一种引力波探测卫星动态姿态规划方法

在引力波探测任务中,针对大尺度激光建链时目标姿态动态变化以及姿态机动约束复杂的问题,提出了引力波探测卫星动态姿态规划方法。首先给出引力波探测卫星的最优目标姿态求解方法。然后,设计了随机节点启发式扩展方法和目标姿态实时更新方法,对力矩轨迹进行平滑处理,实现了动态目标姿态规划。仿真结果表明,与经典RRT姿态规划方法相比,本文提出的方法具有更高的指向精度,并且消耗能量少,可满足引力波探测卫星大尺度建链保持的任务需求。     

基于可观测性的序列图像自主导航观测时序规划方法

针对行星着陆自主导航中图像处理计算负担重的问题,分析了序列图像自主导航的可观测性,并提出了一种观测时序规划方法。通过可观测性分析得到了在未知环境中使状态可观测的最少观测次数,这是切换观测陆标的边界条件。在此基础上,通过优化所构建的深度估计误差模型获得最佳观测间隔时间,从而自适应地规划观测时序,减少图像处理次数。仿真结果验证了可观测性分析的正确性,以及提出的观测时序规划方法的有效性,相比每个采样时刻均观测陆标,在不明显影响导航精度的条件下减少陆标观测次数45.9%,有效降低序列图像在线处理的计算负担,大幅提升未知环境中行星着陆器基于序列图像的自主导航能力。     

基于地面图像的卫星自主定轨方法可观测性及定轨性能分析

卫星自主定轨是航天发展趋势之一。近年来,高分辨率遥感卫星不断发展,为利用光学遥感图像进行自主定轨提供了可能。在此背景下,提出了一种基于地面特征点图像的自主定轨方法。通过构造局部可观测矩阵分析了该定轨系统的可观测性,并用局部可观测矩阵的条件数表征可观测度,估计系统的定轨性能。通过Monte-Carlo仿真实验评估了系统的定轨表现,结果表明:该定轨方法与多点定位方法相比可以得到更高的定轨精度。     

单个卫星观测器对卫星仅测角被动跟踪的可观测性研究

单个卫星观测器对卫星的仅测角被动跟踪技术在空间目标监视中具有重要价值,研究了其中的重要理论问题——系统可观测性问题。以直角坐标系为基础,建立了二维修正极坐标系下的状态方程和观测方程。推导了对任意加速度受位置、速度约束的运动的系统可观测充要条件,并据此充要条件,严格证明了单个卫星观测器对卫星仅测角被动跟踪系统满足该可观测条件,最后通过STK6.0产生的数据验证了结论的正确性,该结论可推广到对卫星目标的三维被动跟踪中。     

单星对卫星仅测角被动跟踪的三维可观测性研究

单个卫星观测器对卫星的仅测角被动跟踪技术在空间目标监视中具有重要价值。研究了单个卫星观测器对卫星仅测角被动跟踪中的重要理论问题——系统可观测性问题。在三维情况下基于角度测量信息建立了目标加速度由其位置、速度确定的运动模型,推导了该模型的系统可观测充要条件,最后严格证明了三维情况下单星对卫星的仅测角被动跟踪系统满足上述可观测充要条件。
     

一种提高外测数字引导准确性的系统工程方法

在飞行器试验过程中,中心机需要实时向测控设备发送数字引导信息,使测控设备能够及时捕获目标并稳定跟踪。简单介绍目前外测实时数据处理中所采用的数字引导算法,通过分析影响外测设备数字引导精度的主要因素,提出一种基于轨迹融合的数据精化处理和多级组合滤波方法,可以有效地提高测控设备数字引导精度,具有较高的实际应用价值。     

星载大型空间天线的一种解耦控制方法

针对星载大型空间可展开天线与卫星平台之间的动力学耦合问题提出一种三自由度驱动与测量机构用于连接天线臂与卫星平台。该机构以驱动电机来控制天线臂转动,通过角度传感器对天线臂转角的测量来实现反馈控制,同时在卫星姿态控制系统中引入前馈控制进行反作用力矩补偿,实现卫星平台与天线之间的解耦控制、抑制天线的振动、提高卫星姿态控制系统的性能。通过姿态稳定状态下卫星-天线系统解耦动力学模型的建立、控制系统的设计、姿态控制的仿真分析,表明解耦机构能大幅增加天线振动的阻尼,有效提高卫星稳定性和天线指向精度。     

