在轨模块更换任务动力学与控制仿真系统

航天器在轨模块更换任务的总体仿真是对总体方案进行系统性分析和论证的重要手段。文章基于天基平台在轨模块更换技术的研究,搭建了在轨模块更换仿真演示验证系统,介绍了仿真系统总体架构,建立了包括空间环境、轨道、动力学、控制、电源、测控等各分系统在内的仿真系统。重点对交会对接、在轨模块更换过程涉及的航天器平台及机械臂的动力学特性...     

Walker星座碰撞检测及碰撞概率分析

针对Walker星座的碰撞问题,在狭义碰撞的基础上,设计一种Walker星座碰撞检测模型。该模型考虑星座实际在轨构型发散与维持偏差,给出了Walker星座构型维持条件下的广义碰撞检测与碰撞概率计算方法,并提出了表征Walker星座构型防碰撞性能的安全度系数。利用该检测模型,在进行Walker星座设计时不仅可以避免狭义碰撞,还可以实现星座在构型维持阈值内的广义碰撞安全性分析,实现星座构型择优。通过案例仿真分析,证明了该系统模型的可行性及可靠性。     

一种卫星飞行模拟器的热控分系统模型设计

设计了一种飞行模拟器的热控分系统模型,用于仿真卫星在轨正常和故障状态下的温度情况.为了保证热控分系统的仿真功能、速度和精度,构建了一个完整的热控分系统架构,并采用一系列数学模型来描述卫星的热状态变化,尤其是采用了基于偏微分方程的卫星主体热数学模型.最后,根据仿真结果与热分析数据以及卫星在轨数据的对比,对热控分系统设计进...     

北京三号B卫星数据处理与传输分系统设计与验证

针对北京三号B卫星高速数据和在轨智能处理需求,设计数据处理与传输分系统。提出标准化、智能化、模块化的设计思路,开发路由、高速存储、通用处理、电源等标准单元的智能处理器,实现数传产品对数据流向灵活可控、功能高集成、在轨可重构的需求。配置高性能FPGA和智能计算芯片,系统实时图像压缩、处理速度达到20 Gbit/s。采用云检测、辐射校正、目标识别、目标提取、目标定位等星上数据智能处理技术,可为在轨图像智能处理建立指标体系提供参考。数据处理与传输分系统通过在轨验证,测试结果满足用户需求。     

导航星座的任务重构技术研究

以COMPASS卫星导航星座为对象,研究了导航任务的重构技术。首先,对COMPASS卫星导航星座的主要性能进行了分析和仿真;其次,分析了星座中部分卫星失效后对导航性能的影响;最后,提出了分别利用在轨运行的高、中、低轨卫星及临近空间飞行器进行任务重构的方法,并对重构后的导航性能进行了仿真。仿真结果表明：提出的任务重构方法对于保证导航星座的正常运行是有效的。同时,对于研究飞行器应急测控技术具有借鉴意义。     

环境减灾-1A、1B卫星控制系统方案及在轨验证

简要介绍了环境减灾-1A、1B卫星姿态控制分系统的主要功能、指标要求、系统组成、工作模式、控制方案设计和主要故障诊断逻辑.根据卫星在轨运行数据,给出了卫星在轨运行的部分曲线和姿态控制、轨道控制的指标实现情况,对姿态控制分系统方案进行了在轨验证.     

GEO卫星图像定位配准技术及仿真验证研究

介绍了图像定位与配准基本原理,建立了补偿量数学模型,运用实时仿真系统代替有效载荷扫描辐射计、大气垂直探测仪及姿轨控等相关分系统模拟了卫星在轨工作状况,对图像定位与配准技术进行了仿真验证研究,结果表明:该验证方法合理有效,可为图像定位配准系统设计及在轨应用提供参考依据。     

萤火一号火星探测器MEMS陀螺姿态确定技术

对萤火一号(YH-1)火星探测器姿态控制分系统中石英微电磁系统(MEMS)陀螺的应用进行了研究.对MEMS陀螺进行了温漂标定试验和年漂测试专项试验.根据试验结果对MEMS陀螺进行建模,用高低温零位在轨标定算法对MEMS陀螺零位进行一次修正,再用星敏感器和陀螺联合定姿算法对高低温零位标定残差进行二次在轨修正.数学仿真结果表明:高低温在轨修正算法和卡尔曼滤波算法有效,提高了石英MEMS陀螺的测量精度.     

