卫星总体与姿态控制一体化优化设计方法

针对传统卫星总体和控制串行设计过程低效、设计性能受限、设计方案冗余等问题，提出了一种卫星总体与姿态控制一体化优化设计方法。在轨道、结构、电源、推进等多学科耦合的传统总体设计模型基础上，将面向应用任务过程的卫星姿态控制仿真嵌入卫星多学科分析过程中，实现卫星总体方案与姿态控制的耦合精确分析和整体任务效能的综合评估，在此基础上进一步实现总体和控制的一体优化。最后，以某对地观测敏捷卫星为对象开展方法应用研究，优化结果表明所提方法获得了比传统设计方法目标函数性能更优、冗余度更低的设计方案，验证了卫星总体与姿态控制一体化优化设计方法的可行性和有效性。     

应用测试岛的组批卫星流水线测试模式设计

针对组批卫星总装、集成、测试(AIT)需求,提出应用测试岛的流水线测试模式。界定各测试岛的任务内容、准入条件、场地及配套设备管理方法,设计测试岛流水线生产流程,描述卫星排产策略中的科学问题。构建组批卫星混合流水线车间调度问题(HFSP)模型,提出采用多层编码遗传算法解决流水线装配测试问题。以"北斗"组批卫星AIT期间生产数据为例,将传统AIT排产策略与应用测试岛流水线排产策略进行对比分析。仿真结果表明:8颗卫星完成AIT阶段全部测试,采用测试岛流水线测试模式得到的最优排产结果,相比传统测试流程排产时间缩减了13.7%,从而验证了应用测试岛流水线测试模式及多层编码遗传算法,可实现组批卫星AIT平台下智能排产策略设计,优化生产资源调度模型。     

某装备卫星控制分系统产品保证工作实践

分析航天装备卫星产品特点,总结某装备卫星控制分系统特点的产品保证工作实践.采取了从产品设计、产品研制、测试验证及验收交付过程的质量保证工作,在完成装备卫星控制分系统常规产品保证工作的基础上,提取该型号卫星控制分系统的状态变化特点,重点放在该卫星控制分系统状态变化识别和验证相关的产品保证工作实施上,提升产品保证工作效率,...     

空间操作中的灵巧飞行控制方法

空间操作中的灵巧飞行控制是指通过模仿生物的决策与运动方式,采用多种执行机构相互配合协调控制完成空间操作任务,在任务过程中能够进行实时决策且各项性能指标均能达到最优。文章引入灵巧控制的思想,提出了一种灵巧飞行控制方法。按照生物运动协调的方式,采用冗余执行机构各取所长协同配合,利用计算智能结合人类智慧完成对失效卫星的接近轨迹规划,实现抓捕过程中可达性、精准性、敏捷性、平顺性与鲁棒性的全优。采用神经网络完成对轨迹规划结果的学习,将规划和控制合二为一。对失效卫星的跟瞄、接近和捕获过程仿真表明:采用传统规划与控制方法的服务卫星无法在失效卫星状态突变时完成抓捕,而采用灵巧飞行控制方法的服务卫星,在失效卫星翻滚状态发生突变时能进行快速决策,成功对失效卫星进行捕获,且接近抓捕过程的性能指标比失效卫星翻滚状态未突变时几乎没有损失,从而验证了灵巧飞行控制方法的可行性和有效性。     

宇航团体标准《卫星控制分系统极性测试要求》的研究和实践

卫星控制分系统的极性是各类航天器研制工作中的重要环节,控制分系统在单机、分系统、整星层面极性设计与实现的一致性、正确性,事关卫星任务的成败。卫星控制分系统极性测试要求从单机、软件、系统、总体等方面递进地对极性测试方法进行规定,并给出了具体的测试方法,保证了整个链路的极性正确性。根据极性测试要求,对某型号卫星的研制工作进行了实际的应用实践,结果表明控制分系统的极性测试结果正常,系统工作正常。     

考虑状态约束的二体旋转库仑卫星系统重构控制

研究考虑控制输入饱和与状态约束的深空旋转二体库仑卫星构型控制问题,只采用卫星之间的库仑力作为控制力,提出一种基于反步法的非线性控制方法。首先推导了二体库仑卫星在地-月系平动点附近的相对运动方程,利用旋转二体库仑卫星的特性,对方程进行了简化。为了完成禁止相对运动区域的回避,设计了新的状态限制辅助函数,结合抗饱和方法与反步法得到了二体库仑卫星的构型控制器。接着证明了由于状态限制辅助函数的加入,所设计的控制器可以保证卫星相对运动不超出限制范围。进一步应用Lyapunov稳定性定理证明了其闭环系统的一致最终有界性。最后在Matlab/Simulink平台上进行了仿真校验,结果表明了方法的有效性。     

