基于PEA的椭圆轨道航天器编队飞行高精度位置保持

针对航天器编队飞行时相对位置保持精度要求高的特点,采用基于线性变参数模型的多项式特征结构配置方法设计椭圆轨道航天器间相对位置控制算法。对于线性变参数控制系统,本文将基于线性定常系统的多项式特征结构配置方法推广以确保系统性能与变化参数间的独立性。在特征结构配置时,先设计带参数变化的控制器结构后计算出带未知控制器增益的设计闭环传递函数,接着将其与含有闭环系统性能的期望传递函数在三个条件下进行匹配,进而获得未知控制器增益的表达式。在设计实际控制椭圆轨道编队飞行MIMO相对位置保持算法时,将系统期望传递函数设为解耦形式来实现三轴位置控制间的解耦控制,达到提高系统控制性能的目的。最后进行相应的数学仿真,其结果表明该算法能够保证系统的高精度位置保持要求。     

用自动寻优压根系数求运载火箭传递函数的计算法

根据大型运载火箭的结构弹性,液体晃动和刚体运动的特性,由平台、速率陀螺和横(法)向加速度表等并联支路的传递函数零、极点,自动确定姿态系统开环或闭环传递函数多项式的最大系数项及其值,再由最大系数值和所用计算机的字长介出最佳压根系数K~*。最后用K~*进行压根,一次成功地求出姿态系统开环或闭环传递函数及其零、极点。     

基于改进PEA的日地L2平动点编队飞行高精度位置保持

针对日地L2平动点相对运动拟线性变参数(QLPV)动力学模型,提出一种改进的多项式特征结构配置(PEA)方法实现日地L2平动点编队飞行高精度相对位置保持.建立日地L2平动点编队飞行相对运动QLPV动力学模型,将基于线性时不变系统(LTI)的PEA方法进行改进,设计参数/状态变化的控制方法来获取闭环系统设计传递函数,与期望传递函数进行类似于线性系统的条件匹配,获得含时变参数和状态的多项式控制器,确保系统在参数和状态变化时能保持控制系统性能不变.在进行多输入多输出(MIMO)系统的算法设计时,将系统期望传递函数设为解耦形式,实现飞行器三轴位置间的解耦控制,以确保系统的控制精度.考虑到拟线性变参数系统与传统线性系统的不同,对拟线性变参数闭环系统的稳定性进行分析.最后进行了相应的数学仿真验证算法的可行性和有效性.     

空间红外遥感相机制冷机微振动对MTF影响分析

空间红外遥感相机内部活动部件微振动载荷会引起相机光学元件产生刚体位移和面形变化,从而影响相机的在轨光学成像品质。文章基于某空间红外遥感相机内部扰振源的测试结果,建立了适用于微振动分析的相机精细有限元模型,经分析计算,确定了基于Zernike多项式曲面拟合和调制传递函数(MTF)分析的方法和流程;最后结合某空间红外遥感相机进行MTF影响分析,结果显示制冷机微振动对该相机MTF影响在工程可接受的范围内。     

运用拓扑方法求取网络传递函数

运用拓扑方法求解校正网络的传递函数,它可直接到写出传递函数分子和分母各项,而不是像过去常用克希荷夫定律求解行列式各项。后者的缺点是要对0项的运算和对对消项的运算。特别是对于复杂的校正网络,主要的计算工作量是对0项和对消项的计算,不仅浪费机时,也降低了计算精度。应用拓扑方法求解校正网络的传递函数就能避免上述缺点。因而它得到越来越广泛的应用。     

基于大数据多视场传函计算的星载相机焦面标定方法

为了精准标定星载相机在轨焦面位置,提出了一种基于大数据多视场光电传递函数过焦曲线的计算方法,即采用大数据处理办法,排除温度梯度、振动等测试环境影响,计算得到多视场光电传递函数,并测试计算不同焦面位置下的传递函数,绘制过焦曲线,标定焦面。通过该方法,实现了有效光学口径为600 mm,焦距为2597 mm的高分七号卫星正样激光测高仪系统中两通道可见光足印相机的焦面标定,位置标定精度小于0.02 mm,各个视场传递函数优于0.35(31线对/毫米)。经高分七号在轨图像验证,大数据多视场光电传递函数计算方法完全满足现有星载相机的标定精度和像质要求。     

运载火箭控制系统动力学响应特性分析

对计及刚体、晃动动力学条件下的运载器系统响应特性进行研究和简化分析，提出精简运动方程的主要思想，推导出动力学响应传递函数零、极点与原始参数这间的数学关系式。最后给出计算结果。     

