EKF/UKF在编队飞行卫星GPS相对导航中的应用

 　航天器编队飞行协调工作,必须精确确定各航天器的相对位置和相对速度,即进行编队飞行相对导航。将扩展卡尔曼滤波(EKF,extended Kalman filter)和非线性滤波unscented Kalman filter(UKF)算法同时应用于编队飞行卫星的载波相位差分GPS相对导航。EKF与UKF算法原理不同,UKF算法的精度比EKF的精度高。在实际应用中,可以将两种算法组成互为备份的相对导航滤波器,这样可提高滤波系统冗余性能。     

双旋流器燃烧室NOx生成研究

通过试验和数值模拟方法研究不同进口油气比与温度以及主燃孔布局变化对双旋流模型燃烧室两相燃烧整体流场、出口温度丁以及污染物NO_x排放的影响.采用二维粒子图像测速仪(PIV)测量燃烧室内热态流场,用多点温度耙和取样管测量燃烧室出口温度T与NOx在非结构网格体系下,采用Fluent商业软件对燃烧室三维两相燃烧流场和NO_x分布进行计算.计算结果与试验数据符合较好,表明不同油气比、进气温度和主燃孔布局变化对模型燃烧室两相燃烧整体流场、出口温度T与NO_x排放都有一定的影响,并随着油气比与进气温度增加,燃烧室出口温度T与NO_x排放也相应地提高.      

The dust content of clusters of galaxies

We have statistically investigated the infrared luminosity of clusters of galaxies in comparison with the known tracers of the cluster mass like the X-ray luminosity and the cluster richness (e.g. the number of member galaxies). Our results show that there is a clear positive correlation of the infrared luminosity with the cluster mass. Quantitatively speaking, the infrared luminosity is on average 20 times higher than the X-ray luminosity. Moreover, the infrared luminosity increases with the redshift. This probably shows that a major part of this infrared luminosity is due to star formation in the member galaxies. Another possible contribution would be the thermal emission from dust particles in the diffuse intracluster medium. However our method does not allow us to infer conclusions about this second hypothesis. Depending on their size and abundance, such particles would contribute to the infrared luminosity of galaxy cluster and have an impact on the cooling function of the baryons and thus on the formation of the large scale structures. This is an important cosmological question which still remains open.     

卫星编队的多脉冲队形重构方法

主要研究了椭圆轨道燃料消耗最优的多脉冲编队队形重构问题.首先,基于Lawden方程的解析解,推导了多脉冲机动的数学模型.然后构造燃料最优目标函数,将总脉冲写成关于各脉冲作用时间和前n-2次脉冲大小的函数.然后利用遗传算法对问题进行求解,将结果转换到时间域,确定最终各脉冲的大小、方向和作用时间.最后进行了数学仿真,验证了算法的正确性.     

基于聚类和Hough变换的多编队航迹起始算法

以传感器分辨力较低、编队成员之间距离较近时,不能辨别出编队中的目标数量和队形结构为背景,集中研究了密集杂波下编队的航迹起始问题并分析了该问题的难点所在;在此基础上,首先,通过循环阈值法将前3个时刻的量测点迹分割成多个子群;然后,对分割后的各个子群运用K均值聚类法,更准确地求出各个子群的聚类中心点作为该子群的中心;最后,通过最近邻法,以最大速度为限制将前3个时刻各子群中心点互联,对互联上的中心点经Hough变换,映射到参数空间,从而判别出成功起始的航迹和速度。经仿真验证,该方法对密集杂波环境下编队的航迹起始效果较好,并且速度快,起始率高。     

反舰导弹对目标选择的一种新方法

超视距反舰导弹(ASM)在搜索阶段选择预定目标时,目前采用的瞄准点选择方法受自控终点的散布误差和目标机动影响较大。为此提出一种利用舰艇编队相互位置关系(MPR)选择预定目标的方法。编队相互位置关系即其余目标相对参考目标的位置,对于一个编队,选择不同的参考目标得到不同的编队相互位置关系。对发射前装订的编队,以预定目标为参考目标获得其编队相互位置关系,在末制导雷达探测到的编队目标中,若以某目标为参考目标时的编队相互位置关系与之最相似,则该目标即为所要选择的预定目标。该方法不受自控终点散布误差和编队目标整体机动的影响。仿真实验表明该方法正确选择预定目标的概率高于瞄准点选择方法。     

