新一代运载火箭姿态控制技术

开展了新一代运载火箭姿态控制设计技术研究,推导了工程适用的姿态动力学模型,基于牛顿-欧拉法建立了刚体质心和绕质心运动方程、液体晃动方程,基于有限元方法建立了火箭弹性振动方程,弹性运动方程基于空间模态,反映了横向、纵向、扭转与助推器局部模态对火箭的姿态与载荷的影响.基于空间模态的姿态动力学模型研究了姿控系统设计方法,给出了工程适用的姿控系统设计方法.开展了容错重构技术研究,分析了伺服机构故障对姿控系统的影响,为提高运载火箭的飞行可靠性和抗故障能力奠定了基础.对主动减载技术进行了研究,能够对高空风产生的气动载荷进行主动抑制,放宽了发射条件,对新一代捆绑运载火箭姿控系统的设计具有重要的借鉴意义.     

仿真模型的可重用性研究

针对目前建模与仿真的现状和特点,分析了解决仿真模型重用的关键技术－面向对象的分析与设计方法的基本原则和重要作用。指出了面向对象技术中的抽象、信息隐藏、多态和继承等基本原则是隐藏复杂性、提高代码重用性和标准化的基础。进一步给出了模型重用的分类和前提,并重点论证了模型分类、公有属性提取、结构与参数分离、数据与处理方法的封装和ＶＶ＆Ａ技术是实现仿真模型可重用性的技术步骤。     

小卫星姿控与星务管理的一体化设计

介绍一种将姿控系统和星务管理系统融为一体的设计思想，它节约了星载机资源，提高了系统信息处理的实时性，很好地体现了小卫星的质量轻、体积小、成本低的优势。对姿控系统的硬件组成、卫星的飞行模式和控制策略、星务管理软件的体系结构和总结设计思想、姿控软件的星务管理软件的接口设计等内容做了重点讨论。     

基于计算机视觉的UAV自主空中加油半物理仿真

设计并实现了一种基于计算机视觉的无人机（UAV,Unmanned Aerial Vehicle）自主空中加油仿真平台,采用点匹配与位姿估计算法对软管式加油锥发光二极管（LED,Light Emitting Diodes）标志进行识别.对大气扰动和尾涡流进行了建模,建立了加油锥模型,并设计了加油锥运动状态预估算法.在此基础上,设计了基于线性二次型调节器（LQR,Linear Quadratic Regulator）的飞行控制律.基于上述技术,在实验室环境下设计开发了基于单目机载摄像机的无人机自主空中加油半物理仿真平台.半物理试验结果表明：所设计的位姿匹配算法和飞行控制律能够满足复杂环境下无人机自主空中加油的性能要求,具有较强的实时性、准确性和鲁棒性.     

基于AFDX网络的飞行管理仿真系统

系统建模与数字仿真是大型客机飞行管理系统研发的重要阶段.初步建立了基于航空电子全双工交换式以太网(AFDX,Avionics Full-Duplex Switched Ethernet)的飞行管理系统分布式实时仿真系统模型.对飞行计划、飞行导引、轨迹预测、性能计算、综合导航、导航数据库、综合显示等核心功能进行了分析建模和算法开发.并在此基础上对飞行管理计算机、综合导航系统、自动飞行系统等仿真子系统进行了设计,在满足实时性要求的前提下,基于AFDX网络与分布式仿真结构实现了对以飞行管理计算机系统为核心的航空电子仿真系统的集成,给出了一种通用的、基于AFDX网络的飞行管理系统分布式仿真框架.仿真系统的运行结果证明:基于AFDX网络的分布式仿真结构能够有效满足实时性要求,提高网络通信性能.      

计算机生成兵力建模仿真支撑框架

计算机生成兵力CGF(Computer Generate Force)建模仿真支撑框架为仿真的快速开发提供支持.根据建模仿真领域的相关研究,提出组装是实现这一目标的有效途径.可组装性是对可重用能力的更高要求,需要必要的框架、知识主体、工具、技术和标准,以有效地实现仿真资源的集成、互操作以及重用.为了实现组装过程的自动化,支撑框架通过对典型CGF仿真开发过程进行分析,提出了相关关键技术,并给出了支撑框架的层次结构视图,为原型系统的构建提供了依据.支撑框架通过对模型规范的研究,实现了仿真概念模型的模板,使框架工具能以一致的方式对仿真模型进行表示和操作.      

