分布式卫星编队飞行队形保持协同控制

针对分布式卫星编队飞行队形保持控制问题提出一种分布式协同控制算法,并给出该协同控制算法与编队卫星星间信息传递拓扑结构之间的关系。该协同控制算法以模型预测控制为基础,利用分布式编队卫星的自然特性以及编队卫星之间的信息传递拓扑结构,采用分布式的算法结构,设计分布式的模型预测协同控制算法。该控制算法是一种在线滚动优化控制算法,同时能够较好地解决存在状态约束、控制输入约束等情形下的各种控制问题。最后通过数值仿真验证了结果的有效性。仿真结果表明,当编队卫星星间信息传递拓扑结构中存在生成树时,提出的分布式协同控制算法能够有效地应用到编队卫星队形保持控制问题上来。     

一种绕飞编队卫星星间链路系统的总体设计方法

为了建立高精度相对定位编队卫星的星间链路,提出了一种基于GPS的绕飞编队卫星星间链路系统设计方法。针对我国首次以InSAR为背景的任务,以某绕飞编队星座星间链路系统总体方案为例,利用STK/MATLAB分析软件,对天线覆盖区与组阵进行了仿真分析,并根据分析结果做了系统优化,包括星间轨道构型、天线设计组阵图、天线安装位置、链路预算、星间通信措施设计分析以及电磁兼容性分析等。结果表明:基于GPS的编队卫星能够从系统角度优化设计建立星间链路,从而完成编队跟飞、绕飞期间的星间通信与测量任务,为卫星建立星座构型、相对定位测量提供了可靠、稳定的传输通道。该设计方法可为同类卫星或其他类型卫星星间链路系统设计提供参考。     

编队飞行航天器测量通信一体化系统的交互链路技术

实现航天编队飞行需要有测量系统测定队列成员的相对位置、姿态和时间,还需要通信系统在编队成员间交换工程数据和科学实验数据。测量系统和通信系统都是实现航天编队飞行的核心技术。基于卫星导航技术,将卫星导航接收机、伪卫星发射机、伪码扩频序列通信和测距链路及相关数据处理模块组合,组成射频收发器,可以构成完成上述功能的测量和通信一体化系统。文中根据国外已有的实践经验阐明射频收发器设计中的交互链路设计技术,包括关于链路拓扑的考虑是采用星形网络还是网形网络;采用相控阵波束形成、分路多路径接收和多用户检测技术;采用半双工码分多址的多路传输体制和打包的信号结构;既可用兼用GPS和交互链路的相对导航,也可只用交互链路测距实现相对定位导航;在编队内外的星间通信乃至星地通信中引入移动IP功能等。航天器本身必须具备适应空间环境的耐辐射能力。     

一种兼顾卫星导航系统星间观测及通信的链路分配算法

卫星导航系统星间采用点波束建立星间链路时,由于星上波束数量小于可建立星间链路的卫星数量,因此便产生了如何有效分配有限波束来建立星间链路的问题。针对该问题首先利用星座运行的周期性提出了一种适用于星间观测及星间通信的拓扑处理方式,并以该拓扑处理方式为基础提出了一种链路分配算法。算法在保证星间观测数量最大化的前提下,以降低整网通信代价为优化目标,尽管为了保证星间观测数量会不可避免地导致通信性能的部分损失,但是仿真结果表明算法的性能整体上优于铱星系统所采用的网状链路分配方法的性能。     

多星编队飞行的分散式耦合控制技术研究

以多星编队飞行为研究对象,建立了多星编队飞行的分散式相对姿态动力学和运动学模型,结合卫星编队飞行相对位置的非线性动力学模型,利用Backstepping方法设计多星编队飞行的分散式耦合控制器。采用了一种选择性控制策略,能够保证多星编队飞行的控制效率和抗故障能力。数值仿真结果表明了所设计的分散式耦合控制器的有效性。     

星座系统的信息网络设计

多星组网、编队飞行是小卫星应用领域的发展趋势。与之相适应,卫星信息系统正从单星向多星网络化发展,形成一个具有优化拓扑结构、完善通信协议和管理调度机制的统一天基信息网络系统,以实现对协同工作的多星系统的飞行任务管理。文章针对星座系统信息网络的技术特点、拓扑结构设计、网络模型设计、协议设计和一体化设计方法进行了论述,并从工程角度出发,分析了设计过程中应着重解决的关键技术问题。     

