航天飞机G417载荷研制及油滴与水滴接触微重力实验

文章介绍了曾经由航天飞机STS-64飞行任务搭载的编号为G417载荷的研制经验以及利用该载荷在航天飞机上开展的油滴与水滴接触微重力实验。北京卫星环境工程研究所承担了该载荷全部研制任务,其研制经验和飞行实验可为我国将来空间站开展微重力实验提供参考。     

基于自适应采样滤波器的临近空间飞行器姿态确定

为提高临近空间飞行器的姿态估计精度和稳定性,研究了捷联惯性导航系统与星敏感器组合定姿方法和滤波融合算法.首先给出了临近空间飞行器的高精度姿态确定方案及其模型,然后针对一般采样型滤波器自适应能力有限的缺点,推导了一种能在线自适应估计过程噪声和量测噪声协方差阵的自适应采样滤波算法,该算法融合了自适应估计和非线性滤波各自的优点,不仅能对姿态确定系统的非线性滤波问题进行高精度估计,而且估计结果具有较强的鲁棒性,最后进行了仿真实验.实验结果表明本文方法达到10角秒的定姿精度,其滤波精度和稳定性均满足临近空间飞行器的定姿要求.     

考虑卫星轨道运动和像移影响的星敏感器星图模拟方法

星图模拟技术是星图识别算法和星敏感器性能测试的基础.提出一种新的高精度星图模拟方法.该方法分为三个步骤:首先,利用两行轨道数据(TLE,Two-Line Orbital Element)与简化常规/深空扰动的近似解模型(SGP4/SDP4)计算出卫星在轨运行参数,进而获得卫星姿态矩阵;然后,根据星敏感器的方位和俯仰角度,确定星敏感器视场中的导航星及星敏感器安装矩阵,利用小孔成像模型,获得导航星在星敏感器成像面的投影位置;最后,为更准确模拟实际星像点的灰度扩散,在考虑卫星运动引起的恒星像移的基础上,按照二维高斯分布规律置灰度值来模拟星像点像素.在此基础上,还详细分析了不同曝光时间下,恒星像移对恒星位置测量的影响.     

CCSDS子网包业务在航天器综合电子系统中的应用研究

针对未来航天器中多元化的数据对可靠性、时延等传输服务质量有不同要求的场景,研究了空间数据系统咨询委员会(CCSDS)制定的子网包业务的特点、作用及基本的工作原理,通过分析可知,应用CCSDS子网包业务可以有效克服当前星载数据管理系统的局限性,满足未来航天器数据处理的更高要求。文章提出了其在航天器综合电子系统中的应用场景、可行性、方法和工作模式,对子网包业务在未来综合电子系统中应用的优势进行了展望。     

立方星电源系统最大功率点跟踪优化控制方法

针对立方星在能量来源严重受限条件下如何提高太阳能利用率的难题,提出一种适用于立方星的集中供电式空间微电源架构(EPS),并设计基于改进粒子群优化算法的最大功率点跟踪(MPPT)控制策略来提升能量转换效率。首先,推导太阳电池阵列的数学模型,并根据太阳电池阵列的工作特性,提出电源系统最大功率点跟踪控制的物理系统实现结构。其次,设计基于改进粒子群优化(PSO)的最大功率点跟踪控制算法,并进行了数学仿真校验。最后,对所设计的电源系统架构进行了硬件实现和试验验证。地面试验结果表明,电源系统的太阳能最大转换效率可达95.5%。该电源系统成功应用于世界首颗12U立方星“翱翔之星”的飞行试验,在轨数据表明电源系统工作状态良好,为微纳卫星电源系统的设计提供了有益参考。     

采用单目视觉的非合作目标星状态估计

针对微小卫星逼近观测未知的空间翻滚非合作目标星任务,提出一种基于单目视觉的目标星相对状态估计方法。在建立追踪星/目标星相对运动模型的基础上,以单目相机识别并测量获得的目标星固有特征的像素位置为观测输入,通过扩展卡尔曼滤波算法实现对目标星相对位置、相对速度、相对姿态、角速度、惯量比和特征位置等状态的估计。仿真结果表明,该方法能够很好地实现对未知非合作目标星的相对状态估计,姿态估计误差小于2°,位置估计误差小于0.1 m,特征点位置平均估计误差小于0.04 m。     

中轨道Walker导航星座在轨备份方案优化设计

针对中轨道Walker导航星座在轨备份方案的优化问题,首先提出了在轨备份星轨位优化设计方法,考虑星座运行期间在轨备份星与工作卫星存在共同提供服务的情况,选取PDOP值和可见卫星数作为轨位优化指标,建立了轨位优化模型,并基于NSGA-Ⅱ算法对不同轨位下在轨备份星对导航星座服务性能的提升效果进行仿真分析;然后,基于在轨备份星轨位的优化结果,建立在轨备份星替换的轨道机动模型,并综合考虑速度增量和替换时间,确定了以替换时间最少为优化目标的在轨备份星替换方案。结果表明,提出的在轨备份方案能有效满足备份星的设计需求,增强导航星座的服务性能,实现故障卫星的快速替换,可为导航星座备份星的建设提供借鉴。     

圆轨道同步卫星在区域导航系统中应用研究

阐述了我国建立第二代卫星导航系统的必要性和区域性卫星导航系统的特点，进一步研究了倾斜圆轨道同步卫星在区域导航系统中的应用，最后设计了一种静止卫星和倾斜圆轨道同步卫星相结合的星座,并且初步研究了它的性能，通过仿真教育处表明，实现区域卫星导航系统是可行的。     

一种应用逻辑模型的通用星务软件架构设计

针对以往通信卫星星务软件研制面临投资规模大、功能复杂、研制周期短的问题,提出一种应用逻辑模型的通用星务软件架构设计。该架构由应用软件模块、服务软件模块和数据管理模块组成。应用软件模块通过分析通信卫星功能逻辑共同特点,设计并实现逻辑子动作、逻辑动作、逻辑序列3个层次的逻辑模型。服务软件模块能提供指令转发、数据传输、时间管理等通用底层服务,并分离于底层服务,应用抽象的逻辑模型开展软件业务逻辑设计。数据管理模块通过约定统一的数据协议,设计卫星参数、初始化装订数据的集中管理方法。与以往星务软件架构对比表明:通用星务软件架构能有效简化软件开发流程,提升软件质量和可维护性。