及作战训练、故障诊断、运行管理等提供数学或半实物的验证手段和模拟平台.航天器仿真技术主要包括航天工程仿真和航天器系统仿真,涉及分系统仿真与建模技术、多物理场耦合的总体仿真技术以及高效协同的仿真技术.本文在总结航天器仿真技术发展的基础上,提出基于航天器仿真技术的航天工程研制全过程、全系统的多学科多场耦合的总体级仿真体系架构思想,论述了航天器仿真技术体系的需求与构想,阐述了航天器仿真技术涉及的关键技术,并对现代信息技术在航天器仿真技术中的应用进行了展望.     

航天器仪表与照明分系统设计和发展

航天器仪表与照明分系统承担着飞行器与航天员信息交互的任务,为航天员在轨工作、生活提供支持。分系统功能包括信息显示提示、越限报警提示、手动操作、工作生活照明、休闲娱乐等。文章给出了航天器仪表与照明分系统设计思路及分系统设计组成;分析了分系统技术应用情况;对应航天器设计和应用结果,提出了后续航天器的技术发展思路和设想。     

产品数字化设计结构矩阵建模与优化

由于航天器等复杂产品设计过程中普遍存在的信息耦合现象,使得对复杂产品设计项目的定量化管理成为当前项目管理领域的一个难点。文章在布尔设计结构矩阵（Binary Design Structure Matrix,bDSM）的基础上,从任务输入信息的稳定性和对输入信息变动的敏感性两方面出发,运用模糊层次分析法将复杂产品设计过程中耦合任务集进行数字化设计结构矩阵（numeri-cal DSM,nDSM）建模,定量描述任务间的信息关联强度,进而设计了适用于产品耦合设计过程的分解与重构的Epsilon算法,并针对产品设计过程nDSM模型的特点,设计了过程重组的优劣性评价标准,从而完成了对nDSM的分解与重组的评价和选择。     

航天器多学科设计优化研究综述

多学科设计优化方法是实现航天器"快、好、省"设计的有效手段.介绍了MDO方法的内涵及航天器多学科设计优化问题的系统表述;总结了航天器多学科设计优化研究在MDO系统建模、集成设计框架开发和MDO应用三方面的国内外进展情况,阐述了航天器多学科设计优化研究存在的困难,并指出多场耦合、分解协调策略以及MDO方法与设计流程的融合等问题是航天器多学科设计优化面临的主要难点;最后,讨论了航天器多学科设计优化理论研究与应用的发展趋势.     

航天器多学科设计优化研究综述

多学科设计优化方法是实现航天器“快、好、省”设计的有效手段。介绍了MDO方法的内涵及航天器多学科设计优化问题的系统表述；总结了航天器多学科设计优化研究在MDO系统建模、集成设计框架开发和MDO应用三方面的国内外进展情况，阐述了航天器多学科设计优化研究存在的困难，并指出多场耦合、分解协调策略以及MDO方法与设计流程的融合等问题是航天器多学科设计优化面临的主要难点；最后，讨论了航天器多学科设计优化理论研究与应用的发展趋势。     

国外航天领域结构标准综述

航天器结构是航天器系统的重要组成部分，是航天器各分系统设备与部件的安装基础，承受航天器发射时的力学环境，保证航天器入轨后在预定轨道上完成各种规定动作和既定任务。通过建立标准对航天器结构从设计、分析、仿真、试验等各个阶段进行规范，保证结构设计正确，能够发挥其功能作用，保证器上设备和人员安全（针对载人航天器）。文章调研国外航天领域结构标准，列出22项国外航天领域结构标准，对其中有关顶层要求、结构设计与分析、结构断裂控制及无损评估、结构建模仿真等的18项典型标准内容进行介绍。     

影响设备安装精度的航天器结构因素及优化措施

航天器姿控及有效载荷设备总装时, 其安装精度是保证分系统正常工作、完成任务的关键技术指标之一。文章基于型号实践, 依据我国现有航天器的结构类型及设备安装特点, 论述了航天器结构本体在各种工作环境、各个阶段对航天器设备总装的精度影响要素;提出了分析、验证方法以及保证精度及可靠性的措施。可对未来的航天器型号的结构设计、总装设计、工艺及测量实施提供参考。     