对地观测卫星编队协同容错姿轨耦合控制

面向对地观测场景下卫星编队的姿轨耦合特性和完全失效故障,提出了基于空间构型重构的协同容错控制方法。首先,根据对地观测的任务需求,分别建立了无故障情况下的卫星编队构型,以及故障发生后将故障卫星移出编队的构型重构方案,包括拓扑网络重构、卫星编号更新和编队构型重构算法;其次,根据上述构型,考虑外部干扰和姿态轨道耦合特性,设计了基于非奇异终端滑模控制的分布式控制律,使得编队在有限时间内稳定,即在故障发生前后卫星编队都可以实现对观测区域的协同覆盖;最后,分别通过数值仿真和实验验证表明了所提方法的有效性。     

一种同轨区域集中的北斗卫星自主导航算法

基于北斗三号卫星配置规划,提出了一种同轨区域集中的北斗卫星自主导航算法.利用Ka星间链路指向切换灵活特性与激光链路高速通信特性,并克服激光终端异轨面通信困难,指向切换不便等缺陷,算法设计将轨道面内各卫星采集的Ka双向测距信息利用激光星间链路传入轨道面主卫星中,从而将测距信息集中处理并完成轨道面内各卫星的轨道信息更新.并...     

基于Proximity-1协议的星间测距与时间同步技术研究

卫星之间信息交互、星间相对测距及时间同步是卫星星座与编队卫星飞行任务的关键技术。文章利用空间数据系统咨询委员会(CCSDS)Proximity-1协议中给出的时间业务,提出了一种非相干双向测距/时间同步方法,在星间信息传输的同时完成星间高精度测距,并详细给出了算法的计算公式推导和模型误差分析,理论分析和实验仿真结果表明:文章提出的方法具有较高的测距/时间同步精度,且功能集成度高,可为星间链路的建设提供技术支持。     

卫星编队连续推力控制的燃料平衡方法

在卫星编队飞行中,编队重构等机动过程会导致整个编队卫星之间燃料消耗不均匀,甚至出现某一成员卫星燃料消耗完,而导致整个编队构型提前结束乃至任务失败。针对该问题,文章提出了在卫星编队轨道重构过程中可采用的一种燃料平衡方法,即基于连续推力控制,以燃料最优为控制目标,通过建立燃料消耗函数,推导了不同相位角及重构半径时的最优控制加速度,通过减小各从星之间的燃料消耗函数的差异,使得不同成员卫星燃料消耗差别最小。编队卫星燃料平衡程度取决于初始相位角,文章给出了最佳初始相位角的表达式。最后,对以一主二从的三星编队在从星轨道重构中的从星燃料平衡问题进行了仿真,分别验证了卫星编队连续推力控制方法和编队卫星燃料平衡方法的正确性和有效性。     

液体火箭发动机故障检测与诊断技术综述

对几种主要的液体火箭发动机故障检测与诊断技术的研究应用现状作了阐述,对国内外的有效经验作了简单介绍,提出了有待解决的问题。     

基于振动检测的发动机故障诊断算法研究

基于振动检测的发动机故障诊断算法,分析发动机发生故障时振动信号所具有的特征和故障诊断指标选择,对振动信号预处理、特征提取、状态识别和诊断决策分别进行了介绍,研究出采用振幅和频率两参量包络曲线法诊断发动机故障的算法,通过发动机热试车验证了采用发动机振动检测来判断发动机故障的算法的正确性。     

基于鲁棒故障检测滤波器的传感器故障诊断

本文讨论了鲁棒故障检测滤波器在喷气式发动机传感器故障诊断中的应用。鲁棒故障检测滤波器方法使残差既有干扰解耦特性又有方向特性。该滤波器的设计结合了未知输入观测器原理与Beard故障检测滤波器原理。利用未知输入观测器产生的残差对未知输入(干扰)具有鲁棒性,而特定方向性是基于BFDF技术获得的。最后举例说明了该方法的可行性和有效性。     