小卫星简化数值仿真平台与模型设计

小卫星以它低成本,多样化的特点,成为了空间科学任务的重要载体,建立小卫星数值仿真平台,并且对它进行一定的验证和评估是相当必要的.针对小卫星3个关键子系统—电源系统,热控系统,姿轨控系统进行详细的理论分析,分别对3个子系统建立有效模型;基于HLA技术设置相关的串口与协议,建立小卫星数值仿真平台.在给定有效参数后,对数值仿真平台的运行进行分析,验证仿真平台具有重要的使用价值.     

基于ECSS标准的航天器姿轨控系统内1553B总线数据协议设计

摘要： 国内外航天器姿轨控系统广泛应用基于1553B内总线的体系结构.针对国内航天器姿轨控系统内部1553B总线数据协议不统一带来的可集成性、可扩展性和通用性差的问题，本文设计了基于ECSS标准的姿轨控系统内1553B数据总线协议，从姿轨控系统内部总线数据业务需求分析出发，提出了四层结构的数据协议体系结构，重点介绍了在应用支持层和链路服务层应用ECSS标准的总线协议设计，并说明了协议的应用情况.应用该国际通用的标准协议，有助于实现国内航天器姿轨控系统内1553B总线数据协议的标准化，进而提升姿轨控系统体系结构的可集成性、可扩展性、以及星载设备(含软件)的通用化.     

高空风对大型客机航线性能的量化影响

高空风会影响大型客机航线飞行的油耗和飞行时间。本文提出了一种计算高空风对航线性能量化影响的方法,并分析了高空风对航线性能的量化影响。建立了有风条件下飞机的飞行仿真模型,提出了针对飞机航线飞行的驾驶员建模方法,基于"驾驶员-飞机"闭环数字虚拟飞行仿真方法,提出了一种计算高空风条件下飞机航线性能的方法。对算例飞机在典型航线下的油耗、飞行距离、飞行时间进行了计算与分析。结果表明:在飞行距离相同时,顺风可以减少飞机的航线飞行时间并降低油耗,逆风会增加飞机的航线飞行时间并增加油耗;由于高空风的影响,部分航线往返飞行时,油耗和飞行时间相差较大;对于部分远程航线,由于高空风的影响,为满足最大起飞重量限制,飞机需要减小商载以装载更多燃油,确保能够飞抵目的机场。     

基于中间件的抗辐射加固仿真云平台技术研究

航空航天的飞速发展对抗辐射加固仿真提出了更高的标准和要求.提出了一种基于可组合可重用中间件的云仿真平台.该平台中，仿真软件采用虚拟机+docker的方式进行部署，以降低虚拟机的功耗并避免资源浪费.在该平台架构上，首先提出了基于微服务的可组合可重用仿真中间件通用模型.然后在通用模型基础上设计并实现了典型抗辐射加固仿真场景下的关键中间件，包括模型显示中间件和脚本转换中间件.最后通过Petri网动态组合仿真中间件来完成仿真任务.结果表明以云平台为基础，可重用可组合中间件为核心的仿真平台架构能够有效提高仿真平台的可重用性、可扩展性和灵活性.     

新一代战斗机机动作战决策与仿真

近距空战要求新一代战斗机具有较好的机动性能.根据基本的空战机动模式进行机动作战决策的建模,在综合飞行/火力/推进分布式计算机实时仿真系统中,运用大机动非线性鲁棒飞行控制律进行了典型的机动作战仿真.仿真结果表明,具有大机动性能的飞机在空战过程中显示出了很好的效益优势.      

对地观测卫星总体参数多学科优化

针对对地观测卫星总体参数设计问题,建立了以对地观测性能最佳为目标的多学科优化模型,考虑姿轨控制、电源、结构、推进、有效载荷5个分系统的设计变量和相应约束条件,并考虑运载火箭对卫星设计的约束条件,通过经验公式建立分析模型.采用协同优化方法,利用外点罚函数法将系统级优化问题转化为无约束优化问题以改善协同优化系统级的数值缺陷,建立了多学科设计优化框架.计算结果表明通过优化可提升卫星的对地观测性能,验证了该方法的合理性.建模思路与优化方法可望用于更贴合工程实际的卫星参数设计.      