考虑输入饱和的多航天器系统姿轨耦合分布式协同跟踪控制

基于一致性理论,研究了多航天器系统相对轨道及姿态耦合的分布式协同控制问题。在仅有部分跟随航天器可获取领航航天器信息的情形下,针对各跟随航天器存在未建模动态以及外部环境干扰等问题,利用双曲正切函数的性质,提出了考虑输入饱和的分布式自适应协同控制律。首先,对于领航航天器具有时变状态的情形,为每个跟随航天器设计了3个滑模估计器,对领航航天器的状态进行估计。其次,针对跟随航天器间相对速度和角速度难以测量的问题,设计仅需领航航天器状态的切比雪夫神经网络自适应更新律。最后,设计考虑输入饱和的分布式自适应协同控制律保证各跟随航天器跟踪动态领航航天器。仿真结果表明了该算法的有效性、可行性。     

一种基于MBSE的小卫星测控分系统建模设计方法

基于模型的系统工程MBSE思想和信息化手段,以模型为核心、关系追溯为手段,集合测控分系统技术指标、设计经验等知识信息,提出一种基于MBSE的小卫星测控分系统建模设计解决方案。利用模型承载文档,显性化经验、信息、关系,形成基于模型的知识管理工具,提高工作效率,解放设计师,实现知识经验的数字化模型化承载,为小卫星测控分系统由经验设计向仿真设计转变,由基于文档到基于模型的研制模式转变,由实物验证向虚拟和实物验证相结合转变进行了探索和尝试。     

临近空间飞行器多物理场耦合建模的网格映射方法

临近空间飞行器的研制面临许多复杂的问题和挑战,涉及总体、气动、结构、控制、防热、动力等多个学科和专业领域的相互作用、高度耦合的子系统。全系统、全流程的仿真验证与性能评估能够为设计工作提供重要依据,缩短研制周期。而气动、结构、防热等专业的仿真建模和模型解算基于有限体积法或有限元方法,依赖于不同的工具软件,且网格的划分方法不同。本文研究了临近空间高超声速飞行器多物理场耦合建模方法,研究并实现了异构网格耦合界面之间与耦合域之间的信息传递方法,从而实现了临近空间高超声速飞行器的多物理场耦合建模与仿真。     

变构型航天器参数化前处理方法

针对变构型航天器结构不固定的问题,基于VC 6.0软件对Trail及Session进程文件开发的方式,研究了利用Pro/E及Patran软件对航天器进行参数化建模及网格划分的具体操作方法,通过IGES中间文件的形式,将Pro/E及Patran相连接,利用VC开发工具建立了一套变构型航天器参数化前处理平台。采用两舱构型航天器对参数化前处理方法及平台进行了验证,结果表明:该参数化建模及网格划分方法切实可行,可为变构型航天器的静力学、动力学、热、结构等分析过程的前处理方法提供参考。     

空间环境模拟设备低温系统研制中的软件应用及参数化驱动设计

为提升空间环境模拟设备的设计效率和用户体验度,针对北京卫星环境工程研究所成功研制或正在研制的地面产品,运用CAD/CAE软件对其低温系统进行三维建模和仿真分析;依托Inventor软件进行二次开发,设计了一款专门的空间环境模拟设备数字化集成设计平台.通过对专业模型参数化驱动技术的研究,给出热沉系统参数化的各主要节点和驱...     

航天器仿真与测试一体化系统

提出了一种航天器仿真与测试一体化系统的方案,此系统具有较好的柔性,包括三个主要的组成部分:前端接口(FE)设备层连接被测系统与一体化系统;仿真环境(SE)部分则能提供航天器各个分系统与空间环境、轨道等要素;测试环境(CE)部分则能自动执行一体化系统的仿真、测试序列,并提供对整个系统运行的管控。文章对这三个部分的实现与相互接口均进行了定义,最后描述了一体化系统适应于不同应用的典型配置,如地面测试系统的评估验证、航天器渐进增量式电测以及故障处理研究等应用。文章提出的一体化系统不但可支持从航天器概念设计、详细设计、AIT等各个阶段的测试工作,也可以用来支持进行航天器故障分析与研究。通过此系统的创建与应用,能够改进航天器研制系统工程,并最终提高航天器的研制效率。     