高分多模卫星控制分系统设计及在轨验证

高分多模卫星(GFDM-1)对控制分系统姿态测量精度、姿态确定精度、卫星姿态控制能力、卫星机动能力、可靠性和地面验证方面都提出了更高的要求。文章针对高分多模卫星的特点,对控制分系统的体系结构、技术方案、可靠性设计、寿命试验等方面进行了概述,重点论述了卫星控制分系统基于二级总线的轻小型化体系结构、高精度高稳定度姿态控制技术、敏捷机动姿态轨迹规划技术、长寿命高可靠设计方案。根据卫星在轨运行数据,给出了控制分系统单机和系统性能指标在轨验证情况。     

北京三号A/B卫星供配电分系统设计

北京三号A/B卫星供配电分系统为满足卫星敏捷机动及高功率的特点与需求,将传统电源控制器与配电器合为1台电源调控器单机(PCDU)。它采用42.0 V半调节母线拓扑结构,选用容量衰降速度更低、寿命循环性能更好的高比能量镍钴铝(NCA)锂离子蓄电池单体,以及平均效率不低于32%的太阳电池片,大大减小了质量。此外,任务规划软件中还加入了卫星电源系统仿真计算模型,为规划任务的可行性提供决策依据。供配电分系统在轨运行稳定,在轨数据与仿真计算模型运行结果相符,其设计可为类似功率等级的卫星提供参考。     

基于UKF的微小卫星姿态确定方法研究

围绕某日-地空间环境组网探测系统中三轴稳定微小卫星定姿分系统的设计需求,基于陀螺、太阳敏感器、磁强计和星敏感器4种敏感器,研究了微小卫星在速率阻尼模式、太阳捕获模式、对日对地定向及维持模式、试验模式下的系统建模方法,以及基于Unscented卡尔曼滤波(UKF)的组合定姿方法。数值仿真结果表明,本文定姿方法的姿态确定精度满足该系统中三轴稳定微小卫星在轨运行的定姿精度要求,为该微小卫星半物理仿真系统的研究及其在轨运行时的姿态确定提供了依据。     

基于群体智能的微纳卫星集群自主控制系统研究

随着卫星应用需求的发展,越来越多的航天任务已经不能仅靠单颗卫星来完成,而必须依靠多颗微纳卫星集群联合工作才能完成。文章针对星群面临的在轨运行管理和效能问题,研究了基于群体智能的微纳卫星集群自主控制系统,包括星群自主认知与自主决策技术、构型建立维持与重构技术和星间高低速协同通信技术等3个方面,对星群集群控制典型应用场景进行了仿真验证,结果表明：集群自主控制能够满足星群任务的实时性、轨道构型误差和星间动态网络等指标要求,可为推动微纳卫星集群在轨应用提供技术支撑。     

侦察卫星星座覆盖性能仿真分析软件设计

为了快速、便捷分析天基侦察系统的对地覆盖性能,开展综合对比分析,设计开发天基侦察卫星星座对地覆盖性能仿真分析系统。仿真系统基于VS2010平台开发,通过软件交互接口调用STK引擎完成计算,使用Matlab编译的库函数完成仿真数据处理及可视化输出。仿真系统采用Redis数据库实现输入参数和仿真结果的存储,并提供与外部程序静态和动态交互功能。仿真系统提供独立仿真和协同仿真两种工作方式,可独立运行分析星座覆盖性能,也可作为其它仿真系统的一部分,在外部命令控制下运行。经应用测试,该系统可以快速、有效完成卫星星座对地面目标的覆盖性能对比分析,为天基侦察系统星座构型设计论证提供支撑。     

高分三号卫星控制分系统设计与在轨验证

高分三号(GF-3)卫星是国内首颗设计寿命8年且转动惯量最大的低轨遥感卫星。与以往同类卫星相比,文章针对GF-3卫星的特点,对控制分系统的体系结构、技术方案、可靠性设计、寿命试验等方面进行了概述,重点论述了卫星控制分系统基于二级总线的轻小型化体系结构、高精度姿态全零多普勒导引技术、高精度高稳定度姿态控制技术、长寿命高可靠设计方案。根据卫星在轨运行数据,给出了控制分系统单机和系统性能指标在轨验证情况。     

