航天器控制系统智能健康管理技术发展综述

健康管理作为智能自主控制亟待突破的关键技术之一,是提升航天器安全可靠稳定运行能力的有效手段。结合人工智能技术的发展趋势,基于前期已建立的新型航天器智能自主控制系统通用架构,详细综述航天器控制系统的智能健康管理技术现状与发展趋势。首先,根据现有航天器设计、研制和在轨的具体情况,梳理出航天器控制系统健康管理技术所面临的挑战;然后,分别从故障预警、故障诊断和寿命评估3个方面,详细阐述基于人工智能的健康管理技术研究现状及其在航天领域的应用情况;最后,提炼出航天器控制系统健康管理技术的发展方向。     

舰载无人机战术控制系统及相关技术

美国正在开发的舰面战术控制系统（TCS）是对舰载无人机实施控制、协同、统一调配的重要枢纽，它能有效地指挥和控制各种类型无人机，实现彼此信息共享，更好地完成各种任务。     

载人航天器空气环境参数控制非定常仿真分析

为支持乘员在轨驻留,载人航天器需通过空气环境控制系统将众多设计参数和空气环境参数控制在指标范围内。文章建立了一种载人航天器空气环境非定常控制仿真分析模型,包括舱体模块、航天员模块、舱压控制模块、温湿度控制模块以及CO2净化模块。利用该模型分析了载人航天器空气环境参数随乘员代谢水平的非定常变化趋势,并评估了控制系统的工作性能。结果表明:乘员代谢水平变化对空气环境参数有显著影响,通过调节控制系统运行参数可将各空气参数控制在有效指标范围内。人区温度与O2分压、CO2分压和人区湿度有密切的影响关系,不可孤立地进行分析。为载人航天器空气环境参数控制系统的设计和流程改进提供了依据。     

SCL语言：一个现成的航天器控制产品

在紧缩军事、民用和商业航天预算的时代，需要一种解决多星控制的现成方法。适用于多种航天器的标准操作接口允许地面和航天器操作采取同一种手段。许多航天工程的一个共同趋势是使航天器和地面站自主化，从而减少操作人员。接口和控制系统公司（ＩＣＳ）开发的“航天器控制语言”（ＳＣＬ）系统为航天器操作提供了一种现成的手段。ＳＣＬ系统提供了一种超描述接口，该接口对各航天工程都是标准的。它撇开航天器和地面站的硬件特性，     

基于旋转矩阵的预设时间航天器编队姿态协同控制

由多个航天器组成的编队系统对复杂的环境往往具有较高的适应性和容错性,能更高效率地完成单航天器难以完成的任务。因此主要针对多航天器系统的姿态协同控制问题,提出一种基于旋转矩阵的预设时间控制算法。首先,为了避免航天器姿态建模的奇异性和模糊性问题,采用旋转矩阵对航天器的姿态进行统一描述,同时结合有向的通信拓扑对航天器姿态协同控制系统进行建模。其次,为赋予系统可控的收敛速度,提出一种基于滑模的预设时间控制算法。该算法的引入使得航天器编队系统的收敛时间可以在合理的范围内任意给定。此外,为了实现系统对参数摄动和外部干扰的鲁棒性,采用神经网络和自适应算法对不确定性进行在线估计与补偿。最后,通过理论分析和数值仿真验证了所提预设时间控制算法的有效性。     

集群航天器构形重构滑模变结构控制方法

针对大规模航天器集群飞行构形控制问题,提出了一种基于滑模变结构控制与改进人工势场法相结合的控制方法。集群航天器相对运动采用非线性动力学方程描述,人工势场法可以避免集群航天器之间的碰撞,滑模变结构控制对摄动干扰和模型不确定性具有鲁棒性,可以实现构形的精确控制。利用Lyapunov稳定性理论,证明了控制系统的全局渐进稳定性。通过仿真算例,验证了控制方法的可行性。     

