基于人工拉格朗日点太阳帆的导航卫星自主定轨技术

为提高导航星座的自主导航能力,提出一种基于人工拉格朗日点太阳帆的导航卫星自主定轨方法。在导航卫星星间测距的基础上,利用太阳帆提供的空间实时位置信息,来消除导航星座的整体旋转和漂移对自主定轨的影响。选用第一类无奇点根数作为状态变量,利用EKF滤波器融合卫星动力学信息及两类测距信息进行自主定轨。利用GPS导航星座的IGS精密星历进行了仿真试验,仿真结果表明了该方法不仅能够保证导航卫星自主定轨的长期稳定性,且与结合星间测距和星间测向的自主定轨方法相比,定轨精度更高。     

空间信息网络的中断容忍路由策略

在大规模空间信息网络中,频繁的星间链路(Inter-satellite link,ISL)切换会导致业务中断.与地面网络相比,传统的分布式/集中式路由策略的路由收敛时间过长,其原因是星间链路时延和链路状态同步时间长.在路由收敛过程中,由于缺乏最新的链路状态信息,可能会导致严重的丢包.考虑到卫星星座的星间链路切换是可预测...     

基于分层式强化学习的移动机器人导航控制

针对未知环境下的移动机器人导航问题,本文提出了一种基于分层式强化学习的混合式控制方法。利用栅格-拓扑相结合的环境表示及地图学习方法,通过分层式强化学习在不同控制层次的扩展设计移动机器人的反应式和慎思式导航控制,实现了全局导航和局部导航控制的协调优化。实验及测试结果证明,该控制方法能实现导航任务的全局优化,避免陷入局部极小,并对未知动态环境具有较强的适应性。     

基于图像位移的低轨卫星自主导航技术

利用高速相机测得的地面图形相对卫星的位移,结合星敏感器测得的姿态信息,基于卫星相对地面的速度是一个非线性变化过程这一事实,实现低轨卫星的自主导航.相对于传统的陆标识别自主导航,该方法不需识别地面物体或景象,只需利用图像之间的位移关系,经相关性分析后,便可获得卫星相对于地面的速度信息.因此,不需要存储地面物体或景象的先验信息,故减轻了存储负担.文中还构建了系统的状态方程和量测方程,采用卡尔曼滤波器进行信息滤波.仿真分析显示,该系统具有较好的自主导航精度,可以应用于低轨卫星的自主导航.     

涡轮基组合循环发动机分布式控制系统通信网络混合拓扑结构优化方法

涡轮机组合循环(Turbine based combined cycle,TBCC)发动机控制系统通信网络拓扑结构是其分布式控制系统方案设计的重要部分,优化网络拓扑结构可提高发动机推重比和控制系统可靠性。本文基于智能优化算法提出TBCC分布式控制系统网络拓扑结构优化方法。基于图论建立TBCC几何模型和网格模型,以重量和可靠性为优化性能指标,同时考虑发动机表面高温区域以及控制节点的工作可靠性,分别采用粒子群算法和遗传算法优化星形结构中智能中央节点位置、中央节点的环形拓扑结构,获得星形-环形混合拓扑结构。仿真实例表明,基于本文方法优化所得的混合拓扑结构相较于星形集中式控制结构,系统重量降低了51.9%。     

人工蜂群优化BP神经网络的太阳电池阵电流预测

通过对卫星太阳电池阵输出电流影响因子进行分析,提出了一种基于人工蜂群（Artificial bee colony,ABC）算法优化BP神经网络的太阳电池阵输出电流预测方法。将太阳入射角、卫星太阳电池阵工作温度、卫星星时等遥测量变换后作为神经网络输入,进行输出电流预测。考虑到神经网络对初始权值及偏置敏感的特点,采用ABC改进算法对神经网络初始参数进行优化。该模型可用于卫星太阳电池阵电流输出能力分析、太阳电池阵预警及异常检测等。实验测试表明,模型能够取得较高预测精度,同星预测均方根误差（Mean squared error, MSE）为0.10 A,跨星预测均方根误差为0.12 A,其精度明显优于传统数据拟合方法。利用该模型及本文提出的预警策略进行预警,对于7年5个月的正常卫星数据没有发生误报,对于某异常卫星数据能够及时进行预警。     

低轨卫星互联网技术架构及地面验证方法

为了满足全时段全地域高速数据速率需求以及应对各国对空间资源日益激烈的竞争,被列入新基建范畴的低轨（Low earth orbit, LEO）卫星互联网已成为最具前景的解决方案之一。基于“通导遥一体化设计”理念,本文提出一种以“星间组网+星上处理+跳波束”为主要特征的系统技术架构。该架构对星间激光通信、高速星上路由处理、宽带跳波束等各项关键技术进行分析,并给出一种针对包含首颗发射卫星的低轨卫星互联网的地面试验验证方法。本文提出的卫星网络体系结构、关键技术解决方案和在轨验证结果,对我国卫星互联网的建设和发展具有有益的探索和借鉴意义。     