汽车钢板弹簧参数化建模研究

研究了汽车钢板弹簧参数化建模的设计方法,确定了钢板弹簧的输入参数,利用共同曲率法设计弹簧各参数,通过VB设计与开发汽车钢板弹簧参数化建模系统的输入界面,并通过编程在CATIA中进行参数化设计,建立了具有可视化界面的汽车钢板弹簧参数化设计系统。通过应用表明,汽车钢板弹簧参数化建模系统提高了设计者的设计效率,避免了重复设计,极大提高了劳动生产率。     

吸气式高超声速飞行器特征模型自适应控制

针对吸气式高超声速飞行器纵向刚体动力学的跟踪控制问题,给出了基于特征模型的自适应控制方案。通过选取攻角作为额外的输出,给出了这类系统的特征建模方法,其中,系统被分为速度子系统和高度子系统。针对速度子系统,建立了一阶特征模型;针对高度子系统,建立了二阶多输入多输出特征模型。基于所得到的特征模型,本文设计了全系数自适应控制律,不仅实现了速度跟踪和高度跟踪,也实现了攻角跟踪。数值仿真验证了该方法的有效性。     

On orbit fabrication and assembly of large space structural subsystems

The evolving use of large space systems, with accompanying large truss-like structures, creates the need to develop an on-orbit fabrication and assembly capability for producing structural elements and structural subsystems. Such a capability is a basic necessity for extremely large structural subsystems because of the economy of operations resulting from the on-orbit conversion of high-density material stock into low-density structural elements. This paper discusses the development of large space structural subsystems; in particular the role a generic structure plays in that development. This generic structure embodies the key issues of the structural subsystems of various classes of large space systems and as such, when its development is completed a proof-of-capability will have been accomplished for a wide variety of large space structures.     

带非线性扰动的时滞大系统的分散输出反馈镇定

文章研究一类时滞大系统 ,内部具有非线性扰动 ,同时带有时滞关联和非线性关联项。考虑到大系统的状态部分可测量 ,设计了输出反馈控制器 ,来使系统分散输出鲁棒镇定 ,仿真的结果证明了结论的有效性。     

Portable end-to-end ground system for low-cost mission support

This paper presents a revolutionary architecture of the end-to-end ground system to reduce overall mission support costs. The present ground system of the Jet Propulsion Laboratory (JPL) is costly to operate, maintain, deploy, reproduce, and document. In the present climate of shrinking NASA budgets, this proposed architecture takes on added importance as it should dramatically reduce all of the above costs. Currently, the ground support functions (i.e., receiver, tracking, ranging, telemetry, command, monitor and control) are distributed among several subsystems that are housed in individual rack-mounted chassis. These subsystems can be integrated into one portable laptop system using established Multi Chip Module (MCM) packaging technology and object-based software libraries. The large scale integration of subsystems into a small portable system connected to the World Wide Web (WWW) will greatly reduce operations, maintenance and reproduction costs. Several of the subsystems can be implemented using Commercial Off-The-Shelf (COTS) products further decreasing non-recurring engineering costs. The inherent portability of the system will open up new ways for using the ground system at the “point-of-use” site as opposed to maintaining several large centralized stations. This eliminates the propagation delay of the data to the Principal Investigator (PI), enabling the capture of data in real-time and performing multiple tasks concurrently from any location in the world. Sample applications are to use the portable ground system in remote areas or mobile vessels for real-time correlation of satellite data with earth-bound instruments; thus, allowing near real-time feedback and control of scientific instruments. This end-to-end portable ground system will undoubtedly create opportunities for better scientific observation and data acquisition.     

基于收缩理论的高超声速飞行器控制

为了使高超声速飞行器能够跟踪预定指令,针对其严反馈模型提出了基于收缩理论的控制方法。由于高度和速度相对独立,因此分开设计控制器。控制器设计过程中,以基于反步法的收缩理论为核心,对于模型中不确定项利用自适应进行在线识别;引入动态面对虚拟控制输入进行求导,并利用收缩下的奇异摄动分析降阶系统,可以证明降阶前后状态误差间的偏差及滤波误差有界。采用此方法,可证明系统状态半全局收敛,跟踪误差及自适应估计误差有界。