Hardware-in-the-loop simulations of GPS-based navigation and control for satellite formation flying

A relative navigation and formation control algorithm for satellite formation flying was developed, and a hardware-in-the-loop (HIL) simulation testbed was established and configured to evaluate this algorithm. The algorithm presented is a relative navigation estimation algorithm using double-difference carrier-phase and single-difference code measurements based on the extended Kalman filter (EKF). In addition, a state-dependent Riccati equation (SDRE) technique is utilized as a nonlinear controller for the formation control problem. The state-dependent coefficient (SDC) form is formulated to include nonlinearities in the relative dynamics. To evaluate the relative navigation and control algorithms developed, a closed-loop HIL testbed is configured. To demonstrate the performance of the testbed, a test formation flying scenario comprising formation acquisition and keeping in a low earth orbit (LEO) has been established. The relative navigation results from the closed-loop simulations show that a 3D RMS of 0.07 m can be achieved for position accuracy. The targeted leader–follower formation flying in the along-track separation of 100 m was maintained with a mean position error of approximately 0.2 m and a standard deviation of 0.9 m. The simulation results show that the HIL testbed is capable of successful demonstration of the GPS-based satellite autonomous formation flying mission.     

基于MAS仿真的保障机构维修保障能力评估指标研究

对于由大量不同型号舰艇所构成的舰艇编队,其维修保障系统中涉及各类维修保障资源,如人力、备件、设备、设施等,为了确保舰艇编队具有较高的战备完好性和任务成功性,这些维修保障力量一方面应具有很强的自身能力,另一方面还应具有很强的协同工作的能力。文章针对舰艇编队的维修保障问题,分析维修保障力量的各影响因素,在协同工作的背景下,采用Multi-Agent System(MAS)仿真构架,对这些维修保障力量建立评估指标,建立评估指标,达到资源投入少、保障时间短、保障效果好的保障目标。     

皮纳卫星编队保持动力学分析

针对皮纳卫星在编队飞行中的控制精度要求已提高到微米甚至纳米级,文章研究了小推力作用下高精度的皮纳卫星编队构型保持问题,在考虑摄动影响下,推导维持编队构型需要的控制力与编队距离、编队空间方位等参数之间的关系,为皮纳卫星编队构型的设计提供理论指导;同时基于bang-bang控制理论,使用有限状态机设计了一种高精度的编队控制律。仿真表明,提出的控制方法不但可以使系统快速收敛,同时还能使皮纳卫星编队的星间控制精度达到1 μm,与滑模控制律相比较,精度提高近10³倍。     

“嫦娥4号”中继星伞状可展开天线设计与验证

伞状可展开天线是"嫦娥4号"中继星为着陆于月球背面的"嫦娥4号"着陆器和巡视器提供中继通信的关键单机。对伞状可展开天线的设计原理和构造进行了描述,对天线在轨展开、网面成型与保持、超低温环境适应性等技术难点开展了分析。天线在轨展开采用缓释弹簧分布式驱动展开技术,具有布局灵活、轻便、安装体积小、可靠性高的优点,并开展了寿命、热真空环境展开等试验,验证了天线展开技术的正确性;采用双层网结构设计形式实现天线网面成型与保持,优化了张力网节点数量,开展了型面精度测试和型面在轨热变形预示,验证了天线在轨型面精度达到亚毫米级的设计指标,进一步确保了天线在轨性能满足任务要求;天线部组件最低温度达到–250℃的超低温环境验证结果,表明天线经历超低温环境存储后,结构无损坏,性能无下降,满足天线在轨环境适应性的要求,有效地支撑了"嫦娥4号"中继星中继通信任务的顺利执行。