Halo轨道探测器的姿态描述与建模

日地系Halo轨道位于平动点附近,且不存在以地球为中心的轨道平面,这使得Halo轨道探测器的姿态描述和建模问题完全不同于近地卫星.针对三轴稳定方式的探测器,给出了2种姿态描述方案:对日定向方案(方案I,基于日、地敏感器)和旋转坐标系下定向方案(方案II,基于星敏感器).依据两者所定义的不同轨道坐标系,分别建立了姿态动力学模型.分析2类描述方案的相对误差,发现方案I的上限不超过5%,而方案II的上限不超过0.005%.并就方案I设计了姿态镇定控制器,以验证所提出的姿态描述方案的合理性.结果表明:具体工程应用中应以方案II为正常工作模式,并定期修正星历表的误差;方案I作为备份,保证探测器的正常运行.      

叶片三维轮廓测量点云数据高精度多角度融合

针对高精度多角度点云数据融合叶片测量难题,设计了一种基于相位测量轮廓方法的多角度点云数据融合的机械装置.通过设计对参考平面数据旋转的算法,实现叶片三维轮廓的高精度数据合成,精度达到(0.06±0.01)mm.这种装置的方法、结构简单实用,测量效率和精度高,可以多个叶片同时测量,是一种可以取代三坐标测量的实用方法.      

基于准流形方法日地系L3点转移轨道设计

针对深空探测中轨道转移时间长且能量消耗较大的问题,提出基于准流形实现从地球停泊轨道到日地系L3点转移轨道的设计方法。在日地限制性三体问题模型下,在L1点或L2点Halo轨道上施加扰动推力,构造准流形,利用其非线性三体动力学特性,通过霍曼转移轨道与近地轨道进行拼接,使航天器进入准流形后能够无动力滑行到L3点附近区域。在准流形与L3点周期轨道交点,施加速度脉冲,使航天器进入相应周期轨道,从而完成轨道转移。仿真结果表明,利用该方法所得结果与基于不变流形的转移轨道相比,能将速度增量从4398m/s减少为4014m/s,并将转移时间从9年以上缩短到7.3年以内,有效地提高了航天器的工作效率。     

基于广义线性模型的固体推进剂贮存寿命评估

研究了固体推进剂在贮存过程中性能退化对贮存寿命与可靠性的影响,提出了一种基于广义线性模型的固体推进剂贮存寿命与可靠性评估方法.首先结合固体推进剂退化数据的特点,利用位置刻度模型来描述固体推进剂抗拉强度与贮存时间的关系,建立了固体推进剂的贮存寿命模型.然后利用广义线性模型,给出了贮存寿命模型系数的极大似然估计.根据极大似然估计的渐近正态性,利用Fisher信息矩阵,给出了贮存寿命与可靠度近似置信下限.结合算例表明该方法综合利用固体推进剂在不同贮存时间下的性能数据,改善了固体推进剂贮存寿命与可靠性评估精度.      

iGPS系统与经纬仪测量系统联合测量方法研究

iGPS测量系统凭借建站方便快捷、测量速度快等优势,已经在国内外航空航天制造等大型工业设备安装和检测领域有广泛的应用,而航天器测量任务中大量的立方镜准直测量工作则只能由经纬仪测量系统完成。由于经纬仪测量系统点坐标测量效率偏低,需要将iGPS系统测量点通过经纬仪系统转换到立方镜坐标系下,实现两种坐标测量系统的联合测量。基于上述需求,研究了两种系统的坐标系转换方法,提出了利用标定板实现转换的方法,分析了原理与转换过程,并通过实验验证了可靠性和精度。     

月球天梯力学特性研究

月球天梯的构型对其力学特性和质量特性起决定性作用,直接关系到天梯建造材料的选取。目前对月球天梯的研究集中在组合横截面积构型上,未对其他构型天梯的特性展开深入研究。针对这一问题,文章进行了不同构型月球天梯的力学特性研究。建立了月球天梯动力学模型,分别将天梯缆绳线密度和应力作为常值,推导了等横截面积和变横截面积两种新构型月球天梯的动力学方程和质量特性方程,进行了不同构型天梯关键特性参数的计算和对比分析。研究结果表明,变横截面积天梯可将最大应力设计为任意恒定值,降低了对材料极限应力的要求,其总质量小于等横截面积和组合横截面积天梯,为最优构型方案。     

某型航空发动机叶片逆向工程方法研究

以某航空发动机叶片为研究对象,结合叶片的曲面特征,使用三坐标测量机逆向工程采集点云数据;提出了适合于叶片曲面的最小二乘滤波降噪算法,应用滤波算法对点云数据进行降噪处理,并使用ImageWare软件完成数据的曲线曲面重构;最后从曲面质量和拟合精度两方面,分析和评价了叶片逆向工程的精度可靠性。     

地月平动点拟周期轨道探测器自主导航方法研究

地月L2点的拟周期轨道可以用于实现与月球背面的持续通信,具有重要的科学研究价值和广阔的应用前景。针对地月L2点探测器所处的弱稳定拟周期轨道,论证了基于日地月信息的自主导航方法的可行性,并进行了深入分析。首先,推导了会合坐标系下带有星历的精确导航动力学方程;其次,针对弱稳定轨道不同于近地强稳定轨道的特性,在基于日地月方位信息导航的基础上,提出了三种敏感器组合方案。使用迭代最小二乘方法给出导航仿真结果,并结合非线性可辨识性理论对这三种情况下历元状态的可辨识性及可辨识度进行分析。最后,仿真结果表明,使用日地月敏感器以及对地多普勒雷达可以满足历元状态的可辨识性、导航的收敛性以及系统经济性的要求。     

利用单传感器的三维密闭空间突发持续污染源辨识研究

诸如载人航天器、潜艇及地下涵洞等有限空间,由于空间小、密闭性强、人员活动频繁,应对突发污染能力差,当发生突发污染事故,直接影响密闭空间内人员的身体健康和生命安全,亟需发展一种可行的突发污染源辨识方法,提高上述密闭环境应对突发污染事故的能力。针对三维密闭空间内的持续污染源,提出一种基于多位置假设的突发污染源定位方法,利用单传感器的观测数据实现三维空间内突发持续污染源辨识;为了提高起始污染浓度感知速度和突发持续污染源定位精度,同时提出采用单边U检测方法进行污染感知;另外针对影响定位的主要因素进行仿真分析。本项研究能够为三维密闭空间内突发持续污染控制提供有效依据。     

增加Doppler观测值实现实时动态PPP快速重新初始化

针对实时动态PPP中常常会遇到卫星信号中断或大部分卫星发生周跳而导致重新初始化的问题,可以将GNSS信号短时间中断看作是全部卫星发生周跳,通过研究Doppler观测值在快速重新初始化中的观测模型,进而提出联合伪距、相位、Doppler观测值及电离层延迟变化约束信息的数学模型,对于发生周跳的卫星,通过将周跳参数固定为整数以实现动态PPP快速重新初始化。根据实际算例,从多个角度进行统计分析表明引入Doppler观测值能够提高周跳修复的成功率,从而加快PPP快速重新初始化的过程。