基于轨道动态模型的卫星天线指向功能测试方法

针对卫星天线指向算法工程实现准确度测试中存在的数据时间偏差处理问题,提出一种基于轨道动态模型的卫星天线指向功能测试方法。通过对时间偏差模型的分析,实现对由卫星发出的带有时标的指向角度遥测信息和没有时标的指向角度控制信号相对于卫星指向计算理论角度的误差测试;通过时间偏差消除算法成功将无时标数据的误差测试结果与有时标数据误差测试结果保持一致。在对同一轨道条件测试时,两类数据测试结果均在0.001°之内,可实现对卫星天线指向算法工程实现准确度的可靠测试。     

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。     

用于卫星模拟飞行测试的太阳电池阵动态模拟系统设计

现阶段卫星模拟飞行测试中,太阳电池阵模拟器(SAS)伏安特性曲线数目有限,无法连续动态模拟卫星在轨运行中太阳电池阵实际电能输出情况。为此,基于模拟飞行测试环境,设计太阳电池阵动态模拟系统。该动态模拟系统由电源、控制和测控等测试系统组成。为保证动态模拟系统的高时效性和精确性,对参数实时获取传递、曲线建模计算和功率输出等各环节开展分析。利用某卫星太阳电池阵对动态模拟系统设计进行验证,结果表明系统能精确模拟太阳电池阵伏安曲线和功率输出变化。将仿真结果与实际在轨卫星数据进行比较,结果显示系统可很好地模拟时变太阳电池阵输出特性,证明了动态模拟系统设计对太阳电池阵动态输出模拟的有效性。     

考虑太阳帆板指向的编队卫星相对姿态跟踪控制

编队飞行一种应用是受控卫星对目标卫星跟飞或者绕飞,有效载荷指向目标卫星以执行各种任务。研究了太阳帆板固定的卫星姿态控制,在保证有效载荷始终指向目标卫星的前提下,使得太阳帆板尽可能朝向太阳。给出了太阳帆板法线与太阳光夹角最小的几何条件。采用四元数状态反馈的控制律实现了姿态跟踪,仿真结果检验了控制律有效性及太阳帆板朝向太阳的效果。     

三体随动跟踪式重力卫星姿态与无拖曳控制方法

采用非接触洛伦兹力执行器代替微推进系统,提出一种“质量块—载荷舱—平台舱”三体随动跟踪式重力卫星总体架构,避免传统低低跟踪重力场测量卫星设计中的质心波动与执行机构带来的动力学不确定性影响。其次,建立了该架构下的卫星姿轨耦合动力学模型,并在此基础上针对动力学非线性耦合项的影响,构建了一种基于带宽参数化自适应补偿的复合自抗扰控制方法,提升姿态与无拖曳控制性能。最后,采用数学仿真验证了所提出的重力卫星总体架构及其控制方法的有效性。仿真结果表明,该方法有效提升了系统的频域性能。     

卫星数传调度问题的速度可控粒子群优化算法

针对卫星数传调度这一类复杂的约束组合优化问题,提出了一种速度方向和尺度可控的粒子群优化求解算法。为克服粒子群算法的早熟问题,该算法引入了速度更新的方向控制规则和尺度控制规则用于增加群体的多样性,并根据两种控制规则,提出了种群粒子的速度迭代策略,实现了算法运行过程中粒子间吸引和排斥过程的动态调整,同时保证了算法的收敛速度。设计了卫星数传调度问题的编码和解码方式,并证明了该编码方式下最优可行解的存在性。通过仿真实例验证了算法的有效性,并分析了算法控制参数对优化结果的影响。     

一种星载电子设备的通用化自动测试系统的设计

为了解决传统卫星载荷测试系统通用性、兼容性差,测试覆盖性不足以及自动化程度低的问题,设计了一种基于开放式硬件和软件设计的通用化自动测试系统.该系统构建了通用的硬件平台以适应不同的数据接口,同时提供了模块化、开放式、可配置的软件平台,可满足不同卫星型号载荷的测试需求.并行测试的结果表明,该系统在保证产品质量的前提下,能大...     

