一种基于航天器控制语言的遥控作业操作模式设计

为了更好地满足各种条件下航天器的测控需求,提高中国航天器的测控能力和测控网资源的运行效率,本文提出了一种基于航天器控制语言的遥控作业操作模式。通过分析航天器对测控模式的需求,结合航天器控制语言和测控设备的特点,制定了遥控作业操作模式的设计要求和四个基本要素,给出了工程实现的设计方案。实际应用表明,该模式实现了测控网对航天器的闭环测控,满足了对航天器高效、规范、灵活、准确的测控要求。     

中继卫星系统在我国航天测控中的应用

中继卫星系统高覆盖、数据传输能力强,是航天测控网的重要组成部分。随着我国中继卫星系统的建设和不断完善,其对优化我国航天测控网结构、提升中低轨道航天器测控能力的作用日益明显。本文结合中继卫星系统的特点,分析了我国航天测控任务对中继卫星系统的应用需求,提出了在运载火箭测控、航天器入轨段测控、载人航天测控、卫星在轨长期管理等方面开展中继卫星系统应用的思路,梳理了运载火箭测控、航天器入轨及早期轨道段测控、飞船返回段测控、多址链路测控等方面需要解决的关键技术。     

空间运输系统对空军卫星控制网的影响

二十多年来,空军卫星控制网(AFSCN)为许多军用航天器和发射运载器提供了实时跟踪、遥测和遥控支持。随着国防部航天任务测控要求的变化,空军卫星控制网的测控、通信和数据处理能力的扩展和现代化都已稳步增长。空间运输系统的发展促进了空军卫星控制网的发展。本文介绍了为满足空间运输系统的要求对空军卫星控制网目前已进行的和预期进行的一系列改造。     

基于航天器控制语言的东三平台卫星遥控作业设计与实现

针对东三平台卫星的飞行任务要求,分析了地面测控系统和卫星飞行程序,提出了遥控作业的数据接口及设计原则,并通过作业例程验证了该设计方法。利用该方法设计的系列遥控作业目前已应用在东三平台卫星的测控工程中。     

卫星控制中心系统平台的高可用设计与实现

卫星控制中心是卫星地面测控管理系统的重要组成部分。随着信息技术的飞速发展和测控关键业务量的增长,高可用性、高可靠性及易维护日益成为卫星控制中心系统的设计目标。为满足卫星测控任务的需求,本文描述了卫星控制中心的网络系统、数据处理系统和数据库集群系统的高可用设计,并给出具体项目的成功实现。     

敏捷卫星的联合执行机构控制策略

 针对对地观测敏捷卫星大角度快速机动、高控制精度的任务需求,提出了联合推力器与飞轮作为执行机构的控制策略。该控制策略综合利用2种执行机构的优点:推力器以前馈的形式提供机动过程中所需的主要力矩以实现航天器大角度的快速机动,而飞轮以反馈的形式提供精准的控制力矩以提高机动过程中的姿态控制精度。为补偿由于初始状态偏差和推力器输出力矩不准确所带来的控制误差,采用变结构控制设计了2种姿态跟踪控制器,使航天器能够渐进地跟踪上参考轨迹。并对姿态机动控制过程中,飞轮力矩及转速可能出现的饱和问题作了相应的修正。仿真结果表明了所提控制策略及所设计控制算法的可行性和有效性。     

基于航天测控的实时仿真系统设计

航天器发射试验具有高风险性,而承担航天器测控的测控系统规模庞大、关系复杂,其测控设备、软件的正确性关系到试验成败。仿真技术的广泛应用,使设备、软件的正确性在发射任务前就可以得到充分验证,从而提高发射试验的安全性。以航天器试验任务为背景设计的实时仿真系统,在航天测量船上得到了成功应用,取得了良好的效果。     

TDRSS航天器用户终端一体化设计初探

借鉴美国TDRSS航天器用户终端情况,考虑未来我国中继卫星系统(CTDRSS)发展趋势,面向航天器天地基一体化测控的发展方向,探讨未来CTDRSS航天器用户终端一体化设计历程。     

基于工作流技术的测控信息会签系统设计

为了解决地面测控中心采用纸质方式会签测控信息工作量大、效率低、多航天器支持能力差的问题,论述了测控信息会签系统的设计方法、实施效果。通过分析载人航天测控信息会签的需求和特点,采用工作流技术对测控数据处理过程进行阶段划分和抽象建模,设计用户、岗位和任务的多对多映射方式,规划层次化的会签流程模板,实施会签流程多层次复用和动态组装,构建基于B/S(Browser/Server,浏览器/服务器)模式跨平台的系统架构,以数据库实时同步为基础,建立对称的实时热备工作模式,设计多任务通用的数据库结构,实现了测控信息的在线会签。实际应用表明,基于工作流技术的在线会签系统大幅缩短了测控数据处理周期,提高了航天器上行控制效率,有较高的推广价值。     

多星测控系统资源配置效能评价指标体系研究

对资源配置效能进行评价,是多星测控过程中对航天器提供测控支持的一个重要环节。综合考虑卫星用户、地面站资源拥有方和测控中心控制方等三方观点,可以提出主要评价指标,建立主要多星测控系统资源配置效能评价指标体系,并利用层次分析法(AHP)对诸多影响因素进行初步定性、定量分析,划分层次结构图,给出相关数学模型,同时通过实例分析对模型和算法进行验证。     

Applying automation to spacecraft mission operations

This study was initially undertaken to understand how commonalities among the application of proven automation processes such as aircraft control, nuclear power generation, auto manufacturing, etc. could be applied to spacecraft operations at NASA. These industries applied automation to reduce human repetitive task and mitigate risk, rather than create complete "lights out" operations as was the goal at NASA.     

