绕月自由返回飞行任务的轨道设计方法

针对绕月自由返回飞行提出一种任务轨道设计方法。在双二体模型下基于圆锥曲线拼接和能量匹配原则迭代计算初值,采用Broyden法构造新的微分修正格式,在精确模型下分别针对三组不同的目标变量和目标值对初值进行逐级修正使之满足再入参数。采用简单迭代调整近地点时刻、飞行时间完成发射弹道拼接和落点位置匹配,迭代初值根据落点纬度插值确定,插值表通过对若干飞行时间进行初值计算和发射弹道拼接构造。算例表明,该流程能够扩展初值计算的适用范围,具有良好的收敛性和计算效率。     

卫星通信频谱监测中的一种形态学滤波预处理方法

针对卫星信号监测中监视频带宽、背景噪声非平坦造成的信号漏检和误检的问题,结合卫星通信信号的特点提出了一种频谱校正的新方法。该方法将接收的频谱信号视为一维灰度图像,通过改进的形态学滤波检测法,估算出信号中非平坦的背景噪声基底,利用估计的噪声基底完成对原频谱信号的修正,可提高信号检测的准确性。仿真结果表明,该方法降低了信号带宽对传统形态学滤波中结构元素长度选择的影响,计算量小,能高效地实现非平坦频谱信号的底噪校正。     

火星任务中星上原时τ与TCG的相对论变换

爱因斯坦的广义相对论已成为当今深空探测任务中一部分,为此将在研究环火星探测器星载钟原时τ与地球质心坐标时(TCG)的变换中应用相对论变换关系,将τ与地球相关联的局部时间尺度联系起来,从而扩展了之前关于τ与太阳系质心坐标时(TCB)相对论变换的工作(TCB是应用于整个太阳系的全局坐标时)。研究发现τ和TCG的差在经历一年的时间后可达到0.2s量级。为了区分相对论变换中各种效应的贡献,用数值方法计算了太阳、八大行星、三个大质量小行星以及探测器的贡献。发现在精确到1μs量级下,相对论变换必须包括太阳、金星、月球、火星、木星、土星的引力影响以及探测器和地球的速度影响。     

针对失控翻滚目标航天器的交会对接控制

研究了一个受控的追踪航天器和一个失控慢速翻滚的目标航天器的末段交会对接控制问题。通过引入基于特征模型的控制方法,设计了相对位置跟踪控制器以及姿态同步控制器,克服了针对目标航天器测量中存在的较大不确定时延,航天器动力学参数的不确定性,以及追踪航天器存在的较大帆板挠性,实现了针对失控自旋目标的末段精确交会对接控制。最后,通过搭建仿真系统进行动力学仿真,进一步验证了本文控制策略的有效性。     

基于同波束干涉的空间三维相对位置测量研究

针对深空探测器相对位置精确测量需求,建立了空间三维相对位置测量模型,研究了基于单基线同波束干涉测量(Same-beam VLBI,SBI)的空间三维位置最小二乘解算方法。利用"嫦娥3号"着陆器的测控天线与定向天线的SBI实测数据,验证了测量模型与解算方法的有效性。结果显示:SBI干涉时延随机误差约0.225 ps(0.07 mm);测控天线与定向天线之间距离误差约0.216 m,方向误差约30.4°。该研究结果有望应用于后续深空探测任务譬如"嫦娥5号"器间高精度相对测量中。     

摩擦学系统的系统工程及其航天应用

空间摩擦学问题已成为影响航天器精度、寿命和可靠性增长需求的关键因素之一。本文从摩擦学的三个公理出发并基于此理论,分析航天器所处环境工况下的润滑问题、微动-摩擦学行为耦合作用现象以及摩擦-电学行为耦合问题,并分析与其相对应的摩擦学系统设计需求。根据需求建立面向航天器的摩擦学系统设计思路,通过摩擦学系统设计知识库的建立和管理,运用摩擦学的三个公理,在求解过程中引入专家判定系统,实现考虑摩擦学行为的系统依赖性、时变依赖性与多学科、跨学科性的摩擦学系统设计。     

基于行为的非合作目标多航天器编队轨迹规划

目前航天器编队轨迹规划的研究并未综合考虑目标非合作性、构型复杂性及控制协同性等问题,针对非合作目标多航天器编队系统,提出了一种基于行为的相对运动轨迹规划方法。首先,基于聚集行为模型设计了期望运动场,将期望速度视为一系列具有不同行为特性的速度矢量和,通过构造平衡态构型公式计算行为调节参数。其次,采用高斯型环境函数描述了非合作目标特性,并通过C-W方程对期望运动场进行了改进,使得该方法在多航天器编队系统与非合作目标形成期望构型的过程中,既能避免编队成员之间发生碰撞,又能保证与非合作目标之间的安全距离。仿真结果表明,该算法可以使多航天器编队系统在3000s内运动至期望构型。该方法在复杂的、多个控制目标的编队飞行轨迹规划中优势明显,具有自主性、协同性、鲁棒性强等特点,同时可应用于不同类型的编队构型相对运动规划。     

基于FDA-MIMO的距离欺骗干扰鉴别方法

提出了一种基于频率分集阵列多输入多输出(FDA-MIMO)的距离欺骗干扰鉴别方法。FDA-MIMO中,目标回波在阵元间产生的相位差及空间角频率与距离、角度呈线性关系,而假目标不满足该关系。本文对目标回波和多类假目标在FDA-MIMO接收端的相位差、空间角频率进行了理论推导,详细分析了上下变频、匹配滤波、信号混合、移频等因素的影响,给出了假目标鉴别的具体流程。理论分析及仿真结果表明,该方法能准确提取混合信号的相位差及空间角频率信息,有效对抗多种类型的转发式欺骗干扰。     

逆变电源输出交流电压分段式前馈控制方法研究

为解决水泵三相AC 660 V电机在DC 750~1 250 V下的供电及起动问题,通过开展电机驱动系统设计研究,形成了以两电平主电路结构、电压空间矢量脉冲宽度调制技术和电压/频率恒定控制策略为基础的水泵电机逆变变频控制方案。在方案中针对较宽输入直流电压范围下的输出交流电压控制技术进行了攻关并取得了突破,形成了相应关键技术解决方案。通过水泵负载试验,全面验证了该方案的有效性和可行性。