应用数字签名机制的卫星移动通信数据传输方案设计及实现

为实现卫星移动通信数据传输,并改善数据传输的安全性,文章提出了应用数字签名机制的卫星移动通信数据传输方案。该方案结合地球静止轨道卫星移动通信接口标准第2版(GMR2)的通信机制,通过在数据帧中增加同步位解决数据传输过程中的同步问题,利用增加状态位和同步位的方式实现2.4kbit/s到3.0kbit/s的数据率转换,同时引入数字签名机制,提前验证通信双方身份的可靠性,进一步保证数据安全传输。通过设计实例和测试方案验证了数据传输方案的有效性。结果表明,该方案能保证数据在卫星移动通信网络中安全传输,可为卫星移动通信数据传输研究提供参考。     

一种新型卫星转发器测试系统设计与应用

从卫星转发器分系统测试项目特点出发,设计了一种新型转发器测试系统,首次将变频矢量校准、系统级测试夹具及去嵌入方法运用在卫星转发器测试中,旨在解决传统转发器测试系统测试准备效率和测试效率低下且无法进行相位特性测试等问题。此转发器测试系统在卫星转发器测试中进行了实际验证,实测结果表明:该转发器系统测试效率比传统测试系统平均提高了3倍以上,测试精度也优于传统转发器测试系统,在一定程度上加快了了卫星装配、总装和测试(AIT)的研制进度。     

绳系卫星的一种新型高阶滑模控制器设计

针对绳系卫星轨道转移控制问题,给出绳系卫星在轨机动模型并将面内运动处理为典型的欠驱动形式;为实现对面内摆角的跟踪控制,定义滑模面并建立积分链系统,设计一种新型高阶滑模系绳张力控制律,得到无抖振控制量,这种控制律在保证高精度跟踪的前提下,有效避免了控制抖振现象;关于滑模面的高阶滑模运动建立后,在平衡点对闭环系统线性化,根据劳斯判据,闭环系统在平衡点是局部渐近稳定的。最后,通过仿真分析,验证了所提出控制算法的有效性。     

带时延和拓扑切换的编队卫星鲁棒协同控制

综合考虑了存在通信时延、拓扑结构切换、参数不确定性和外部扰动等情况下的编队卫星协同控制问题,分别提出了鲁棒位置和姿态协同控制器。采用Lyapunov直接法,通过恰当地选取公共的Lyapunov函数,保证了所设计的位置协同控制器对于通信时延和拓扑切换具有鲁棒性。控制器中设计了一个自适应项,用于在线补偿卫星质量的不确定性。进一步,引入了一个含有时变参数的非线性饱和函数向量项,保证了位置协同控制器对于外部扰动的鲁棒性,并且控制器是连续的。然后,将协同控制器推广到了姿态协同的情况,提出了类似的鲁棒姿态协同控制器。仿真结果表明了本文协同控制方案的有效性。     

小卫星综合测试中的接口安全控制

安全控制是小卫星综合测试的重要任务之一,主要包括卫星与地面接口及卫星本身设备间接口逻辑安全控制。文章详细介绍了测试中的安全控制措施,包括供电和接地、电缆检查、功率标定、入口电平控制、关键工序制定等措施。这些安全控制措施有效可行,可靠地保证了人员、卫星和地面设备安全,确保了综合测试质量。     

光学遥感卫星杂散光扫描测试系统测控设计

文章介绍了一种光学遥感卫星杂散光扫描测试系统,用于发射前整星条件下对光学载荷杂散光抑制能力的模拟、分析及验证测试。根据卫星的杂散光测试特点,对杂散光扫描测试系统进行了安全性、有序性、有效性、准确性、重现性、完整性和通信控制等测控设计,并推导了光束扫描子系统的控制方程。对杂散光扫描系统的控制准确性进行检测,结果表明:光束扫描位置精度优于10 mm,方位角精度优于0.2°,俯仰角精度优于0.1°。     

一种用磁力矩器控制卫星姿态的新方法

本文研究如何用磁力矩器控制极地轨道上对地指向卫星的姿态。由于地磁场的方向在轨道上周期变化，卫星的姿态动力方程是一个线性周期系统。本文采用块能控标准形和滑动模态的设计思想，提出了种开关控制方法，可以保证线性周期系统的稳定性。文中给出一个仿真例子验证了此方法的有效性。