SO(3)上航天器自适应反步姿态跟踪控制

针对刚体航天器姿态跟踪控制问题,提出了一种自适应反步控制方法。首先,考虑模型不确定性和外部干扰影响,通过引入一个非负定的势函数来描述姿态跟踪误差,在特殊正交李群SO(3)上建立描述航天器姿态运动的相对动力学方程,所建立的动力学模型有效地避免了用修正罗德里格参数或四元数描述航天器姿态时引起的奇异和退绕等问题;其次,设计的自适应反步控制器可保证闭环控制系统最终一致有界收敛,并用李亚普诺夫理论严格证明了闭环系统的稳定性;此外,设计的自适应控制律可以有效地处理系统总干扰;最后,针对航天器姿态跟踪控制场景进行数值仿真分析。结果表明:与传统PD控制器相比,所设计的控制器可以有效地提高控制性能。     

基于对数势函数的深空探测器姿态规划与控制方法

针对深空探测器姿态约束机动问题,提出一种基于对数势函数的多约束姿态机动规划方法。首先,定义了两种姿态指向约束,即禁止约束和强制约束,并利用禁止约束和强制约束的性质构建了对数势函数作为Lyapunov函数;在此基础上采用改进退步法设计了探测器姿态机动控制器。数值仿真结果表明:该方法不仅在多约束情况下能够自主求出安全的机动路径,而且在分析和求解上计算效率较快,对于星上资源有限的深空探测器具有实际运用价值。     

轨道倾角对地球同步轨道通信卫星外热流影响分析

我国传统地球静止轨道(GEO)卫星外热流经验已不满足当前地球同步轨道(GSO)通信卫星热设计需求。为此,文章针对小倾角GSO卫星和倾斜地球同步轨道(IGSO)卫星开展姿态控制策略、轨道倾角及升交点赤经对卫星外热流的影响规律研究。分析结果表明：对于小倾角GSO卫星,姿态与轨道升交点赤经对南北面外热流有不容忽视的影响;对采用实时偏航控制的IGSO通信卫星,应关注太阳翼红外热流对卫星本体的影响。     

基于视觉和MEMS-IMU融合的火星车导航定向技术

火星探测车需要在复杂非结构化火星地表环境下完成自主导航定位任务。针对火星车导航定位传感器的低功耗、微型化的发展趋势,提出一种基于MEMS-IMU的传感器补偿融合、单目视觉航向测定的方法。该方法能克服火星复杂地表和单一性地貌环境可能导致的测试误差过大问题。模拟环境下的实验数据结果显示该方法具备实时性好、可靠性高的特点,姿态估计和航向测量的准确率较高。     

带冷罩的自旋弹头在液氮消耗时的姿态模型

研究了带液氮冷屏蔽罩(冷罩)的自旋弹头在自由飞行段中,冷罩多孔介质层内液氮不断消耗时弹头姿态的变化规律.针对工程上无法利用数值计算直接研究多孔介质中液氮消耗对弹头姿态运动影响的问题,以均相模型分析多孔介质层内气液混合物的运动规律,建立了均相介质在离心力作用下的渗流运动方程.对此方程进行无量纲化,分析了均相介质的运动规律,得到了变质量弹头的姿态动力学模型.通过分析与仿真发现,自旋角速度随冷罩内液氮消耗而不断增大,非自旋方向角速度不为零时,其运动频率不断增大,且会产生运动阻尼,但频率变化很小,运动阻尼量级也极小,工程中可忽略冷罩中液氮消耗对非自旋方向的影响.     

基于严格成像模型的卫星姿态角系统误差补偿

为消除卫星在轨运动过程中俯仰、偏航、滚动对遥感影像地面定位的影响,建立了卫星姿态角系统误差补偿模型,即在严格成像模型的基础上,对姿态角进行直接调整,以减小定位误差。利用环境减灾-1B（HJ-1B）卫星CCD1相机遥感影像进行分析,在单景影像的定位中,借助于2个地面控制点,将其系统误差减小到原来的1/3,从而验证了模型的有效性,为进一步在轨检校相机内部静态参数提供了前提。     

SZ-7伴星姿态控制系统设计及在轨试验

中国SZ-7飞船伴星(BX-1)姿态控制系统已在轨正常运行一年多,圆满地完成了各项任务。至2009年10月所有部件工作正常,运行稳定。在轨运行期间伴星控制系统表现出良好的特性,与同类卫星控制系统相比,伴星控制系统具有体积小、质量轻、多任务、高安全性、高机动性等特点,分析并总结伴星姿控系统对于丰富小卫星控制系统设计经验,提高设计水平具有重要的意义,对今后类似小卫星平台的设计具有重要的参考价值。     

基于双捷联算法的POS误差在线标定方法

为了提升位置和姿态测量系统(POS)的精度,结合POS工作过程中典型的匀速直线运动,提出了一种准实时的POS误差在线标定方法。首先设计了基于双捷联算法的在线标定方案,对系统误差方程进行简化处理,求出中时期导航条件下的系统误差状态转移阵。然后根据POS的两段相邻匀速直线运动导航误差,对系统误差参数进行在线标定,并通过可观测性分析得出POS运动与系统误差在线标定效果之间的对应关系。车载试验和飞行试验结果表明,在POS正常遥感作业过程中,本文提出的在线标定方法能够有效提升系统精度。     

基于同波束干涉测量的航天器姿态测量研究

基于地基同波束干涉测量,建立了航天器姿态测量数学模型及方程,给出了姿态解算方法,并对方程可解性与解算精度因子进行了分析。通过模拟在轨航天器轨道运行,进行了基于同波束干涉测量的航天器姿态解算数值仿真和误差分析,对解算误差和观测俯仰角的关系进行了分析和验证。结果表明,利用3个地面测站针对航天器上3个下行天线信号开展同波束干涉测量,辅以精度因子约束进行姿态解算,可以获得有效的航天器姿态信息,其精度最高可达0.001°。该方法可以作为在轨航天器姿态测量的备份手段。     

基于等价可靠性模型的姿态敏感器配置优化及分析

针对如何进行姿态敏感器配置的问题,提出了一种确定最优姿态敏感器配置的方法.首先,将工程中的姿态敏感器配置问题用数学模型进行描述;其次,以可靠性为基础,建立系统可靠性模型;然后,引入等价因子这一概念,将配置可选方案之间的优劣以可靠性的形式等价到控制系统中,将系统可靠性模型转化为系统等价可靠性模型;最后,通过对比系统等价可靠性模型的具体数值,确定出最优的航天器姿态敏感器配置方案.文章最后,以一工程实际为例,利用该方法进行姿态敏感器配置的确定,结果表明该方法可行和有效,对工程具有理论指导意义.