一种软件实现的程序控制流错误检测方法

在太空环境中，由于宇宙射线的存在，计算机系统的硬件经常发生各种瞬态或永久故障，致使软件系统的执行流程产生错误。针对太空环境的强辐射特点，提出了一种对程序的控制流进行检查的纯软件方法RSCFC，它首先把程序划分为“基本模块”，然后给每个基本模块赋予一“关系标记”和错误探测指令。通过对程序运行期间生成的“即时标记”和事先嵌入程序的模块位置信息的“与”运算来探测控制流错误。该方法在几个C语言标准程序上进行了实现，并进行了故障注入实验，结果表明在没有RSCFC时，大约20．7％～68．8％的分支故障会产生探测不到的不正确输出，而在RSCFC存在的情况下，该区间会降低到2．8％～20．4％。与其它的软件控制流错误检测方法相比较，它具有探测率高，对原始代码影响小的特点。     

液体火箭发动机基于ATA算法的实时故障检测与报警系统实现

以平台液体火箭发动机为研究对象,改进和完善了用于发动机实时故障检测的自适应阈值门限算法（ATA算法）,提高了算法检测的适用性。然后,从健康监控系统的功能和要求出发,基于LabWindows／CVI实现了发动机地面试车的实时故障检测与报警系统。结合实际试车数据的检测结果表明,系统不仅能够及时地对异常试车数据进行检测报警,同时,对正常试车数据也没有误报警。     

基于人工智能方法的传感器故障诊断技术

在液体火箭发动机地面试验过程中,传感器的失效率远高于发动机部件、组件的故障率,因而提出了采用基于人工智能的方法对传感器的故障进行检测与诊断.本文对基于人工智能方法用于传感器故障检测与诊断的特点进行了分析,并分别应用BP神经网络和自适应神经模糊推理系统（ANFIS）对某次传感器的故障进行检测.结果证明基于人工智能的方法稳定可靠,具有良好的工程应用前景.     

固体火箭发动机地面试验故障图像的目标检测

把数字图像处理技术引入到固体火箭发动机地面试验中,为固体火箭发动机地面试验的故障分析提供一种新方法。文中基于开展数字图像处理工程研究的基本思路主线,即图像预处理-图像分割-图像分析及目标检测,进行了固体火箭发动机地面试验图像预处理、固体火箭发动机地面试验故障图像分割和固体火箭发动机地面试验故障图像的喷出物检测的研究。结果表明,数字图像处理技术对固体火箭发动机地面试验图像处理很有效。     

液体火箭发动机地面试车实时故障检测算法

为了实时有效地检测液体火箭发动机地面试车中的故障,提出了改进自适应阈值算法(IATA)。讨论了自适应阈值算法(ATA)的原理,研究了其改进方法,提高了算法对故障的敏感性和对新试车数据的适用性。通过大量历史试车数据和实际热试车对IATA算法实时性和有效性的验证表明,IATA算法不仅能够及时地检测到异常试车的故障,同时,对正常试车也没有误报警,简洁有效,计算量小,检测速度快。因此,IATA算法适用于液体火箭发动机地面试车的实时故障检测。     

基于人工免疫的液体火箭发动机故障检测方法研究

为有效提高液体火箭发动机故障检测过程中的及时性、实时性及准确性,基于人工免疫系统中的阴性选择原理研究建立了液体火箭发动机故障检测的阴性选择算法与免疫实值算法,实现了液体火箭发动机稳态工作过程中的故障检测与报警。基于某大型泵压式液体火箭发动机实际试车数据的验证结果表明,研究建立的人工免疫故障检测方法能对发动机稳态工作阶段进行有效准确的故障检测与报警,相对以往传统的检测算法在故障检测时间上有了一定的缩短,对研究基于人工免疫的液体火箭发动机的故障检测与诊断系统提供了依据。     

三角样条小波的构造及其在故障检测中的应用

本文首先给出了三角样条函数极其性质,然后在此基础上给出了一种构造三角样条小波的新方法.该方法简单易行,而且构造出的小波具有许多良好的性质,这些对信号处理是非常重要的.最后,将构造出的小波应用于故障信号的检测,与一些常用的小波相比,不但消除了边界效应,而且使故障信号在变换域内能量更集中.从而提高了故障检测的准确性.