分布式协同微纳遥感星群的智能控制系统关键技术

近年来,国内外微纳遥感星座发展不断加速,通过高频重访大幅提升了对地观测的时间分辨率,但是由于单颗微纳卫星观测能力受限,难以满足多源同步与融合、高品质、大幅宽等数据应用需求。为此,将星座与星簇相结合,以星座化分布满足高时间分辨率需求,以星座节点上的星簇协同观测获取多源、高品质、宽幅数据,构建基于微纳卫星的分布式协同遥感系统,是兼顾上述遥感应用需求的有效途径。智能分布式协同控制是该系统的核心关键,为此,必须研究解决星座+星簇大规模动态微纳遥感星群控制系统的分布协同自主导航、智能运动规划与控制、智能健康预测与管理、智能组网等关键技术难题。在梳理分析国内外分布式微纳遥感系统的基础上,给出分布式协同微纳遥感星群的概念内涵,分析其特有的四方面难题,梳理总结相关技术发展现状与趋势,以期为后续该方向的研究起到一定的借鉴作用。     

载人小行星探测的任务特点与实施途径探讨

介绍了载人小行星探测的发展现状,对目前美国基于"猎户座"飞船的载人小行星探测的概要方案进行了描述,包括探测器系统组成、运载火箭和飞行方案等内容。从速度增量、目标星引力等方面,分析了载人小行星探测的任务特点,并与载人火星探测、载人月球探测以及无人小行星探测的任务特点进行了比较。给出了载人小行星探测的实施途径建议,包括目标星选择、载人飞船系统设计等。讨论了其所涉及的推进、星际飞行安全保障、小行星表面行走等关键技术。研究结果可为我国开展载人深空探测提供参考。     

基于星联网的深空自主导航方案设计

为了降低地面测控系统的负担、提高深空探测器的导航效率,提出了基于星联网的航天器自主导航概念,对星联网的应用体系进行了设计。借助脉冲星、星间链路等手段实现星联网系统中基准航天器完全自主的高精度导航,用户航天器通过与基准航天器或其他用户航天器的交互通信与测量就可以实现自身状态估计。以地月转移任务为例,设计了星联网系统在地月空间的具体应用方案,分析了地月空间基准航天器的配置与自主导航方法,阐述了用户航天器的单层与多层导航策略。对基于脉冲星与星间链路观测的基准航天器自主导航进行了仿真,验证了观测基准航天器或者其他用户航天器时,地月转移段航天器自主导航的可行性。结果表明:基准航天器可以达到20 m的定位精度,用户航天器可以达到优于30 m的定位精度。基于星联网的航天器自主导航是可行的,发展星联网可以为我国构建天基自主基准导航系统提供有力支持。     

基于MCP的无人机系统可靠性指标分析计算

为计算无人机系统的可靠性指标,论述了现代无人机系统的组成,利用可以收集到的国外无人机外场使用数据,结合无人机系统的不同工作模式,建立了系统的任务可靠性模型,以任务成功概率(MCP)计算为出发点,对无人机系统的平均致命性故障间隔时间(MTBCF)和平均无故障工作时间(MTBF)进行了初步分析计算.      

一种面向产品规划过程的组合质量屋

针对现代产品设计规划过程中对规划信息的集成性、准确性和完备性的要求,提出了一种面向产品规划过程的组合质量屋,并给出了构建组合质量屋的过程和方法.该组合质量屋包括用户需求质量屋、产品技术特性质量屋和综合质量屋.在构建组合质量屋的过程中,采用网络分析法确定产品技术特性的相对重要度,该方法能综合考虑用户需求间、产品技术特性间以及用户需求层和产品技术特性层之间的相互协作和相互冲突的关系,使得规划结果更加准确可靠.此外,还综合考虑了产品全生命周期各阶段定性和定量约束对规划结果的影响.最后,通过实例研究了运用组合质量屋进行产品规划的步骤和方法,并验证了其有效性.      