基于支持向量拟合代理模型的卫星多学科设计优化

为了提高卫星的设计质量与效率,建立以卫星总质量最小为优化目标的多学科设计优化问题,主要考虑轨道、有效载荷、电源和结构4个分系统的设计并梳理其耦合关系,整理并建立了较为详细且贴近工程实际的学科分析模型。本文提出了基于支持向量拟合(Support vector regression,SVR)代理模型的优化策略,并将其应用于海洋卫星多学科设计优化中。本文算例卫星参考海洋一号卫星(HY-1),优化后整星质量相对于初始质量下降了约14.1%。优化结果表明了卫星多学科优化设计(Multidisciplnary design optimization,MDO)模型的合理性和该优化策略的有效性,为进一步探索代理模型技术在卫星MDO设计当中的应用奠定了基础。     

基于模糊罚函数的分布式并行遗传算法及其应用

本文将模糊理论用于优化中,提出了一种基于可行度的模糊罚函数法,并采用分布式并行遗传算法进行寻优操作,该方法可以将不同遗传操作的优点加以整合,通过并行运算提高优化效率。将基于模糊罚函数的分布式并行遗传算法应用到多目标结构优化中,仿真试验表明取得了很好的寻优效果。     

基于X射线脉冲星的新型卫星天文导航

基于X射线脉冲星导航（XNAV）是一种新型的卫星自主导航技术。使用卫星上的相位测量值和脉冲星钟预报的相位值,可以确定卫星的位置和速度。由探测到的脉冲相位,计算出沿着脉冲星视线方向的卫星相对于地心的距离。同时测量三颗脉冲星,就可以计算出卫星在惯性系下的位置。结合距离测量方程和轨道动力学,设计了广义卡尔曼滤波算法。仿真验证表明,该导航算法能实现卫星的精确导航,定轨精度在百米以内。此外还分析了影响导航性能的因素。     

北斗三号卫星系统总体设计

北斗三号全球卫星导航系统（The third generation Beidou navigation satellite system, BeiDou-3）于2020年7月31日正式开通运行。BeiDou-3不仅提供定位导航授时服务,同时提供具有北斗特色的多功能服务,包括区域短报文、星基增强、精密单点定位、全球短报文通信、国际搜救等服务。本文从卫星系统设计角度,详细分析介绍了BeiDou-3的功能,并讨论了卫星采用的主要新技术,包括卫星信号体制、星间链路、时频基准、星载综合电子、高效电源以及器部件的自主可控等。最后,对三类轨道的卫星设计进行了综合论述。     

低轨大规模星座概念研究与分阶段部署方案

针对小卫星星座规模趋向巨型化的发展应用需求,开展基于遥感卫星的低轨大规模星座概念研究并提出相应的星座分阶段部署方案。首先,考虑低轨卫星轨道理想容纳卫星数量、星间相互作用、轨道控制精度等因素,进行低轨大规模星座量级分析,明确星座规模。在此基础上,采用人工势函数方法将卫星个体控制拓展至星座整体密度迁移,实现满足任务需求的星座特定密度分布。结合大规模遥感卫星星座任务特点和建设能力,提出基于太阳同步轨道、低倾角轨道和大椭圆轨道的混合星座配置方案,并按照近期、中期和远期分阶段进行部署。对星座部署方案进行仿真,验证了低轨大规模星座的优势,为未来巨型星座设计与控制提供一定的参考与借鉴。     

基于一致性理论的卫星太阳能帆板分布式振动控制

针对卫星太阳能帆板的振动抑制问题,本文提出一种基于一致性理论的分布式振动控制方法。首先,依据智能组件的定义建立面向分布式控制的太阳能帆板整体结构动力学模型;然后,根据图论和一致性理论设计抑制帆板振动的分布式控制器,控制器由反馈镇定项和一致性协同项两部分构成;基于Lyapunov理论分析闭环系统的稳定性和鲁棒容错能力;最后,设计不同情况的数值算例,验证所提分布式控制方法的有效性。仿真结果显示,基于一致性理论的分布式振动控制方法不但能够有效地抑制卫星太阳能帆板的振动,提高系统的动态性能,还具有良好的鲁棒容错能力。     

