太阳立体探测任务的控制系统设计

日地平动点L4和L5是太阳观测的理想位置,针对太阳耀斑和日冕物质抛射,提出了一种在日地L4和L5点以及太阳极轨布置4颗探测器的太阳探测构想,实现太阳耀斑和日冕物质抛射的全方位观测.在国内外相关任务调研的基础上,给出了控制系统初步设计方案,并通过仿真验证了关键指标,满足了太阳立体探测任务高精度高稳定度的对日指向需求.     

拴连卫星系统在轨道保持中的镇定的一种新方法

给出了求拴连卫星系统在轨道保持中的局部镇定律的一种新方法。当拴连卫星系统的拴连约束假设为刚性且无质量时,在构造镇定律时,必须应用有关临界镇定的一些结果。方法是中心流形理论和Lyapunov方法的一种组合,和Liaw & Abed的方法相比,它避免Hopf分叉理论的应用和Floquet指数的计算,易为工程上应用。     

基于TEASER算法的空间非合作目标位姿估计

基于点云的空间非合作目标位姿估计,常受到噪声影响.提出截断最小二乘估计与半定松弛(truncated least squares estimation and semidefinite relaxation, TEASER)与迭代最近点(iterative closest point, ICP)的结合算法,提升空间非合作目标位姿估计精度与鲁棒性.该方法包括粗配准与精配准两个环节：在粗配准环节中,基于局部点云与模型点云的方向直方图特征(signature of histogram of orientation, SHOT)确定匹配对,利用TEASER算法求解初始位姿;在精配准环节中,可结合ICP算法优化位姿估计结果.北斗卫星仿真实验表明：在连续帧位姿估计中,噪声标准差为3倍点云分辨率时,基于TEASER的周期关键帧配准方法的平移误差小于3.33 cm,旋转误差小于2.18°;与传统ICP方法相比,平均平移误差与平均旋转误差均有所降低.这表明所提出的空间非合作目标位姿估计方法具有良好的精度和鲁棒性.     

基于结构光的铆钉凹凸量双目视觉检测方法

为了弥补飞机铆钉凹凸量的传统检测方式在精度、效率及稳定性方面的不足,提出了一种基于结构光的铆钉凹凸量双目视觉检测方法。首先通过工业投影仪将结构光投射到铆接表面,由双目相机采集投影图像。然后根据铆钉边缘特征提取出铆接区域,并采用改进的格雷码解相位方法计算铆接区域表面的相位信息。根据相位信息匹配特征点,利用视差原理计算出点云。最后通过点云数据处理,计算出铆钉的凹凸量。制作标准件并完成了凹凸量测量试验,测量误差在±20μm以内,重复测量标准差小于3μm,单个铆钉测量用时约2.2 s,能够满足现场测量精度和效率要求。     

改进的遥感卫星成像任务单轨最优团划分聚类方法

针对遥感卫星成像任务规划时对点目标的聚类效果不佳的问题,提出了一种改进的单轨最优团划分聚类方法。根据聚类约束条件,构建任务聚类图模型,并为图模型中的每一条边赋权值;根据图模型中边的权值,构建权值矩阵P;以卫星单轨姿态机动的最大次数作为聚类任务的数量限制,由P依次计算每个聚类任务所有可能的最优聚类方案,并生成对应的收益矩阵M和终点矩阵N;通过循环遍历的方式计算各个聚类方案下的总收益,其中总收益最大的方案即为最优团划分聚类方案。仿真结果表明:提出的改进的团划分聚类方法,能将点目标有效聚类,与传统任务聚类方法相比,可明显提高遥感卫星对点目标的观测效率。研究结果可为我国遥感卫星自主任务规划技术研究提供参考。     

序列凸优化的小天体附着轨迹优化

针对小天体附着多约束轨迹优化问题,提出一种基于序列凸优化的轨迹优化方法。首先采用内球谐引力场模型对目标小天体附近的不规则引力场进行精确建模,内球谐引力场模型是对经典球谐系数法的改进,形式简单,计算量小,并且克服了经典球谐系数模型在形状不规则的小天体附近不收敛的问题。对于小天体附着多约束轨迹优化问题,通过约束松弛、线性化、离散化过程,转化为一个可以迭代求解的二阶锥规划问题（SOCP）,进而采用内点法进行解算。数学仿真结果显示,优化结果符合各项约束条件,以零速度到达了目标着陆点,且符合燃耗最优的优化目标。利用序列凸优化算法进行小天体附着燃耗最优轨迹设计,推导简便,计算速度快,精度高,具有应用价值。     

多目标多约束组合体与飞船轨道维持优化

针对天宫二号/神舟十一号任务组合体运行与飞船返回要求,建立了升交点经度、轨道偏心率、指定时刻轨道高度及速度倾角等多目标特征参数的控制方程;根据组合体至飞船撤离准备各阶段的飞行特点,分析了近圆轨道偏心率中长期演化情况以及飞船返回双脉冲控制量随控制时间的变化规律,提出了通过两次组合体与飞船联合规划来满足不同约束的控制策略;根据撤离后飞船、天宫以及伴星的相对运动关系研究了结合规避控制的飞船双脉冲维持优化控制方案。最后依据神舟十一号任务的飞行过程,设计算例验证了该方法的有效性,具有较好的工程应用价值。     

一种多级全固体运载火箭上升段自主制导方法

针对多子级全固体运载火箭在终端多约束下的耗尽关机制导问题,设计了一种基于“助推-滑行-助推”飞行模式的真空段自主制导方法。根据轨道动量矩守恒定律,推导出一种同时具有速度和位置矢量约束的定点制导算法(PA)。在PA理论基础上,建立了满足能量匹配的滑行轨道非线性方程组并降阶至一维迭代求解,解决了多级固定总冲约束的两点边值问题。蒙特卡洛仿真结果表明：该算法对固体运载火箭模型的参数偏差和不确定性具有强鲁棒性,并对多终端轨道任务(不同轨道高度和不同载荷质量)具有较强的自适应能力,因此该算法具有重要的理论意义和工程应用价值。