航天器总装技术状态的数字化管理方法

针对航天器研制过程总装技术状态的结构化刻画、比对以及传递需求,提出一种航天器总装技术状态的结构化表达、统计、管理与应用方法,该方法针对产品设计、工艺设计和工艺实施人员的技术状态协同控制需求,分别定义总装设计（ADC）、总装工艺（APDC）以及总装实做（AIC）等3种技术状态控制视图,以数字样机作为数据集成管理框架,结合基于活动内容模板的工艺设计方法,实现总装工艺技术状态的设置与管理,最终实现总装全过程技术状态数据的精确控制。此外,通过基于工艺数字样机的总装技术状态比对,实现了一种与总装工艺设计及实施过程紧密结合的技术状态视图应用方法。将其应用到卫星设备总装技术状态的控制过程中,证明了该方法对技术状态控制的有益作用。     

基于输出反馈的柔性航天器变结构跟踪控制方法

为解决柔性航天器姿态机动的控制问题,给出了基于输出反馈的变结构跟踪控制算法。针对柔性航天器的大角度机动,在建立了柔性航天器相对参考轨迹的动力学方程的基础上,设计了仅利用航天器本体的角度和角速度信息的变结构跟踪控制器,使得姿态状态跟踪误差(包括姿态跟踪误差和姿态角速度跟踪误差)以及挠性附件的模态变量从任意的初始状态出发都会到达包含原点的一个闭集内,并且姿态状态跟踪误差能收敛到零,并给出了严格的数学证明。仿真结果证明了所提控制方法的可行性和有效性。     

基于循环追踪控制的卫星编队构形调整控制律设计

卫星编队控制问题中，分布式控制优于主从式控制，在编队控制中应用日益广泛。提出了一种基于循环追踪算法的分布式控制策略，分析了该方法的优势。由于循环追踪算法存在编队中心由初始几何中心固定并与运动过程无关的弱点，引进了虚拟灯塔导引进行联合控制实现编队中心可变。建立了三维空间相对运动数学模型，设计非线性循环追踪算法与虚拟灯塔导引联合控制律，对全员联合控制与单星联合控制其余卫星采用非线性循环追踪控制两种方案的计算结果进行比较。结果表明，全员联合控制律的控制方案优于仅单星采用联合控制的方案，两种方案均可实现卫星编队按指定构形运动。     

四元数在伴随卫星姿态控制中的应用

针对传统的欧拉角方法不适用于航天器大幅度姿态机动运动的数值仿真。研究了用四元 空间站伴随卫星的姿态控制问题。介绍了空间站伴随卫星的概念及任务;根据航天器动力学方程,利用李雅普诺夫直接法推导出用四元数表示的空间站伴随卫星姿态控制律,并对该控制律进行了仿真计算,仿真结果表明,所推导的控制律能对空间站伴随卫星进行准确、快速的姿态控制。     

空间飞行器大角度姿态跟踪机动问题研究

研究了姿态跟踪机动问题。通过引入视线坐标系,将时变终端条件的控制问题转化为定边界的控制问题。建立了飞行器相对于视线坐标系的四元数姿态运动学模型,提供了由已知信息计算姿态四元数的函数关系,引入了气度欧拉角变换,基于拟欧拉角信号设计了跟踪机动控制律。通过对空间预警卫星监视低轨道飞行器问题的仿真,验证了设计的正确性。     

Adaptive controller design for satellite attached by non-cooperative object

When non-cooperative body attachment occurs in space, the inertia of the new combination and the change of the system’s momentum are unknown. This uncertainty may lead to the instability of the spacecraft’s attitude control. In order to solve this problem, we propose an adaptive control scheme based on the inertia estimation of the new, combined system of non-cooperative body and satellite. This method can allow the new combination of different situations to reach a stable state with a high level of precision and speed. In this paper, the stability of the adaptive control scheme is proven by constructing a Lyapunov function. A simulation environment in which a non-cooperative body attaches to a satellite attaches to is constructed. The simulation shows that the attitude error converges to a small field when using the control scheme, regardless of unfavorable cases, including unknown inertia parameters, added momentum. In addition, the simulation results show the strong robustness of the control scheme for the new combination.     

Sub-optimal fixed-finite-horizon spacecraft configuration control on SE(3)

For achieving the desired configuration of spacecraft at the desired fixed time, a sub-optimal fixed-finite-horizon configuration control method on the Lie group SE(3) is developed based on the Model Predictive Static Programming (MPSP). The MPSP technique has been widely used to solve finite-horizon optimal control problems and is known for its high computational efficiency thanks to the closed-form solution, but it cannot be directly applied to systems on SE(3). The methodological innovation in this paper enables that the MPSP technique is extended to the geometric control on SE(3), using the variational principle, the left-invariant properties of Lie groups, and the topology structure of Lie algebra space. Moreover, the energy consumption, which is crucial for spacecraft operations, is considered as the objective function to be optimized in the optimal control formulation. The effectiveness of the designed sub-optimal control method is demonstrated through an online simulation under disturbances and state measurement errors.     

一种基于投影寻踪的航天器健康评估方法

针对常用健康评估方法在航天器测控管理领域应用过程中出现的通用性、易用性和适用性方面的不足,提出了一种基于投影寻踪评估模型的航天器健康评估方法.该方法首先计算得出分系统运行状态的可信度;然后利用卫星故障预案和故障实例构建投影寻踪评估模型,自动获取运行状态指数评价权重;最后通过构建等级评价标准对航天器健康状态进行评估.以某在轨卫星为例进行仿真测试,验证结果显示该方法所构建模型简便且易于升级维护,评估结果与实际情况吻合,对解决实际的工程问题具有实用价值.