基于实时相对测量的航天器指向跟踪控制问题研究

针对大型挠性航天器指向跟踪控制问题,提出一种期望姿态估计方法和基于反步法的姿态跟踪控制方法。首先采用平方根容积卡尔曼滤波进行相对轨道估计,利用相对位置估计信息解算出追踪航天器观测轴指向目标航天器的期望姿态。然后基于修正Rodrigues参数描述的误差姿态动力学方程设计了姿态控制器,考虑系统惯量的不确定性设计了自适应控制律。最后将该方法应用到某空间观测任务中,仿真结果表明了方法的有效性。     

基于对偶四元数的航天器交会对接位姿双目视觉测量算法

针对航天器交会对接中位姿参数的测量问题,突破传统的位姿计算态分而治之的模式,采用双目视觉技术和对偶四元数这一数学工具,建立了追踪航天器与目标航天器间相对位姿参数的统一描述模型.该模型与传统的欧拉角和四元数的描述方法完全不同,具有非常简洁统一的形式.同时,针对该对偶四元数模型,给出其两步解析算法,解算出两航天器间的相对位置和姿态参数.仿真结果表明该算法能够满足航天器位姿参数的测量要求,并且具有较强的稳定性,对航天器的在轨实时应用具有重要参考价值.     

航天器GPS姿态估计算法研究

利用全球定位系统（GPS）确定航天器姿态是GPS在航天器上应用的一个重要方面。分析了几种利用GPS进行航天器姿态估计的典型算法，建立了GPS姿态确定的单差和双差观测模型，对GPS姿态估计的递推算法和利用航天器姿态运动信息的滤波算法进行了仿真计算，验证了模型和算法的有效性。最后，对常用的基于GPS的航天器姿态估计算法进行了分析和讨论，给出了算法选择的原则。     

航天器快速绕飞任务的六自由度滑模控制研究

随着航天器在轨服务的发展,快速绕飞成为当前航天任务设计的一个重要课题.快速绕飞采用受限相对运动轨迹,为了实现任务目标需要考虑航天器位置与姿态的六自由度耦合控制问题.采用滑模变结构控制理论,解决了航天器快速绕飞的六自由度推力控制问题.首先.从完全非线性相对轨道动力学方程和修正罗德里格斯参数表示的姿态运动学方程出发,建立了包含未知有界干扰的六自由度动力学模型,该模型形式简单,适用于任意偏心率的目标轨道;其次,以圆形绕飞为例,给出了任意方位快速绕飞轨迹的数学表示和任意位置期望姿态的计算模型;然后,考虑航天器形状及推力器配置,应用滑模变结构控制的趋近律方法,设计了对未知有界干扰具有鲁棒性的控制律.最后的仿真算例验证了控制律的有效性.     

基于UKF的航天器最小参数姿态矩阵估计方法

钊对航天器的惯性-星光姿态确定系统，选取基于矢量观测的最小参数姿态矩阵估计方法为定姿算法。但是由于系统模型是非线性的，针对系统模型的非线性，将UKF（Unscented Kalman Filter）与最小参数姿态矩阵估计方法结合，设计了一种针对MEMS陀螺和CMOS APS星敏感器的UKF姿念估计器。仿真结果表明：在敏感器精度较差的情况下，该UKF、姿态估计器能够满足大多数航天器对姿态确定精度的要求。此外，UKF和EKF（Extended Kalman Filter）的仿真对比结果表明：UKF滤波器的收敛速度高于EKF滤波器，状态估计的精度也优于EKF滤波器，且数值稳定性好。     