智能移动三坐标辅助定位的自适应控制方法

飞机部件的外形测量与误差评估是提升飞机装配质量的关键。针对测量工作要求高精度、高效率和无需专用工装的情况,同时针对被测对象外形尺寸大、各部位测量规范不同等难点,提出一种基于激光跟踪仪的智能移动三坐标辅助定位自适应控制技术。该技术以激光跟踪仪作为测量工具,以直角三坐标伺服机构作为靶标的辅助定位 装置,通过对直角三坐标伺服机构及导航小车进行任务规划与优化;同时激光跟踪仪实时反馈靶标目标位置,从而以最优路径的方式实现对测量机构多站位自主移动的全闭环自适应控制,提高了靶标的定位精度及测量效率。本文在线对测量数据进行了快速处理,得出了误差分布图,并精确地反映了测量点位的误差。实验结果表明：该方法可实现大尺寸部件的高精度快速测量,满足飞机大部件的测量要求。     

基于靶标图像的高分辨率空间相机微振动测量方法

高分辨率卫星在轨成像过程中,由于微振动影响造成相机内部敏感光学元件之间的相对运动,引起图像质量的退化。为了准确测量微振动对高分辨率卫星成像的影响,本文提出一种基于靶标图像的空间相机微振动测量方法。文章首先对微振动中影响图像质量的不同因素进行了阐述。然后介绍了在图像上直接测量像移的方法,分析了微振动对空间相机成像的影响,得到像移偏差的准确数值,为卫星成像质量的影响分析及最终修正以提升卫星成像质量提供依据。最后,以某空间相机为研究对象,对此相机在整星条件下的微振动试验数据进行了分析,得到微振动在相机焦面产生的像移,研究了微振动对高分辨率卫星成像的影响。研究实例证明了文章提出方法的可行性,研究结果可为改进设计、隔振和抑振提供参考。     

基于采样通信的分布式多智能体系统稳定性分析与协同控制(英文)

研究了基于采样通信的分布式多智能体系统的稳定性分析与协同控制,并采用分布式状态反馈控制器来实现智能体间的协作。推导了一种线性不等式的形成定理,并将其用来分析系统的稳定性。同时提出了针对线性不等式约束优化问题的形成定理,将其用来设计相关的控制器,并给出了相关的算法。仿真实例验证了所提方法的正确性和有效性。     

卫星遥感数据高频谱效率传输模型及效能分析

提出了遥感卫星高频谱效率数据传输模型,根据遥感卫星高速数据传输链路余量预留较大的特点,充分利用自由空间损耗变化和雨衰预留余量,在满足信道误码率要求条件下,通过信道估计以最大数据传输量为目标实时调整卫星编码调制方案,可较大程度解决目前遥感卫星高速数据传输遇到的硬件资源和频率资源瓶颈问题,适用于各类轨道遥感卫星的星地通信和星星通信,具有较好工程应用价值。通过对多类卫星数据传输场景的效能分析,表明其相对传统低频谱效率技术可明显提高数据传输量。     

结构特性分析在微小卫星结构设计中的应用

根据微小卫星上设备布局及受力特性,提出了两种卫星主承力结构,并通过合理简化,建立了整星的有限元模型.通过模态和静力分析对两种结构设计方案进行对比,表明隔板在提高整星基频及保护太阳能电池基板方面具有重要作用,给出了以隔板作为卫星主承力结构的更加合理的设计方案.文中的力学分析结果为卫星的结构设计方案提供了可靠依据,并对卫星力学试验具有指导意义.     

结合遗传算法和优化Q-law算法的小推力轨道转移

提出了一种将遗传算法和优化的Q-law算法相结合的新轨道转移算法.为了合理利用能源,文中引入相对推进效率作为是否施加推力的门限.遗传算法用于搜索最短时间的优化轨道转移路径,将轨迹优化问题转化成有约束的参数优化问题,从而避免了两点边值求解难题.在轨道转移末端,为了提高目标转移精度并避免高频振荡,文中采用了结合模糊逻辑的优化Q-law算法.针对某一卫星轨道转移进行了数字仿真.结果表明,本文算法能够在实现最优时间轨道转移的同时,兼顾能源的消耗,并提高轨道转移精度.     

具有输入时滞的集群无人机事件触发协同最优控制

针对带有输入时滞和外部干扰的集群无人机系统,提出了一种基于强化学习的集群无人机事件触发分布式自适应最优控制方法。为了实现最优控制,引入了基于神经网络的强化学习算法,并设计了一种与系统控制性能有关的动态事件触发策略,该策略可以在尽可能降低对一致性控制性能不利影响的前提下,减少通信资源的浪费,同时该策略不存在Zeno行为。此外,在控制器设计过程中,引入了一种含有积分项的坐标变换来处理系统的输入时滞问题。在输入时滞和外部干扰的影响下,所提出的基于干扰观测器的最优分布式协同神经网络控制策略能够保证每个无人机系统所有信号都有界,并且每个无人机系统的输出能够实现一致性。最后,仿真结果验证了所提控制方法的有效性。