基于iSIGHT集成平台的次镜支撑结构优化设计

空间遥感相机次镜支撑结构的稳定性对相机的成像品质具有很大的影响,对其进行分析和优化设计具有重要意义。通用的有限元分析方法无法对复杂结构自动进行多目标、多约束及多设计变量的优化设计。文章研究了以 iSIGHT 为集成平台的多目标优化设计方法及复杂结构的参数化有限元模型的建立方法,设计了次镜支撑结构的优化策略;通过分析得到了影响次镜支撑结构稳定性的各变量的灵敏度、设计空间及最优设计方案,结构性能大大提高。这种优化方法可以快速地找到最优方案,大大提高优化效率及产品的可靠性,可应用于其它次镜支撑结构设计乃至整个遥感器的设计中。     

空间相机次镜在轨校正仿真分析

针对空间环境变化引起的面形误差和位置误差导致空间相机成像品质下降的情况,提出一种次镜调整补偿系统像差的多软件联合仿真方法。采用次镜调整来补偿系统像差的方法,利用条纹泽尼克多项式来拟合系统波前像差,建立像差系数和次镜调整量之间的多视场灵敏度矩阵模型,进而通过最小二乘法迭代计算求解出各调整量,实现次镜在轨校正的闭环控制。以偏视场同轴三反消像散光学系统为例进行仿真分析,次镜多次迭代调整可以使系统多个视场的波像差接近原始设计值。仿真结果验证了次镜在轨调整的像差补偿作用,为空间相机在轨主动像差校正技术提供了工程应用参考价值。     

变结构近空间飞行器大飞行包络控制特性研究

针对近空间飞行器大包络、多任务模式飞行运动,结合通用高超声速飞行器确立了近空间飞行器不同飞行阶段的机体结构,详细建立了气动参数由攻角、马赫数与控制舵面偏转最表示的12状态动力学方程,绘制了不同飞行阶段气动参数随攻角、马赫数的变化曲线,建立了近空间飞行器的大包络运动控制模型,而后研究了不同机体结构与飞行状态下的控制特性和各通道耦合性质,表明该系统可以有效用于全程强鲁棒稳定飞行控制系统的设计与仿真测试,充分体现了近空间飞行器非线性、时变、耦合等飞行运动特点,仿真验证表明了研究结果符合现有分析结果.     

空间包络式抓捕机构非接触/接触一体化导纳控制

研究了一种具有闭环约束的空间包络式抓捕机构运动建模和非接触与接触一体化导纳控制。该抓捕机构具有可控的包络结构,能够通过与非合作目标发生多点多次接触,实现柔顺捕获。给出了空间包络式抓捕机构显式的动力学模型和接触模型。设计了具有统一形式的非接触与接触导纳控制策略。该策略在机器人接近目标过程中采用非接触式导纳控制,以降低机械臂与目标物体首次碰撞的接触力,在捕获目标过程中采用接触式导纳控制,减少碰撞次数,获得更大的夹持接触力。数值仿真展示了控制策略的有效性。     

基于主动光学的大型空间相机像质校正仿真

针对大型空间相机在轨像质受空间环境影响严重的问题,文章提出利用基于出瞳变形镜的主动光学技术,对大型空间相机在轨波前像差进行校正,以保证成像品质。文章基于主动光学技术原理、光学表面误差表征方法和变形镜数学模型,建立了大型空间相机像质校正全链路仿真模型,并利用有限元分析软件、光学设计软件ZEMAX与编程软件MATLAB,完成了相关仿真实验;对在轨特定工况条件下大型空间相机像质的退化程度和基于出瞳变形镜的主动光学技术的校正能力进行了分析。实验结果表明:经校正后的像质满足设计要求,为基于主动光学的大型空间相机像质校正技术提供了工程应用参考。     

一种基于调节三镜的空间光学相机离焦补偿方法

离焦补偿是空间光学相机获得良好成像品质的关键。文章基于空间光学相机的技术特点分析其离焦补偿方法,提出调节三镜的离焦补偿方法。利用CODE V光学软件对某高性能光学小相机的光学系统进行仿真分析,获得离焦补偿精度、离焦补偿范围与系统成像品质的关系。为保证光学系统对移动三镜倾角控制要求,对三镜调焦机构直线精度及其力学稳定性进行了测试,最后对相机进行了地面外景成像验证与在轨测试。仿真及试验测试结果表明,调节三镜能有效地补偿空间三反相机在轨各因素引起的系统离焦,满足相机在轨成像品质要求。     

空间对接机构的自适应控制和控制参数优化

空间对接广泛采用Stewart并联机构。用液压Stewart平台模拟对接机构，以研究对接过程的控制。为了获得更好的性能，要求各个液压缸的动态特性以及它们本身的正反向特性相同，对可变负载有鲁棒性，系统过阻尼，调节时间要尽量短。选用模型参考自适应控制（MRAC）很好的解决了这些问题。采用Narendra方案，利用非对称液压缸正反向模型仿真，初步确定控制参数。采用遗传算法对自适应控制器参数进行优化。实验结果表明，控制效果满足要求。     