美空军与工业部门协力对地面控制系统进行改造

美空军正与工业和政府部门合作制定一项利用商业软件实现其卫星地面控制系统现代化的计划。 空军卫星控制网(AFSCN)已有约23年的历史,它通过分布于全球8个地面站的15架天线控制100多个军用航天器。位于克罗拉多斯普林斯的空军航天司令部供给部负责人Brian Amold说,国防部准备设计一种新型的控制系统,以便充分利用最先进的技术。     

美国海军空战中心武器分部近日试验新的导弹技术

波音公司近日验证了由一名操纵员使用先进自主控制软件、3架"扫描鹰"无人机和1台机载预警与控制系统(AwACS)控制台同时指挥和控制多架无人机(UAV)。这种能力将通过一个开放式、基于标准的系统提高同现有和未来指挥与控制系统的互用性,并大大减少无人机操纵员的工作负荷。波音公司有关负责人说:"减少工作负荷可使一名操纵员管理一组无人机作为协同作战系统。任务操纵员无     

基于会切场推力器的无拖曳控制系统建模

为了研究航天器无拖曳控制系统的建模方法、评估会切场推力器性能以及传感器测量误差对无拖曳控制系统性能的影响,基于会切场推力器的性能实验数据,采用轨道动力学理论,大气阻力模型和PID控制设计方法完成了无拖曳控制系统设计,并对推力器推力分辨率、推力器瞬态响应时间以及传感器测量误差对闭环控制系统性能的影响进行了研究。仿真结果表明控制系统工作性能良好,推力分辨率以及传感器的测量误差对系统性能影响较小,但是推力器的响应延迟对控制系统精度造成较大影响,需要在后期的推力器设计中进行进一步的优化改进。综合考虑以上因素后,闭环系统在航天器速度方向的最大位移误差为747.51nm,最大速度误差为733.36nm/s,该仿真结果说明了会切场推力器应用于无拖曳任务的可行性。     

对海作战无人机指挥控制系统发展综述

首先对国外无人机指挥控制系统的发展现状、趋势进行了分析,引出我国对海作战无人机指挥控制系统产品谱系、技术领域发展路线的研究需求,还分析了我国对海作战无人机的作战需求和部署模式,得出不同形态控制站的发展思路和技术路线,同时结合美军无人机指挥控制系统核心能力发展情况,提出我国对海作战无人机指挥控制系统重点技术发展规划,为我国对海作战先进无人机指挥控制装备的研发进行探索。     

太阳帆航天器被动姿态控制研究

针对由有效载荷、太阳帆和4个控制叶片所组成的太阳帆航天器系统,从物理模型出发,利用欧拉方程建立了姿态动力学模型,并通过数值仿真对太阳帆航天器基于控制叶片的对日定向性能进行了研究。研究结果表明,在行星际飞行中太阳帆航天器可以通过使控制叶片保持偏置来保持姿态稳定。     

天舟一号货运飞船分散配电控制系统

针对天舟一号货运飞船配电系统配电电压高、设备数量多、布局分散、控制复杂的设计特点,综合负载设备配电需求、火工装置引爆需求、组合体间并网供电需求,提出了货运飞船分散配电控制设计:综合考虑设备布局、电压变换、电缆压降等设计因素,将传统两级电压变换优化成单级变换,给出配电控制器的通用化设计方案。设计的分散配电控制系统应用于飞行任务中,实现了天舟一号配电控制系统的高效、安全、可靠设计和在轨运行安全,可为我国后续载人航天器配电控制系统设计提供参考。     

因特网简便航天器地面操作

因特网是众多旨在降低航天器在轨操作成本的新技术之一,它允许地面小组不到操作中心即可对航天器进行监控。 地面控制人员需要对这一技术的效果进行验证,确保在降低卫星造价的同时,不会增加地面控制系统的费用。 由英国Rutherford Appleton实验室操作的卫星地面控制站的主管Peter说:“我们正向着不断提高的自主操作迈进,减少操作人员是我们的追求。”在99年10月4～8日举行的国际宇航联大会上,众多地面站操     