冗余空间机械臂试探性搜索障碍规避策略

针对冗余空间机械臂的路径规划问题,研究了在构型空间内进行试探性搜索障碍规避的规划方法.在工作空间中对凸多面体障碍物进行碰撞检测算法研究,在此基础上建立7自由度冗余机械臂无碰撞的目标构型求解策略,并提出一种无碰撞路径试探性搜索算法,设计在构型空间中的机械臂路径试探算法,可在检测到碰撞后自主调整路径.仿真结果表明:与常规构...     

柔性可靠性与故障诊断处理综合设计技术

针对现代卫星高可靠、长寿命的要求,从卫星系统整体角度出发,根据卫星数字化系统/设备的特点,应用网格技术和多学科综合技术实现卫星内部、甚至卫星个体之间的柔性重组,提高卫星及星座的系统可靠性.提出柔性可靠性技术、测试技术和故障诊断与处理的融合技术,将可靠性、测试性和故障诊断与处理的设计分析与产品功能/性能设计紧密结合,建立综合应用的设计分析模型,实现一体化设计,并尝试对此进行综合应用仿真,以达到卫星数字化系统/设备简单、经济和高可靠的目的.      

基于MBSE的副翼及其操纵系统研发技术及应用

飞机的设计研发是一项涉及多学科领域、多目标、多约束的复杂系统工程过程,系统耦合紧密、参与人员众多、设计信息庞杂,以文档为中心的需求管理等传统研发方法突显出一定的困难,亟需探索新的飞机设计研发方法。以副翼及其操纵系统为研究对象,对基于模型的系统工程(Model Based System Engineering,以下简称MBSE)方法进行了探索研究:采用达索MBSE方法论-MMS(Modeling Methodology for Systems,以下简称MMS),从使命、服务、功能和组件不同视角对副翼及其操纵系统研发的各个方面进行解析,进而完整定义系统;利用达索3D Experience平台,通过RFLP系统工程架构,进行了副翼及其操纵系统的需求开发、功能分析及逻辑架构设计,完成了需求、功能、逻辑架构、系统仿真、物理设计等模型的关联追溯,实现了以达索MBSE方法论为核心的研发技术的有效应用。     

深空自主光学导航小行星筛选与规划方法研究

 深空探测器的自主光学导航是深空探测器自主的关键技术之一,而导航路标——小行星的选择与拍照序列的规划是深空探测自主导航的重要内容。基于探测Ivar小行星的设计方案,在导航小行星筛选方面,提出了基于小行星可见星等、距离、相对速度以及视线夹角的筛选准则,并利用综合评估的方式进行导航小行星的筛选;拍照序列规划方面,提出差额筛选的策略优化导航性价比,并利用改进的遗传算法进行规划。数学仿真结果表明,该方法能够有效地进行小行星的选择与拍照序列的规划。     

基于复合地标导航的动平台四旋翼飞行器自主优化降落技术

针对四旋翼飞行器在依靠地标导航完成动平台自主降落任务中存在的目标易丢失、地标定位死区大和降落可靠性差等问题,设计了一种基于复合地标导航的动平台四旋翼飞行器自主优化降落系统。该系统以圆环地标和二维码构成复合地标来解决仅用单一地标定位时存在的定位死区大和定位范围小等问题。针对地标识别丢失、动平台车轮打滑和码盘标定不精确等问题,建立动平台的精确运动模型同时考虑码盘包含未知测量偏差,基于扩展卡尔曼滤波器实现了对动平台连续位姿的在线估计。最终,基于动平台位姿估计结果以最小Jerk指标设计降落轨迹和降落策略,实现了四旋翼飞行器在动平台上高效平稳的降落。为验证所提系统的有效性,设计了仿真和实际降落实验,验证了所提复合地标实现摄像头距离在0.5~6.0 m内的综合完整定位;所设计的动平台状态估计器能在码盘存在未知测量偏差的情况下准确估计出平台的实时位姿,同时所提自主优化降落策略和轨迹规划算法保证了可靠的动平台降落。