一种参数化非合作目标相对位姿和惯量估计方法

针对故障卫星、失效航天器、空间碎片等空间非合作目标无先验模型,且无法直接获得其角速度及惯量参数等问题,提出一种参数化非合作目标相对位姿和惯量参数估计方法。首先,基于自由航天器姿态动力学模型,用反双曲正切函数来描述含两个独立变量的惯量参数,建立非合作目标角速度传播模型方程;基于立体视觉测量模型,建立非合作目标上若干特征点的量测方程。然后,结合Clohessy-Wiltshire方程描述的航天器间相对运动学模型,以非合作目标的相对位置、相对线速度、相对姿态、惯性角速度及惯量参数为状态量,设计扩展卡尔曼滤波器以估计各状态量。最后,进行不同场景的数值仿真验证。蒙特卡洛仿真结果表明,所设计的滤波器在不同噪声水平下能够高精度地有效估计出非合作目标的相对位姿和惯量参数。     

基于对偶四元数的航天器交会对接位姿视觉测量算法

根据光学测量基本原理建立双目视觉测量模型,提出基于双目视觉的航天器间相对位姿 的测量方法。利用对偶四元数,建立目标航天器的坐标系和追踪航天器上的摄像机坐标 系之间的关系,构造出航天器交会对接位姿误差模型,通过使用拉格朗日求极值的方法,解 算出航天器间的相对位置和姿态。仿真结果表明该算法有效,能够满足航天器交会对接的测 控要求。     

充液挠性航天器姿态机动控制的多目标优化

针对充液挠性航天器姿态快速机动、快速稳定的控制要求,为减小姿态机动对挠性附件振动和液体晃动的激发,设计了一种基于正弦型加加速度的姿态机动路径规划方法。为进一步提高姿态控制性能,提出了一种基于云多目标粒子群算法的姿态控制器参数和机动路径参数联合优化方法。以最小化充液挠性航天器三轴姿态达到指定指向精度的时间以及三轴姿态稳定度,构建多目标优化模型,并应用云多目标粒子群算法求取姿态控制器参数和机动路径参数的Pareto最优解。仿真结果表明:采用多目标联合优化算法得到的控制器与路径参数,能够有效减小液体晃动和挠性附件振动,显著提高充液挠性航天器大角度姿态机动的快速性和稳定性。     

基于双目视觉的航天器间相对位置和姿态的测量方法

在光学测量基本原理上建立了双目视觉测量模型,提出了基于双目视觉的航天器间相对位置及姿态的测量方法,并对测量系统中的误差进行分析,得到影响测量精度的因素。仿真结果表明该方法有效,获得的航天器间相对空间位姿信息的精度能满足航天测控要求,对航天器在轨实时应用具有重要参考价值。     

航天器环境干扰力矩的闭环辨识与补偿

研究引入干扰力矩辨识的方法提高三轴稳定航天器在稳态运行期间的高精度指向控制问题.基于航天器的稳态输出数据和系统传递函数,对环境干扰力矩的完整模型进行闭环辨识.其中采用改进的特征系统实现相关算法和多元线性回归法辨识环境干扰力矩的模型参数,最后使用前馈控制对所辨识的环境干扰力矩实现在线补偿.分析和仿真结果表明,该方案能有效地克服不确定的环境干扰力矩对姿态稳定度的影响,提高在轨运行航天器的姿态稳定精度.     

新概念航天器——模块化分离式卫星

一、何谓"模块化分离式卫星"? 将卫星拆解成若干个不同功能的模块(如有效载荷模块、电源模块、控制模块、推进模块、测控模块和数管模块等),将诸功能模块送入各自的空间轨道,构成星座,每个模块执行自己的功能,模块之间通过无线接口相互配合,共同完成整星的任务,这就是模块化分离式卫星.     

