深空探测器模块化结构动力学研究

随着深空探测器技术的不断发展,深空探测器设计逐渐转向模块化和标准化。串联结构是模块化深空探测器常见并较为合理的结构形式,而如何将运载对探测器整体模态频率的指标要求合理转化为对探测器各个模块结构的设计要求是当前工作中的一项挑战。根据子结构综合模态法并基于固定边界法和悬臂梁理论,提出了探测器子结构模块动力学模态指标的分配方法。采用3种子结构模块极限处理方法,用全解析方式推导了子结构模块的基频表达式,并分析了子结构模块的动力学特性与探测器整体结构动力学特性之间的关系。提出的子结构模块的动力学指标分解方法操作简单,精度较高,可为串联式模块化深空探测器的设计提供关键性的指导。     

面向深空时变信道的数据传输策略

将呈现随机“好”、“坏”状态跳变的深空Ka频段链路噪声温度建模为两状态Gilbert-Elliot信道,考虑深空下行发送端只能获得延迟的信道状态信息（CSI）的限制,结合部分观测马尔科夫决策理论设计了基于延迟CSI预测信道状态的自适应最大化吞吐量传输策略。理论推导了在深空通信环境下最优传输策略的关键阈值,并给出了简化的闭合解计算式。通过地球-火星通信参数仿真,校验了该方案能有效提高吞吐量,提高文件传输效率。     

空间机器人抓捕目标后动力学参数辨识研究

针对自由漂浮空间机器人抓捕目标后的动力学参数辨识问题,提出一种参数辨识的持续激励轨迹设计方法。首先,基于动量守恒原理建立了自由漂浮空间机器人的动力学参数辨识模型;然后,采用有限傅里叶级数对空间机器人的机械臂关节运动轨迹进行参数化表示,并以参数辨识回归矩阵条件数最小化为指标,通过求解一个包含多约束的非线性优化问题得到傅里叶级数的待定系数;最后,采用基于QR分解的递推最小二乘估计方法实现对采样数据的序贯处理,并求解出待辨识参数。仿真结果表明,提出的激励轨迹设计方法可以显著提高空间机器人参数辨识的收敛速度和准确性。     

基于机器学习的空间翻滚目标实时运动预测

借助监督式机器学习（ML）方法,对空间翻滚目标的运动状态预测问题进行研究,为空间机器人抓捕空间翻滚目标提供可靠的数据依据。基于物理模型的运动预测方法依赖理想的建模假设,需要连续的视觉反馈信息,解决目标预测问题的能力有限。因此,本文采用机器学习中纯数据驱动方式的稀疏伪输入高斯过程（SPGP）回归方法进行空间翻滚目标的运动预测。给定空间翻滚目标运动状态的历史观测数据,通过连续优化真实观测数据,得到稀疏的伪训练数据集,进而在线快速预测目标的运动状态,预测的计算效率达到毫秒级。此外,利用马尔科夫链蒙特卡洛（MCMC）法处理连续优化过程,克服由于随机初始值造成的优化过程陷入局部极小值问题。利用Snelson数据验证了所提稀疏伪输入高斯过程回归方法的正确性,并通过4组仿真算例验证了所提方法对于空间翻滚目标运动预测的有效性和鲁棒性。     

飞行控制律对体自由度颤振特性影响试验

飞翼飞机易发生刚体短周期模态与机翼低阶弯曲模态耦合所致的体自由度颤振。飞行控制系统对飞机的短周期模态特性影响很大,因此考虑飞行控制系统的闭环体自由度颤振特性值得进一步研究。针对自主设计的颤振模型开发了相应的俯仰姿态保持控制律,综合运用风洞试验和仿真计算开展了相关研究,获得了不同刚体自由边界条件下的开环/闭环体自由度颤振特性,研究了闭环增益对体自由度颤振特性的影响规律,简要分析了影响机理。试验和仿真计算结果共同表明：俯仰姿态保持控制律明显地改变了俯仰模态阻尼的原有走势,闭环后的体自由度颤振特性变化明显。以开环颤振速度为基准,采用较小的比例回路增益K_P或较大的微分回路增益K_D,飞行控制律能增加飞行器俯仰阻尼,提高体自由度颤振速度,反之飞行控制律将导致颤振速度降低。就本文控制律而言,当K_P<0.07或K_D>0.2时俯仰姿态保持控制律能起到抑制体自由度颤振的作用。     

无人机地面控制站通用化软件架构

通用化是无人机地面控制站的重要发展趋势.开展通用化软件架构研究,对于实现无人机地面控制站通用化至关重要.以指挥控制软件为例,结合其操作流程和功能,分析了通用化软件架构设计需求,提出了软件架构设计的流程和原则,给出了通用化软件架构设计的具体实现.     

多体分离数值模拟及方法验证

利用自主研发的混合网格Euler／RANs方程解算软件WoF90以及六自由度动力学与运动学方程解算程序,采用脚本语言技术实现网格的自动生成,建立了一套可用于多体分离问题的准定常Euler流动非结构网格方法。通过AEDC算例对非结构准定常Euler方程方法解决多体分离问题进行了计算研究,验证了方法的可行性。     

Low latitude nighttime ionospheric vertical E × B drifts at African region

The nighttime vertical E × B drifts velocities of the F2-region were inferred from the hourly hmF2 values obtained from ionosonde data over an African equatorial station, Ilorin (8.50^oN, 4.68^oE; dip lat. 2.95^o) during period of low solar activity. For each season, the plasma drift Vz is characterized by an evening upward enhancement, then by a downward reversal at 1900 LT till around 0000 LT, except for June solstice. This was explained using the Rayleigh–Taylor (R-T) instability mechanism. The occasional drift differences in Vz obtained by inferred and direct measurement over Ilorin and Jicamarca, respectively are reflective of the importance of chemistry and divergent transport system due to both the E region electric and magnetic fields instead of simple motions. The pre-reversal enhancement (PRE) magnitude is higher during the equinoctial months than the solsticial months over Jicamarca, highest during December solstice and the equinoctial months over Ilorin, suggesting the dominance of higher E × B fountain during equinoxes at both stations. The lowest PRE magnitude was in June solstice. The appearance of post-noon peak in NmF2 around 1700 LT is highest during the equinoctial months and lowest during the solsticial period. A general sharp drop in NmF2 around 1800 LT is distinct immediately after sunset, lowest during June solstice and highest in March equinox. Our result suggests that between 0930 and 2100 LT, the general theory that vertical drifts obtained by digisonde measurements only match the E × B drift if the F layer is higher than 300 km is reliable, but does not hold for the nighttime period of 2200–0600 LT under condition of solar minima. Hence, the condition may not be sufficient for the representation of vertical plasma drift at nighttime during solar minima. This assertion may still be tentative, as more equatorial stations needed to be studied for better confirmation.     

载人航天空空通信子系统及其关键技术

介绍了实现神舟运输飞船与天宫目标飞行器间数据通信和传输的空空通信子系统的构成,以及空空通信机的功能及其主要性能指标。空空通信子系统采用抗干扰能力强、保密性优的直接序列扩频通信技术。分析了其中的核心中频解扩解调中的伪码同步和载波同步等关键技术,应用数字解调方案降低了子系统调试难度,提高了可靠性。