基于软件重用技术的飞行模拟器软件生成系统

在计算机应用系统中,软件是灵魂。本文研究基于软件重用技术和系统组合技术的飞行模拟器软件生成系统的原理、实践与应用经验。这一方面是由于研究软件重用技术和系统组合技术对缩短软件开发周期、增加软件产量和提高软件质量有着重要的意义,另一方面是因为旧的飞行模拟器软件开发方法已不能适应该领域日益变化的需求。 所谓软件重用技术是指开发新的应用软件时,再次使用已有的软件、知识和方法的技术;所谓系统组合技术是指根据特定应用的需求规格说明和已有的软件、知识和方法,将零散的软构件组装成一个系统的技术。本文给出了结合两种技术的飞行模拟器软件生成系统原型的实现原理和示例。它主要由三大部分组成:可重用的软件库及其管理器、库的浏览/检索器和目标软件生成器。我们用面向对象式语言C++描述其软件结构,以“生产域/消费域”模型作为软件生产、组装的基础。由此原型系统实现的某型号飞行模拟器飞行系统软件的重用、组装及仿真结果表明:基于软件重用技术和系统组合技术的飞行模拟器软件生成系统在理论上与实践上都是可行的;使软件重用技术和系统组合技术结合在一起,用于软件的整个生存周期,是对软件工程过程模型的重大革新。     

MATLAB在飞机环境控制系统仿真中的应用

介绍了在MATLAB环境下,对飞机环境控制系统的建模方法,开发了飞机环控系统综合仿真的MATLAB工具箱.简单介绍了所开发的仿真工具箱,并且用此工具箱对某型飞机的环控系统进行了仿真研究,与实验结果的对比表明,所开发的工具箱,具有很高的仿真精度.     

委内瑞拉遥感卫星姿轨控系统方案及在轨验证

介绍了委内瑞拉遥感卫星姿轨控系统的主要功能、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的指标实现情况,对姿轨控系统方案进行了在轨验证.     

小卫星姿态控制系统半物理仿真关键技术研究

对姿控系统半物理仿真做了深入探讨.首先提出系统的设计方案,即利用微机组网协同工作来完成通常由昂贵的工业实时仿真系统才能胜任的任务.进而讨论各主要组成模块在工程研制中的关键技术,所设计的实时仿真系统通过了严格的工程考验.     

地地弹道导弹可用性仿真评估系统构建

阐述了地地弹道导弹可用性评估的重要性,并以此为需求牵引,提出了以MTMC-RDEDS(Mission Time Monte Carlo Random Discrete Event Dynamic Systems)为核心的可用性建模与仿真一体化框架,结合实际应用,以模型重用技术为基础,构建了拥有丰富建模与仿真知识库、模块化设计与开放式接口的导弹可用性仿真评估系统总体框架及软件层次结构,并给出了涉及工作状态、维修保障、统计优化在内的核心仿真模型与算法,探讨了系统实现的关键技术,包括:随机变量建模、武器系统建模、仿真系统可信度评估.利用VC++和相关软件开发了地地弹道导弹可用性仿真评估系统,给出了仿真运行界面,并进行实例分析,验证模型和系统的有效性.仿真的结果与实际试验情况吻合较好,表明该动态评估方法快捷有效,评估系统建设方案合理可行,适用于工程分析,不失为地地弹道导弹可用性评估的一种有效手段.     

“火星科学实验室”巡航段导航、制导与控制

介绍了美国最近实施的火星着陆任务——"火星科学实验室"在巡航段的姿轨控制和导航系统、巡航轨道控制的约束条件、控制策略设计和执行过程,并对巡航段导航、制导与控制相关经验进行了分析和总结,对于我国即将展开的自主火星探测具有一定的参考价值。可以得到的启示包括:通过蒙特卡洛仿真制定详尽的轨道控制策略,对非引力作用进行精确建模并标定,细化各种故障预案,选择合适的运载火箭入轨瞄准点,并增加海外测控站。     

日本研制离子发动机

日本国立航空实验室研制了一种适用于卫星姿控系统的离子发动机。发动机的首次飞行实验将在日本第三代科学实验卫星(ETS)上进行。此卫星计划在1982年发射。电火箭发动机所产生的推力是由气化汞及其所产生的离子在电场     

基于对偶四元数的编队飞行卫星相对位姿描述

为统一描述编队飞行卫星中主从星的相对位置和姿态参数,利用对偶四元数,建立编队飞行卫星运动学模型,分析其物理意义,提出了基于对偶四元数的编队飞行卫星相对位姿描述的划船算法,并利用这一算法解算出相对位置和姿态参数,突破了传统方法中将卫星轨道和姿态分而治之的方式。仿真结果表明该算法科学合理,能够有效描述编队飞行卫星间的相对位置和姿态。