运载火箭推力故障不确定性下轨迹可达包络分析

针对运载火箭突发推力故障且故障存在不确定性的轨迹设计问题,提出了一种基于状态转移张量法(STT)的故障火箭轨迹可达包络分析方法。首先,建立了推力故障火箭的运动模型,通过构建故障火箭轨迹重规划问题,基于序列二次规划法获得了不考虑故障不确定性的重规划轨迹; 其次,基于线性协方差对非线性系统的不确定性传播进行建模,并对模型进行线性化,在此基础上提出了基于SST的运载火箭轨迹可达包络分析方法; 最后,通过与多次蒙特卡洛仿真对比验证所提方法在运载火箭轨迹可达包络定量分析中的有效性。     

并联六自由度仿真平台完全可达空间研究

研究并联六自由度仿真平台完全可达空间。分析了动平台位姿改变时各液压缸位移的变化情况及其与完全可达空间的关系，在此基础上提出基于运动特征的完全可达空间快速搜索算法，该算法首先将搜索范围限制在可达空间外轮廓附近，并利用极角为零处液压缸位移变化特征快速找到外轮廓的搜索起点，大大缩小搜索范围，提高搜索效率，可快速得到动平台运动极限位置的包络面。以实验室平台为实例，利用该算法绘制出并联六自由度平台的完全可达空间图形。最后，仿真分析了平台完全可达空间与其结构参数间的关系，为平台的设计和优化提供参考。     

空间武器平台潜伏轨道分布模型研究

从敌方空间目标出发,提出了空间武器平台潜伏轨道的概念,分析了空间武器平台潜伏轨道的分类以及影响潜伏轨道选择的因素;进而提出选择空间武器平台潜伏轨道的原则;建立了多目标、多轨道情况下,潜伏轨道的分布模型;给出了目标威胁度及平时利用率约束下的优化模型,并通过算例对模型的可靠性进行了验证。     

空间挠性结构的Stewart平台主动基座振动控制

研究基于Stewart平台主动基座的挠性结构振动控制。首先,建立含Stewart平台主动基座的柔性梁刚柔耦合动力学模型;随后,在模态空间上分别针对挠性结构的一阶和二阶模态设计由线性扩张状态观测器(LESO)和PD控制器组成的自抗扰控制器(ADRC);最后,基于独立模态控制(IMSC)中的模态滤波器从物理坐标中提取模态坐标,建立振动主动控制实验系统,基于模态空间的自抗扰控制方法完成挠性结构的前两阶模态振动主动控制实验。研究结果表明,利用Stewart平台作为主动基座,采用自抗扰控制方法实现挠性结构的振动抑制是一种高效的振动主动控制方法,在空间振动主动控制领域具有广阔的应用前景。     

大口径长焦距相机主次镜支撑结构方案初步研究

随着航天技术的迅猛发展,为了实现高分辨率的对地观测,大口径、长焦距的空间相机已成为发展趋势。连接相机主镜和次镜的支撑结构,很大程度上影响相机的成像性能和稳定性,是光学系统的敏感环节。为了得到更好的成像品质,文章选择了筒式、三杆式与桁架式这3种支撑方案作为研究对象,通过工程分析软件对每种结构的设计参数进行优化并进行有限元分析,通过对结构的力学稳定性、热稳定性以及质量等因素的综合考虑,最终选择桁架式支撑结构为最优方案,更适合于大口径、长焦距相机的发展趋势,并提出了该种结构进一步优化的空间与方向。     

基于广义Stewart平台的精密跟瞄机构动态各向同性优化设计

设计一个各向同性、高精度、满足给定负载特性的Stewart并联机构,满足精密跟瞄机构的精密指向、振动隔离及抑制性能仍然是比较困难的,而且各向同性标准Stewart并联机构对负载的约束条件极为苛刻.为解决这一问题,提出具有容错特性的一类广义Stewart并联机构,定义动态各向同性概念及指标,考虑负载质量几何特性,推导了动态各向同性描述及条件的解析数学形式.将局部动态各向同性与全域工作空间灵活性好、满足运动能力和无构件干涉等目标相综合,建立了精密跟瞄广义Stewart并联机构的优化设计方法.结果表明广义Stewart并联机构能够放松各向同性时对负载的条件约束,设计方法优化并具有工程应用价值.     