基于飞轮控制的空间机器人质量参数辨识

针对空间机器人进行在轨辨识时存在精度不高、燃料消耗较大等问题,提出了基于飞轮控制的在轨辨识方法,可以有效地解决辨识时存在的问题。该方法采用飞轮控制作为激励方式,通过改变机械臂的构型使整个空间机器人系统的质量分布发生变化,分别测量构型改变后的角速度和线加速度,以计算出基座本体的质量、质心和转动惯量。此外,分析了机械臂与本体的质量比对辨识精度的影响。仿真结果表明,本文的方法可操作性强、精度较高,燃料消耗较小,可以应用于空间机器人的在轨辨识中。     

遥感卫星在轨故障统计与分析

对遥感卫星1988年—2014年的在轨故障数据进行分类研究发现:控制、载荷、测控和数传是遥感卫星在轨故障发生比例最高的4个分系统;故障主要发生于在轨第1年;环境、设计和器件类故障为主要的在轨故障类型;大多数故障可以通过在轨自主诊断、地面操作等方式及时予以解决, 对遥感卫星完成任务的固有能力影响较小;各分系统的在轨故障特点各不相同。文章最后针对故障原因, 提出了增加遥感卫星的地面试验与测试、加强抗辐射加固设计和开展基于在轨故障规律的分系统技术状态控制等对策, 以降低卫星的在轨故障率, 保证卫星在轨可靠、安全运行。     

一种低轨星座高精度相位保持方法

针对大型低轨星座在轨运行的高精度构型保持问题,提出了一种基于极限环的高精度相位保持方法。首先,推导了实际轨道与参考轨道的平相位角偏差与半长轴偏差的关系；然后,建立了基于极限环的相位保持周期以及半长轴改变量计算方法；最后,基于推导的半长轴偏差与相位偏差的关系,提出了一种相位保持实施方法。考虑地球非球形和大气阻力的数值仿真表明：本文提出的相位保持方法能够在卫星定轨数据精度不高、数据采样间隔较大的情况下,实现低轨星座系统的高精度相位保持。     

神舟飞船测控与通信分系统研制与飞行结果评价

介绍了神舟飞船测控与通信分系统主要功能、系统组成,描述了分系统的主要方案,包括跟踪测轨、遥测、遥控、数据传输、图像、话音以及着陆信标等方案,总结了分系统的技术特点,对分系统在轨飞行性能进行了总结与评价,给出了测控与通信分系统各项功能满足要求、圆满完成飞行任务的结论。     

应用层次分析法的航天器健康评估方法

采用层次分析法,实现各故障模式对航天器系统、分系统、单机设备影响权重的量化和分析,并提出航天器健康评估体系分级构建思想;结合航天器遥测数据特性对故障预测技术和健康评估方法进行了研究,设计了新陈代谢GM(1,1)等动态预测模型,给出了故障模式预测仿真结果。研究结果可为航天器在轨任务规划、故障处理维护等提供借鉴。     

航天器综合电子系统在轨重构容错技术研究

重构容错技术是指利用可重用的软硬件资源,根据不同的任务需求或故障情况进行重新配置,从而可以实现在轨升级或故障修复。文章在介绍重构容错技术的基础上,以NASA的SpaceCube处理器和BittWare公司的重构处理器为典型案例,阐述了其系统构架、重构容错设计和应用情况,总结分析了航天器综合电子系统重构容错技术的优势,如减少系统的冗余和备份,降低制造和修复成本,实现系统内部局部故障的自修复等。借鉴国外重构容错技术的发展和应用,总结出国内航天器综合电子系统重构容错技术应用存在的问题,如缺乏标准化的功能模块设计、在轨故障诊断精度较低等,并提出应开展在轨重构需求分析,以及功能模块化和可重构性的方案设计等建议,可为国内航天器综合电子系统的在轨重构容错设计及相关研究工作提供参考。