一种适用低成本导航芯片的BDS单频周跳探测方法

传统码-载波相位周跳探测方法应用于单频BDS导航需求时,易受码观测量噪声的影响而导致小周跳探测失效,无法适用高端低用的高精度大众导航需求,因此,提出一种简单易行的多普勒周跳探测法,实现对低成本导航芯片BDS单频数据周跳探测,并与双差法周跳探测方法进行了比较。结果表明,双差法在两颗星同时发生相同周跳的情况下,既无法识别周跳的发生,也无法定位发生周跳的卫星,使用多普勒法不仅适用于RTK双差周跳探测,还适用于PPP的非差、单差模式下的周跳探测,既能精确探测周跳和识别发生周跳的卫星,又能定量探测到小周跳的发生。     

一种基于粒子群优化的卫星仅测频被动定轨新算法

提出一种新的卫星对卫星仅测频被动定轨算法,采用粒子群优化算法(PSO)解决多维全局优化问题。首先,建立了卫星对卫星仅测频被动定轨的数学模型;其次,基于粒子群优化算法提出了对目标卫星轨道根数的估计方法;再次,推导了参数估计误差的克拉-美劳(CRLB)下限。最后通过计算机仿真对算法的性能进行了验证。多次仿真结果表明:该算法的参数估计误差接近克拉-美劳下限,且算法的运算量明显优于网格搜索法。     

深空探测自动采样机构的特点及应用

利用自动采样机构获取星体表面土壤或岩石样品,并将收集到的样品返回实验室进行分析研究是我国未来深空探测需要解决的关键技术.文章分析了深空探测自动采样机构应用及研发的现状,将采样机构分为挖取式自动采样机构、钳取式自动采样机构、研磨式自动采样机构、钻取式自动采样机构及其它新型采样机构几种类型,分别论述了这些深空探测自动采样机...     

小型核反应堆自主控制及其深空探测应用设想

针对空间小型模块化核反应堆的自主控制问题,提出自主控制体系结构,降低反应堆控制对人的依赖程度,满足了深空探测任务对空间堆自主控制的需求。首先介绍了核反应堆自主控制技术和空间探测自主技术的发展现状,分析了空间小型堆的自主控制需求,然后阐释了自主控制及核反应堆近自主控制的内涵。最后基于空间堆的运行特点,给出小型堆近自主控制分层体系结构的组成元素,并进一步建立了融合决策层和功能层的小型堆多智能体自主控制体系结构。     

面向3D打印的设计制造一体化探索

紧密围绕航天结构未来发展需求,以增材制造复杂产品研发为研究对象,对实现设计制造一体化的技术路线和关键技术进行分析。把设计、仿真和制造有机统一起来,把工艺设计纳入结构设计流程,通过仿真驱动设计来提高产品质量、降低制造成本。研究成果可应用于航天领域增材制造产品研发,对传统设计制造模式向智能制造转型具有积极探索意义。     

The Influence of Landmarks and Pre-exposure to a Structural Map During the Process of Spatial Knowledge Acquisition: A Study with Children and Adults in a Virtual Environment

ABSTRACT

This study investigated the effects of featural information (landmarks) and geometric information (pre-exposure to a structural map) and their possible interaction during the process of spatial knowledge acquisition of 8- and 11-year-old children and adults in a virtual environment. The study confirmed the well-known result of a developmental achievement in spatial cognition from childhood to adulthood. Although landmarks and the pre-exposure to a structural map did not affect the time to learn a specific route, they influenced the use of behavior in spatial learning and eased the acquisition of spatial knowledge measured by a route reversal and map-drawing tasks. Children and adults are able to integrate featural and geometric information in the spatial knowledge acquisition process in an environmental space, but their integration depends on the spatial processing stages that are investigated. Moreover, it was successfully demonstrated that the use of desktop virtual environments seems to be appropriate to investigate the development of spatial cognition.     

多用途飞船返回舱虚拟振动试验研究

利用虚拟振动试验软件系统、多用途飞船返回舱的有限元模型和"神舟一号"返回舱的历史试验数据,对多用途飞船返回舱进行虚拟正弦和随机振动试验,考核了返回舱经受动力学环境的能力,研究发现设计方案在一阶共振区响应过大,存在较大的设计缺陷,经过多次迭代优化设计后的模型满足设计要求。研究结果为多用途飞船返回舱的设计和优化提供了依据。     

Building components for an outpost on the Lunar soil by means of a novel 3D printing technology