微振动对高分辨率空间相机成像影响的集成分析

文章应用集成建模思想对某型高分辨率空间相机进行了微振动影响的结构-光学集成分析。首先分别建立了该空间相机的微振动载荷模型、结构有限元模型和光学系统模型。然后对微振动载荷作用下的结构有限元模型进行动力学分析,获得空间相机各光学元件的响应位移,并输入到Code V光学模型中做光学系统仿真分析,得出MTF下降和像移情况。通过结果数据的对比分析表明,空间相机对沿坐标轴平动和转动的6种微振动载荷具有不同的响应敏感性,为改进设计、隔振抑振提供了参考。     

用于无运动部件变焦的球面变曲率镜设计及试验

将无运动部件变焦技术引入空间光学相机的设计中,能够在不干扰卫星平台工况的情况下使空间相机在通过目标区域上空时获取蕴含有目标不同层次信息的图像,从而为后续的识别、判读甚至超分辨率重建提供依据。无运动部件变焦的关键在于：基于光学杠杆效应的光学设计和可以产生较大尺度曲率变化的变曲率反射镜。目前已设计出一种无运动部件变焦原型光学系统,其中变曲率反射镜的有效口径不超过100mm,初始曲率半径为1740mm,且具备曲率增减双向变形能力。文章针对上述指标,设计了变曲率反射镜,并进行了有限元分析,利用具有高韧性、高抗拉断性以及高极限许用应力的碳纤维复合材料研制了反射镜,通过与13点高精度压电驱动器的集成,最终实现了变曲率镜的研制。试验结果表明,该球面变曲率镜可以实现1705~1760mm的曲率半径变化,对应的中心形变量接近23μm,优于国外同等规模器件所能达到的水平。     

一种基于图像形态学的深空图像模糊复原方法

针对深空目标与空间相机相对运动造成的图像运动模糊问题,文章提出了一种基于图像形态学的运动模糊复原方法。首先运用图像形态学细化的方法消除图像中的冗余信息,快速提取图像中目标的特征;其次运用最小二乘法直线拟合方法对目标运动方向进行估计,再利用连通域划分结果对目标运动长度进行估计;最后采用约束最小二乘方滤波对退化模型进行逆推导运算来实现目标运动模糊复原。通过实验验证结果表明：文章提出的基于图像形态学的深空图像运动模糊复原方法能够正确估计运动模型参数,通用性强,易于在轨实现,可以处理目标与相机相对运动造成的运动模糊问题,在目标运动方向不一致的图像中取得了良好的复原效果。     

敏捷型遥感卫星相机热防护门应用研究

针对敏捷型遥感卫星相机变化的外热流,以及热防护门(简称热门)对相机热设计产生的影响,建立带热门的相机热模型,采用Thermal Desktop软件对带热门相机在轨飞行期间的温度变化进行仿真。仿真结果表明,使用热门将大幅降低相机的主动加热功率。对热门开启后相机的最长成像时间进行分析,热门开启后6min,相机次镜支撑组件无法满足相机热设计要求,可在次镜安装板背部包覆多层隔热材料解决这一问题。文章的研究结果,对遥感卫星热门与热控系统的耦合设计具有一定的参考价值。     

一种用于探测器地外天体起飞试验的位姿及运动模拟装置

为了实现地外天体的表面详尽勘测,探测器需进行着陆、采样、返回等活动。为确保采样返回任务的成功,探测器在研制中需进行各种空间环境模拟试验评价。针对探测器返回起飞过程中的环境模拟试验,文章提出了采用六自由度Stewart平台作为位姿及运动模拟装置。该装置有静态和动态位姿调整两个基本功能,其中静态位姿调整用来模拟不平的地形对探测器的返回模块返回起飞的影响,动态位姿调整用来模拟返回模块与着陆模块之间的相对运动。位姿及运动模拟装置的控制为上位机+下位机工作模式,由上位机设置模拟装置的运动参数,并将运动参数传输到下位机进行控制。经过模拟试验测试证明,该装置能够满足探测器返回起飞的位姿及运动的模拟试验要求。     

基于线性二次高斯控制器的空间相机高频像差校正

为补偿平台震颤、大气湍流等因素给大口径空间相机引入的高频像差,使其获得更高的成像品质,文章提出了一种基于线性二次高斯(LQG)控制器的自适应光学高频像差校正方法.该方法在经典比例积分(PI)控制器的自适应光学系统模型基础上构建了自适应光学系统的状态空间模型,以波前残差最小为目标函数设计了LQG控制器.通过数值仿真对比分...     

红外笼模拟外热流方法对空间相机 温度的影响分析

空间相机的热平衡试验中,一般采用红外笼—热流计的闭环控制系统来模拟相机进光口处的外热流。为研究该种热流模拟方法对相机温度场的影响,建立了简化的模型进行分析。分析结果表明,红外热流模拟对相机温度场的影响体现在相机整体温度水平和光学件温度均匀性两个方面。对于有精密控温要求的空间相机来说,这一影响产生的误差是必须考虑的。