MTF曲面构造方法研究

调制传递函数（modulation transfer function, MTF）是定义在二维频率域空间的实函数,可用一个MTF空间曲面描述,是光学成像系统成像性能的一种重要的评价指标。由于成像系统的二维MTF曲面不能直接测量,需要先测量几个特定方向的一维 MTF曲线,再由曲面构造方法间接获得。对于同样的MTF曲线组,用不同方法构造出的MTF曲面各不相同,因此有必要研究MTF曲面构造方法的有效性。文章对现有构造 MTF 曲面的乘积法和插值法进行分析,提出一种新的旋转插补法,并使用（准）高斯函数和4次多项式函数作为二维MTF曲面的模拟标准,对上述3种方法的有效性和误差分布进行定量分析。实验结果显示,旋转插补法具有更好的适用性。     

异形遮拦光学系统衍射限MTF数值计算方法研究

根据光学系统理想光学传递函数(OTF)与光瞳函数P(x,y)的关系,文章提出了一种求取光学系统调制传递函数(MTF)的数值计算方法,以解决不能解析求解异形遮拦光学系统调制传递函数的问题。利用该方法可在光学设计初级阶段就能对光学性能进行预估,其中结合具体光学系统给出了若干计算实例并与该光学系统的实际指标进行了对比,基本一致,表明该方法可以在光学详细设计前实现较准确的光学系统成像性能预估。     

运载火箭箭体传递函数和频率特性的计算

讨论运载火箭箭体传递函数和频率特性计算方法.分析了频率特性计算中相位突跳现象及其产生的原因.提出按典型环节来计算箭体频率特性,以解决相位突跳问题.     

High order optimal control of space trajectories with uncertain boundary conditions

A high order optimal control strategy is proposed in this work, based on the use of differential algebraic techniques. In the frame of orbital mechanics, differential algebra allows to represent, by high order Taylor polynomials, the dependency of the spacecraft state on initial conditions and environmental parameters. The resulting polynomials can be manipulated to obtain the high order expansion of the solution of two-point boundary value problems. Since the optimal control problem can be reduced to a two-point boundary value problem, differential algebra is used to compute the high order expansion of the solution of the optimal control problem about a reference trajectory. Whenever perturbations in the nominal conditions occur, new optimal control laws for perturbed initial and final states are obtained by the mere evaluation of polynomials. The performances of the method are assessed on lunar landing, rendezvous maneuvers, and a low-thrust Earth–Mars transfer.     

Digital control algorithms for multi-degree-of-freedom microgravity isolation systems

Two general methodologies have been developed to design digital controllers for multi-degree-of-freedom microgravity isolation systems such that the desired transmissibility matrix is achieved. The absolute accelerations and relative displacements are used as feedback signals. Absolute acceleration signals are used to provide proportional damping in the system whereas relative displacement signals are used to achieve the desired transmissibility. In the first method, the closed-form expression of the controller transfer function metrix for the relative displacement feedback is obtained directly in the Z-domain. The controller transfer function matrix is first obtained in the S-domain and then discretized in the second method. The discrete-time controller transfer function matrices and numerical results are presented for a three-degree-of-freedom system with attractive electromagnetic actuators.     

Sun–Earth L2 point formation control using polynomial eigenstructure assignment

A nonlinear controller based on polynomial eigenstructure assignment (PEA) is presented for the control of Sun–Earth L₂ point formation flying. The relative motion dynamics is formulated as a nonlinear equation and rewritten as a Quasi-Linear Time-Varying (QLTV) model. Using a coprime factorization of the desired closed-loop transfer function, the PEA controller structure is calculated by representing the controller gains as polynomials. During the implementation of spacecraft formation flying, the PEA method is extended from Linear Time-Invariant (LTI) and Linear Parameter-Varying (LPV) models to a QLTV model to produce a closed-loop system with invariant performance over a wide range of conditions. To ensure system performance, the analytic stability analysis of the closed-loop system is developed and a position keeping controller for MIMO formation flying is designed using a decoupling method to achieve the desired performance. Finally, a simulation is carried out to validate the controller performance for the formation flying.     

