Simultaneous state and actuator fault estimation for satellite attitude control systems

In this paper, a new nonlinear augmented observer is proposed and applied to satellite attitude control systems. The observer can estimate system state and actuator fault simultaneously. It can enhance the performances of rapidly-varying faults estimation. Only original system matrices are adopted in the parameter design. The considered faults can be unbounded, and the proposed augmented observer can estimate a large class of faults. Systems without disturbances and the fault whose finite times derivatives are zero piecewise are initially considered, followed by a discussion of a general situation where the system is subject to disturbances and the finite times derivatives of the faults are not null but bounded. For the considered nonlinear system, convergence conditions of the observer are provided and the stability analysis is performed using Lyapunov direct method. Then a feasible algorithm is explored to compute the observer parameters using linear matrix inequalities (LMIs). Finally, the effectiveness of the proposed approach is illustrated by considering an example of a closed-loop satellite attitude control system. The simulation results show satisfactory perfor-mance in estimating states and actuator faults. It also shows that multiple faults can be estimated successfully.     

基于姿态偏置的卫星天线方向图在轨测试实现

针对静止轨道通信卫星在轨测试期间天线方向图测试的需求,分析了天线方向图测试的方法。针对利用姿态机动进行天线方向图测试问题,给出了地面操作及操作计划制订方法,并通过工程实际验证了该方法的有效性。     

卫星导航定位方程的病态条件

定位精度因子(PDOP)上限取值是导航星座设计及其性能评价的基本依据。本文系统地论述卫星导航定位方程及其精度评定算法以及线性方程病态条件,通过实测和仿真数值试验结果对比分析,详细论证PDOP与卫星导航定位方程病态条件的关系,进而确定PDOP上限取值,以满足实际工程应用需求。     

航天器相对运动建模及周期性相对运动求解

面向航天器编队飞行的需求,对椭圆参考轨道航天器非线性周期相对运动条件进行研究,提出了确定椭圆参考轨道编队航天器非线性周期性相对运动条件的新方法。首先,考虑非线性、椭圆轨道等因素,通过哈密尔顿-雅可比(HJ)方程和正则摄动理论,推导了在任意非线性摄动下相对运动的模型和获得不需消耗任何燃料的周期性相对运动轨道的条件;然后,采用时域配点法,结合改进的列文伯格-马夸尔特(LM)法对周期性相对运动的初值进行求解;最后,设计数值仿真算例,利用上述条件,得到不消耗任何燃料的周期性绕飞轨道,由此验证了本文所提模型和方法的正确性。     

基于时频二维估计的卫星导航失锁快速重定位技术

卫星导航接收机在天线受到遮挡或者弱信号环境中易出现信号失锁现象,信号恢复后的重定位时间成为接收机的一项重要性能指标。提出一种基于时频二维估计、适用于中低动态应用场景的失锁快速重定位技术,利用信号失锁前测量的载波多普勒频率和码相位等信息对失锁后的多普勒频率及码相位进行估计,信号恢复后直接启用信号跟踪,无需进行位同步和帧同步,即可实现快速重定位。对该技术进行工程实现及试验验证,结果表明信号输入功率高于–145dBm(积分时间为10ms)、失锁时间小于60s时,接收机重定位时间在1s以内。     

基于预测脱靶量的远程拦截速度增益导引

 针对拦截器使用耗尽关机固体燃料发动机的情况,设计了大气层外目标拦截的速度增益导引方法。导引律中根据Lambert导引确定指令推力方向初值,利用剩余速度增量信息,计算惯性速度增益下的预测脱靶量,使用Kepler轨道摄动方程计算消除脱靶量所需的速度增益修正,根据惯性速度增益和速度增益修正之和确定指令推力方向。给出了一种计及J2项引力摄动影响的滑行段弹道预测半解析方法,减少导引律运算量,降低导引方法误差;导引律中引入了剩余速度增量测量环节,增强了导引精度对推进系统参数的鲁棒性。与传统的通用能量管理（GEM）导引相比,采用该导引律拦截远程目标时指令推力方向平稳、变化范围小,脱靶量降低了两个数量级。     

基于需用速度增益曲面的大气层外超远程拦截导引方法

考虑拦截器使用耗尽关机固体推进系统的情况,提出需用速度增益曲面概念,设计了基于该概念的大气层外超远程拦截导引方法。根据Lambert导引,给定拦截时间就有唯一的指令推力方向与之对应,导引过程分为两个阶段:零控拦截到达阶段,选择最优拦截时间,需用速度增益曲面迅速与助推时间-拦截时间平面相切;零控拦截保持阶段,拦截时间不断减小,保持需用速度增益曲面在助推时间-拦截时间平面上滑动,消耗多余的推进剂。利用拟零控拦截概念使两个导引阶段平缓过渡,避免了导引方法切换时推力方向的跳变。导引律计及了J2项摄动对滑行段弹道的影响,导引精度对推进系统参数偏差的鲁棒性强。仿真结果表明本文制导方法用于大气层外超远程目标拦截,脱靶量仅为km量级,推进系统参数偏差对导引精度的影响很小。     

一种新的卫星通信系统中的载波频率同步技术

针对卫星通信中传统载波频偏估计算法精度低的问题,提出一种新的频偏估计方法。该方法首先利用传统方法在解调前端进行初始频偏估计,然后充分利用译码信息对残留频偏进行进一步估计和补偿。仿真结果表明,该方法可有效抑制传统频偏估计方法带来的残留频偏的波动,减少残留频偏对系统性能的影响,提高了系统译码性能,降低了解调门限,在不占用系统频带的同时,提高了系统功率利用率。     

星载可展开天线热振动数值分析

根据非耦合动力学理论及有限元方法,研究分析了星载可展开天线的热振动。利用半正弦波温度冲击模拟热动力荷载,对天线典型节点的热振动位移和应力以及形面精度进行了数值分析。研究表明,急剧变化的温度荷载将导致该天线结构发生热振动,热振动响应明显大于静力学响应。