星敏感器支架多学科多目标优化设计方法

针对高分辨率光学卫星对星敏感器支架结构轻量化和指向精度的严苛需求,文章提出一种基于力学和热学的多学科、多目标拓扑优化方法,并设计了一种高比刚度、高指向精度的圆筒式支架。首先,建立静态柔度最小和动态刚度最大的多目标拓扑优化数学模型,确定优化参数;其次,考虑结构和热稳定性,进行多学科多目标协同优化,获取最优的结构形式;然后,通过有限元法对优化后支架进行热稳定性和动力学分析,利用最小二乘法对热变形数据进行拟合,计算出星敏感器指向精度;最后,进行热真空和振动响应特性试验验证。结果表明:星敏感器组件的结构基频为425.6 Hz,结构轻量化率超过45%,指向精度为2.71″,圆筒式支架具有较高的结构/热稳定性和指向精度,满足卫星对其高性能指标的要求,验证了优化方法的可行性,为高精度器件的结构设计提供了一种有效方法。     

应用多星的空间目标跟踪定位算法

单星激光测距空间目标定位算法受远距离激光测距机测频的限制,有效数据速率较低。文章构建天基探测系统空间目标观测模型,提出一种应用多星的空间目标跟踪定位算法。该算法基于三角交会原理,面向多星不同载荷平台,基于空间目标成像投影和坐标转换模型,计算空间目标的异面直线距离,采用最近邻算法最优匹配关联同一空间目标的星间像点,基于双星交会模型解算空间目标轨迹,进行空间目标跟踪。此外,针对空间目标的星间信息丢失、空间目标与卫星共面时多空间目标跟踪精度低的问题,引入空间目标的加速度参数分量,改进卡尔曼滤波算法,预测空间目标轨迹位置,从而有效提高多目标跟踪精度。实例验证结果表明:文章提出算法的空间目标跟踪与定位精度高,能有效解决星间信息丢失引起的精度下降问题。     

绳系空间太阳能电站动力学响应分析

利用绝对节点坐标方法研究绳系空间太阳能电站在轨飞行的太阳能电池板动力响应。通过勒让德变换引入广义动量,在约束哈密尔顿体系下建立轨道、姿态和弹性振动耦合的动力学方程。基于祖冲之类方法的思想,结合辛龙格-库塔方法对微分-代数方程进行数值求解。数值算例说明本文建模方法和数值算法都是有效的,能很好地保持系统约束和能量。最后分析了绳长、平台系统的质量、轨道高度对于梁中点挠度和轴向平均应变的影响。     

星敏感器慢变误差校准方法研究

对星敏感器慢变误差(LFE)校准方法进行了研究。根据星敏LFE主要是源于周期性的空间热环境变化的机理,将星敏的LFE作为周期信号,用傅里叶级数表述。用最小二乘法估算陀螺常值漂移中的周期量,再由常值漂移估计辨识出星敏LFE的参数,确定LFE傅里叶级数中正弦和余弦函数的振幅。根据傅里叶级数形式的LFE模型和估得的LFE参数,模拟产生LFE的表达式,对星敏的输出进行补偿校正。给出了星敏LFE的辨识过程。研究表明:星敏LFE补偿后,改善了姿态估计精度和陀螺常值漂移估计准确度,显著提高姿态确定系统的性能。     

百万像素中波红外焦平面组件研制

中波红外焦平面组件是"高分四号"卫星凝视相机红外成像通道的核心器件。为满足航天型号应用要求,华北光电技术研究所项目团队立足国内技术基础,采用主流的红外焦平面组件技术路线,突破了高均匀性中波红外材料制备、百万像素中波探测器芯片加工、超大规模读出电路设计、高密度铟柱阵列倒装互连、大冷头尺寸微型杜瓦封装等关键技术,研制了像元数为1 024×1 024的百万像素大面阵中波红外焦平面组件,对大面阵中波红外焦平面组件的像元响应一致性、航天环境适应性、可靠性等进行了优化设计,并进行了地面测试和试验验证。中波红外焦平面组件的噪声等效温差达到21.4m K、有效像元率优于99%,经过高温70℃条件下1 500h长期存储和12 000次开关机温度冲击等试验后性能稳定。测试和试验结果表明:像元数为1 024×1 024中波红外焦平面组件产品的性能、环境适应性和可靠性满足技术要求。     

软式空中加油对接约束力不确定性分析

软式空中加油过程中锥套和受油管连接处的最大约束力,可造成锥套和受油管的脱离以及受油管的断裂,甚至引发安全事故。为了研究输油过程中软管锥套组合体的动力学特性,利用ALE-ANCF输油管道模型和多体建模方法,建立了加油系统刚-柔-液耦合的多体动力学模型;为了获取参数不确定条件下对接约束力的期望范围,采用融合多项式混沌方法和动力学模型的不确定性快速分析方法,得到了不同高度下飞行速度、输油软管长度和两机相对运动速度存在不确定性时的对接约束力期望范围。数值仿真结果表明,当受油机和加油机存在相对运动时,受油管在特定截面处的最大压力、剪力和弯矩的期望值将会分别大幅提高50%、272%和772%。     

精确星光大气折射导航观测模型的研究

高精度星光折射间接敏感地平的自主导航方法,目前被国内外广泛关注,由于大气参数变化的不确定性,国内外现用星光折射模型有一定局限性,使得利用星光折射导航定位精度大打折扣.根据大气密度随高度、纬度、季节等变化规律,有效改进现有固定高度(25km)的观测模型,可从整体上提高自主导航精度及可靠性.并通过对大气折射原理、平流层大气数据、大气模型以及影响星光折射观测模型的诸多因素的深入研究,建立了自适应连续高度(20~50km)的星光折射观测模型,同时建立带摄动的系统方程,利用Unscented卡尔曼滤波算法进行了计算机仿真研究,并对仿真结果进行了误差分析.      

基于实时引导修正的大口径天线对星快速校相方法

对测控站中快速校准和差通道相位的方法进行了原理分析,以18 m口径天线为例,论证了在X频段下大口径天线的空间波束相对于S频段更窄,利用X频段空间目标进行快速校相时需要天线系统提供更高的指向精度来满足校相时的角度偏置处于主瓣内.通过分析抛物面天线的指向误差源和模型,提出了基于该模型进行目标引导数据误差反向修正的工程应用方...     

光笔式三坐标测量机的蛙跳算法

在用光笔坐标机进行测量时,为了达到要求,经常要采用蛙跳法进行测量。建立了相应的数学模型,推导出蛙跳后的新坐标系和原坐标系的转换关系,先粗略求解它们之间的平移向量和旋转矩阵,进一步给出通过最优化方法精确求解平移向量和旋转矩阵的算法。编程实现此蛙跳算法,结合Matlab进行仿真,并分析误差大小,仿真表明该算法具有一定的实用价值和参考价值。     

基于任务分解的多星成像规划模型建立与求解

为解决多星成像规划模型中求解算法任务分配不合理、运算效率较低等问题,根据卫星性能指标和遥感器成像能力等约束条件,建立多星成像规划模型。求解该模型时,基于免疫算法设计任务分配方案,并基于图的最长路径算法设计单轨道圈次调度方案,使卫星能够尽可能多地对分配至该轨道圈次的点目标成像。将单轨道圈次调度结果作为反馈信息,调整任务分配方案,并通过多次迭代使得出的结果接近全局最优解。以多颗卫星对不同数量的点目标成像为条件,对模型进行测试,并与现有的规划模型对比。结果表明:文章提出的模型,能够在较短的时间内求解多星成像规划问题,得出较优的成像方案。