星载标准接口业务在航天器中的应用方法

对空间数据系统咨询委员会(CCSDS)星载标准接口业务(SOIS)的产生历史、研究现状以及体系结构进行了分析。针对中国航天器中星载接口协议不统一、设备和软件通用性差等问题,探讨了在中国航天器中如何应用SOIS标准。文章从星内节点协议配置、SOIS业务选择、与空间链路协议配合等方面,探讨了SOIS标准在中国航天器上的应用方法。应用SOIS标准,将有助于实现星载接口及协议的标准化,以及航天器上设备和软件的通用化。     

谈谈航天器的有效载荷

航天器的有效载荷为乘载于航天器平台上的直接执行特定航天任务的人和物。本文讨论航天器有效载荷的种类和组成、有效载荷在航天器系统内的层次和地位以及有效载荷在航天器设计中的角色和作用。     

航天器总装可靠性研究

文章针对航天器总装过程的特点,提出了航天器总装的可靠性评估理论.首先,提出了航天器总装可靠性的概念,然后对航天器的总装过程进行了建模分析,阐述了航天器总装的可靠度分配原理以及总装FMEA评估方法,从而初步建立了一套适应航天器总装的可靠性理论,以此有效的控制航天器的总装质量,查找出总装过程中的潜在故障失效模式,从而达到提高航天器总装质量和效率的目的.     

2006年各国航天发射活动回顾

2006年全球共进行了66次航天发射,高于2005年的55次,其中美国23次,俄罗斯25次,欧洲5次,中国6次,日本6次,印度1     

Modularity and Spacecraft Cost

From computers to aeronautics, many industries have achieved great cost savings through the use of modular engineering approaches. In standardizing interfaces between elements and by reusing functional units, projects can achieve direct reductions in required development labor and secondary savings from enhanced reliability via improved process control from manufacturing identical units. Issues involved in the extension of modular design to the space industry are discussed. A cost model is developed to resolve some of the conflicting advantages and disadvantages between modular and customized designs. Key regimes are identified that represent the best opportunities for applying modular concepts.     

日金星探测器入轨失败

日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）2010年12月8日宣布,金星探测器＂晓＂此前一天未能成功进入绕金星的轨道,而是与金星擦肩而过。探测器可能可在约6年后再次尝试一次,也可能就此罢休。     

2005年各国航天发射活动回顾

2005年的航天发射次数基本维持了2004年的水平,共进行了55 次航天发射(2004年为54次),其中俄罗斯26次,美国12次,中国5次,欧洲5次,海射公司4次,日本2次,印度1次。这些发射共携带了3颗行星际探测器(彗星、火星和金星探测器)、1架航天飞机、7艘飞船(3艘载人,4艘货运)和65颗各类卫星。全年发射事故较多,共出现3次发射失败和1次部分失败,且均发生在俄罗斯。3次发射失败分别为6月21日闪电M火箭在普列谢茨克发射俄闪电3K军用通信卫星、6月21日波浪火箭从潜艇上发射宇宙1太阳帆技术验证卫星和10月8日呼啸KM火箭在普列谢茨克发射欧空局的“低温星”地球科学卫星。1次部分失败为10月27日宇宙3M火箭在普列谢茨克进行的“一箭九星”发射,其中俄“莫扎耶茨”5科研卫星分离失败,另有两颗卫星失去联络。     

滑翔弹道优化设计研究

研究滑翔弹道优化设计问题.采用考虑地球转速和扁率的动力学模型进行了弹道优化设计.根据滑翔弹道的特点提出了优化设计的方法.针对滑翔弹道优化设计中的强非线性、多约束、多种类性能指标、多局部极值的问题,采用了粒子群全局优化与经典局部优化相结合的算法,并通过仿真计算验证了算法的适用性.针对典型的工程问题,对滑翔弹道进行了优化,设计结果对工程实践具有一定的指导意义.     

航天器解体模型研究综述

对国外航天器解体模型的发展历史、研究现状、数据来源、试验方法和关键技术等进 行了介绍与总结。其中着重介绍了目前使用比较广泛的NASA
EVOLVE4.0解体模型,以及针对此模型而开展的SOCIT4卫星碰撞试验。对国外目前的航天器 解体模型的优点和不足进行了分析,并对发展解体模型所涉及的关键技术,如超高速发射技 术、碎片软回收技术和碎片特性测量技术等进行了介绍。最后,对于在我国开展航天器解体 模型研究提出了建议。