High order optimal feedback control of space trajectories with bounded control

Optimal feedback control is classically based on linear approximations, whose accuracy drops off rapidly in highly nonlinear dynamics. Several nonlinear optimal feedback control strategies have appeared in recent years. Among them, differential algebraic techniques have been used to tackle nonlinearities by expanding the solution of the optimal control problem about a reference trajectory and reducing the computation of optimal feedback control laws to the evaluation of high order polynomials. However, the resulting high order method could not handle control saturation constraints, which remain a critical facet of nonlinear optimal feedback control. This work introduces the management of saturating actuators in the differential algebraic method. More specifically, the constraints are included in the optimal control problem formulation and differential algebra is used to expand the associated optimal bang–bang solution with respect to the initial and terminal conditions. Optimal feedback control laws for thrust direction and switching times are again computed by evaluating the resulting polynomials. Illustrative applications are presented in the frame of the optimal low-thrust transfer to asteroid 1996 FG₃.     

基于求解校验序列的(n,k,m)卷积码盲识别

针对卫星通信和深空探测等采用的(n,k,m)卷积码盲识别问题,提出了一种新的识别方法。首先,根据卷积码本身的线性约束关系改进分析矩阵模型的构造方法,有效地减小了识别所需数据量。在通过矩阵化简识别出码长、码字起始位置和校验序列基础上,提出了由校验序列推导出生成多项式矩阵的方法,进而完成卷积码的识别。仿真实例表明,该识别方法不需要任何先验条件,能够有效识别所有(n,k,m)卷积码。     

基于借力飞行技术的星际多目标交会转移轨道设计

针对深空探测中的转移轨道问题,提出一种星际多目标交会转移轨道设计方法。该方法基于Tisserand原理,采用能量曲线确定交会目标的序列,由Pork-Chop图确定设计参数的可行域和时序,避免了传统方法在交会目标序列和初始轨道段设计中的缺陷。将多目标交会转移轨道设计问题归结为一种非线性多约束多变量搜索寻优问题,通过梯度下降法,选取目标函数的负梯度方向作为每步迭代的搜索方向,逐步逼近目标函数的极小值点,从而使转移轨道优化问题得到简化。最后,将本文的设计方法用于解决欧空局的ROSETTA任务深空转移轨道的设计,设计结果与欧空局公布的结果一致,从而验证了该设计方法的可行性和正确性。     

应用非线性规划求解异面最优轨道转移问题

研究了一种应用非线性规化求解有限推力作用下异面最优轨道转移问题的方法。采用改进春分点根素形式的高斯行星方程，从庞德里亚金极小值原理出发，将有限推力作用下异面最优轨道转移问题转化为两点边值问题；在考虑边界条件、横截条件及开关函数的前提下，将两点边值问题转化为针对协状态初值等的参数优化问题；最后应用非线性规划方法求解形成的参数优化问题。本方法特点是能得到开关函数从而得到最优发动机开关机逻辑。文章最后通过一个仿真计算，演示了完整的求解过程，验证了方法的有效性。     

气动辅助空间交会最优轨道设计与闭环导引律

给出了同平面HEO-LEO实现空间交会的必要条件;研究了基于气动辅助轨道转移技术实现同平面HEO-LEO的空间交会方案,通过设计一条标准的同平面HEO-LEO气动辅助轨道转移的最优轨迹,得到了轨道转移飞行器(OTV)与目标实现交会必须满足的标准相角;最后对大气飞行段设计了非线性最优闭环导引律,通过引入Lyapunov最陡下降函数,对函数中相应参数进行适当调整,使应用闭环导引律得到的大气内飞行轨迹与最优轨迹充分接近,仿真结果表明该气动辅助空间交会方法正确、可行。     

基于Zernike拟合的三反射面天线赋形设计

多反射面天线系统受空间、位置和尺寸等因素的影响,其主反射面口面存在相位差,从而导致天线辐射性能下降,文章提出了一种利用Zernike多项式赋形多个反射面的方法,通过对副反射面赋形,在主反射面口面得到期望的幅度相位分布。该方法利用Zernike拟合来处理反射面间的光程差,并将主反射面作为固定面,根据几何光学法和光程条件,在Matlab中建立副反射镜初始模型,通过遗传算法优化Zernike系数调整光程差,对副反射镜面形进行优化设计,避免了复杂的微分计算。使用Grasp仿真软件对设计的三反射面天线系统进行了分析,计算表明,与未赋形的三反射面天线相比,赋形反射面天线系统主波束效率提升了10.67%,达到95%以上,验证了该赋形方法的可行性及对天线系统性能提升的有效性。     

大型空间运动体的建模

本文建立了大型空间运动体的模态方程,并利用模态方程导出传递函数矩阵,给出离散传递函数矩阵的分解形式。利用这种方法对控制系统进行设计和频域分析。