3D-printing technologies are receiving an always increasing attention in architecture, due to their potential use for direct construction of buildings and other complex structures, also of considerable dimensions, with virtually any shape. Some of these technologies rely on an agglomeration process of inert materials, e.g. sand, through a special binding liquid and this capability is of interest for the space community for its potential application to space exploration. In fact, it opens the possibility for exploiting in-situ resources for the construction of buildings in harsh spatial environments. The paper presents the results of a study aimed at assessing the concept of 3D printing technology for building habitats on the Moon using lunar soil, also called regolith. A particular patented 3D-printing technology – D-shape – has been applied, which is, among the existing rapid prototyping systems, the closest to achieving full scale construction of buildings and the physical and chemical characteristics of lunar regolith and terrestrial regolith simulants have been assessed with respect to the working principles of such technology. A novel lunar regolith simulant has also been developed, which almost exactly reproduces the characteristics of the JSC-1A simulant produced in the US. Moreover, tests in air and in vacuum have been performed to demonstrate the occurrence of the reticulation reaction with the regolith simulant. The vacuum tests also showed that evaporation or freezing of the binding liquid can be prevented through a proper injection method. The general requirements of a Moon outpost have been specified, and a preliminary design of the habitat has been developed. Based on such design, a section of the outpost wall has been selected and manufactured at full scale using the D-shape printer and regolith simulant. Test pieces have also been manufactured and their mechanical properties have been assessed.     

某型号卫星微振动试验研究及验证

某型号卫星地面像元分辨率优于1 m,对成像质量要求很高。微振动成为制约该型号成像质量提升的关键因素之一。在完成微振动对成像质量影响的仿真分析后,对仿真分析的有效性和正确性进行了试验验证。该卫星微振动试验按照单机、分系统、系统和大系统4个层次展开:单机级试验主要通过六分量力测量微振动源的动态特性;分系统级试验主要通过结构加速度响应测量解决微振动传递特性是否正确的问题;系统级试验主要通过成像质量来验证微振动对光学系统影响的分析方法;大系统级试验主要通过在轨图像分析验证相关结论。上述试验对微振动从产生、传递到影响的各个环节进行了测试和验证。最终试验结果表明微振动相关工作达到预期目的,图像质量得到保证。     

一种应用于多飞行器跟踪拍摄的控制系统 半实物仿真虚拟环境设计与实现

针对多飞行器跟踪拍摄的控制系统仿真验证需求,在飞行器控制系统半实物仿真试验中,原有图像测量装置及目标模拟器在目标识别过程中试验成本高、调试复杂程度高的问题,设计实现了一种基于头体相对位置的图像测量实物等效装置,解决了试验准备周期长、试验成本高的问题。试验结果表明,图像测量装置实物等效器闭路制导仿真试验技术既逼近了实际应用环境,提高了试验的真实性和可靠性,又降低了试验成本。     

某固体火箭发动机药柱上三维裂纹扩展的判定

采用三维更新Lagrangian格式固相控制方程和线性粘弹材料本构方程,应用非线性有限元法对某固体火箭发动机药柱星角上含有横向贯穿裂纹的药柱进行了三维应力、应变分析,采用三维J积分理论计算了裂纹缝线上各积分点上的J积分.J积分沿着裂纹缝线呈现中间高、两端低的分布趋势,缝线中间部位的J积分值最大,此处最易扩展;根据J积分判据,确定了药柱星角上含有横向贯穿裂纹的发动机安全工作时的最大裂纹深度.     

多波束三维成像激光雷达高精度收发匹配方法研究

三维成像激光雷达技术为空间地理信息获取、目标立体探测提供了新的技术途径。以多波束并行收发、单光子阵列探测为特征的新一代三维成像激光雷达可提升雷达探测灵敏度、激光成像帧频与成像效率,从而实现远距离快速激光三维成像。三维成像激光雷达的激光发散角与接收视场需角秒量级的匹配精度。随着系统波束数量的增加,几十甚至上百波束的高精度收发波束匹配是系统设计装调的难点。聚焦多波束单光子阵列三维成像激光雷达的收发匹配难题,设计了基于衍射分束激光发射与光纤阵列接收的收发光学系统,提出了一种多波束激光雷达收发波束匹配方法,并对该方法的收发匹配误差源以及温度对其影响进行了详细分析仿真。实验验证结果表明,可实现64波束优于10 μrad的匹配误差,在工作温度范围内总的收发失配优于20.78 μrad,满足本系统设计时25.5 μrad的收发匹配裕量,系统对环境温度有较好的适应性,具有良好的工程应用前景。