一种经济效益很高的校准无线电外测系统的方法——卫星校准法

一、鉴定和校准的重要性和紧迫性导弹武器系统和航天器的运载火箭在研制过程中,需要经过靶场飞行试验的全面鉴定。弹道式导弹(运载火箭)制导系统的鉴定,航天器的指挥控制,都需要靶场测量设备和跟踪网站提供精确的位置和速度数据。可以说,导弹武器系统和航天器的实际效能在很大程度上取决于靶场外测数据的质量。而高精度的外测数据在很大程度上又取决于外测系统本身的鉴定和校准工作。因为,确保规定的测量精度,是对外测系统提出的最重要的要求之一,而对一切     

基于椭圆空腔虚拟势场的航天器集群控制方法

航天器集群由多个航天器在空间轨道上近距离飞行,进行信息交换,并相互协同共同完成空间任务。航天器集群作为智能集群在空间领域的表现形式,是智能集群的重要组成部分。当前,许多空间科学研究机构提出了多个航天器集群的研究计划,如 ANTS计划、APIES计划等。文章以在小行星带探测航天器集群为研究对象,提出了航天器集群的自组织控制方法,利用虚拟势场力使得与这个参考航天器构成最大距离可控的空间构型,从而保 证了航天器集群中的所有航天器共同构成松散空间构型。     

非合作航天器姿态接管无辨识预设性能控制

在对非合作航天器进行姿态接管控制时,可能面对目标航天器参数未知、构型改变引起的不确定性及目标施加的非合作控制输入等挑战。针对上述问题提出了一种基于预设性能控制理论的非合作航天器姿态接管控制方法。首先,建立了姿态跟踪运动的非奇异拉格朗日型模型;然后,利用跟踪微分器构造不包含角速度信息的广义状态量,设计无需参数辨识的非奇异预设性能控制器,并证明了系统状态变量的有界性和控制系统在预设的性能指标以内。最后,通过数值仿真验证了所提出方法的有效性及其对时变参数不确定性和非合作控制输入的鲁棒性。     

人工智能用于太空望远镜的实时监控

 哈勃太空望远镜是已经建造的航天器中最为复杂的一个。由于这台太空望远镜将在空间日以继夜地至少运行十五年,这就使监控它成为一项十分艰巨的工作。为了解决这类问题,洛克希德导弹和航天公司的研究人员正在应用工智能技术,使监控哈勃太空望远镜的工作比较易行。 运行支持遥测分析逻辑（TALOS）系统正在设计之中,这套系统能帮助地面控制人员缩短检测、判断和排除故障所需要的时间。哈勃太空望远镜只要有一秒钟不工作,就会丢失有价值的科学数据。我们希望研制一套系统,使控制人员能全神贯注于细微变化,而TALOS则保持正常的意外变故监视。对于从这个航天器上不断转发来的5000多个参数,TALOS     

应用于航天的专家系统外壳

从地面对航天器上复杂的、紧密耦合的系统进行控制是一项非常复杂的任务。在起飞期间,操作员不停地监视着输入的系统数据,并作出各种判断以保证发射成功。在大多数系统中,操作员从嵌入地面控制计算机的软件中获取这些原始数据。如果数据超过了某一固定门限,则软件触发一个警告。然而,紧密耦合的子系统经常会引发几个警告并同时发声,信息大量涌向操作员,延误操作员的反应时间,导致慌乱、疏忽和系统失败。     

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。     

NASA地球观测系统的数据和信息系统(EOSDIS)——处理、归档并分配大量地球科学图象及有关产品的综合系统

地球观测系统数据及信息系统(EOSDIS)正在NASA哥达德航天中心进行开发,目的是建立一个包含15年数据的综合性全球数据库,数据量达几拍它(1拍它=10~(15))。EOSDIS将指挥和控制一系列EOS卫星,进行分布式数据处理,并在8个服务站进行数据归档和分配服务。本文介绍了EOSDIS的核心部件,主要是规划和处理科学数据产品的功能。