Concurrent image-based visual servoing with adaptive zooming for non-cooperative rendezvous maneuvers

An image-based servo controller for the guidance of a spacecraft during non-cooperative rendezvous is presented in this paper. The controller directly utilizes the visual features from image frames of a target spacecraft for computing both attitude and orbital maneuvers concurrently. The utilization of adaptive optics, such as zooming cameras, is also addressed through developing an invariant-image servo controller. The controller allows for performing rendezvous maneuvers independently from the adjustments of the camera focal length, improving the performance and versatility of maneuvers. The stability of the proposed control scheme is proven analytically in the invariant space, and its viability is explored through numerical simulations.     

基于神经网络自适应动态逆的结冰飞机飞行安全边界保护方法

考虑到飞机带冰飞行的安全问题，对结冰飞机进行安全边界保护成为一种有效的解决手段。基于神经网络自适应动态逆跟踪性能好、鲁棒性强的优点，提出了以安全关键飞行参数限制值作为神经网络自适应动态逆的输入，获取可用舵面偏转角的边界保护方法。建立了飞机本体动力学模型，采用高精度的数值模拟方法获得结冰数据库。设计了神经网络自适应动态逆控制律，通过在动态逆环节引入单隐层神经网络，对不确定性逆误差进行自适应补偿，增强了控制系统的鲁棒性。以俯仰姿态保持模式为例设计了结冰飞行闭环安全边界保护系统。以结冰飞机最小平飞速度的估算值作为飞机最低飞行速度，设计自动油门控制系统，实现对飞行速度的保护。通过仿真验证了设计的控制律具有较强的鲁棒性。对结冰严重程度线性增加情形下飞机状态参数的动态响应进行了分析。仿真结果表明，所设计的结冰边界保护系统，能够实现飞机在容冰飞行过程中对安全关键参数如迎角、飞行速度的实时保护。     

Comparison of organ dose and dose equivalent for human phantoms of CAM vs. MAX

For the evaluation of organ dose and dose equivalent of astronauts on space shuttle and the International Space Station (ISS) missions, the CAMERA models of CAM (Computerized Anatomical Male) and CAF (Computerized Anatomical Female) of human tissue shielding have been implemented and used in radiation transport model calculations at NASA. One of new human geometry models to meet the “reference person” of International Commission on Radiological Protection (ICRP) is based on detailed Voxel (volumetric and pixel) phantom models denoted for male and female as MAX (Male Adult voXel) and FAX (Female Adult voXel), respectively. We compared the CAM model predictions of organ doses to those of MAX model, since the MAX model represents the male adult body with much higher fidelity than the CAM model currently used at NASA. Directional body-shielding mass was evaluated for over 1500 target points of MAX for specified organs considered to be sensitive to the induction of stochastic effects. Radiation exposures to solar particle event (SPE), trapped protons, and galactic cosmic ray (GCR) were assessed at the specific sites in the MAX phantom by coupling space radiation transport models with the relevant body-shielding mass. The development of multiple-point body-shielding distributions at each organ made it possible to estimate the mean and variance of organ doses at the specific organ. For the estimate of doses to the blood forming organs (BFOs), data on active marrow distributions in adult were used to weight the bone marrow sites over the human body. The discrete number of target points of MAX organs resulted in a reduced organ dose and dose equivalent compared to the results of CAM organs especially for SPE, and should be further investigated. Differences of effective doses between the two approaches were found to be small (<5%) for GCR.     

基于网络同步的航天器编队飞行姿态控制方法

航天器编队飞行需要协同控制系统进行统一的协调管理,以实现协同工作。文章将网络同步控制理论应用于航天器编队飞行姿态控制,以提高航天器编队飞行姿态控制的协同性。首先,采用修正的罗德里格斯参数描述航天器姿态动力学;然后,基于网络同步控制算法,设计航天器编队飞行的非线性姿态协同控制律;考虑成员航天器间姿态变化的差异,采用混合控制技术,设计航天器编队飞行混合控制策略。仿真结果验证了控制方法和控制律的有效性,并且相比单一反馈机制,混合控制具有更好的控制品质。     

大型或复杂构形辐射等效热平衡试验方法

对于大型或复杂构形不能参加的不完整状态热平衡试验,提出并证明了使试验等效完整状态的必要条件,即补偿两种状态下参试部位吸收的辐射热流之差。为验证这种等效方法的充分性,利用两种热分析软件对一个构造算例的多种状态进行了数值试验,结果表明方法可行。     

多航天器编队在轨自主协同控制研究

提出一种基于信息一致性的分布式协同控制策略,该策略可自主实现多航天器编队 的 构型建立、保持与整体机动。在该策略中,编队内各航天器均具有局部的分层控制结构：参 考点一致性估计层根据各航天器初始状态与编队内信息拓扑,协商估计出多航天器编队整体 系统基准参考点;协同制导层根据编队整体系统模型预测控制方程,采用并行计算方式,规 划各航天器从初始状态到期望构型的期望重构机动路径;协同控制层采用基于二阶一致性算 法的协同反馈控制律,使各航天器彼此协同地跟踪期望路径和整体机动参考信息。仿真结果 表明:当信息拓扑中存在最大生成树时,该策略能够实现多航天器编队构型建立、保持与整 体机动的协同控制,并具有较好鲁棒性。〖JP〗     

五自由度气浮仿真试验台的动力学建模

五自由度气浮仿真试验台是在地面模拟微小卫星空间运动的一种重要仿真设备。通过分 析试验台的系统结构,定义世界系、轨道系及本体系三个坐标系,建立了其所模拟微小卫星 空间运动的一般情况下轨道动力学和姿态动力学模型,最后根据试验台目前执行机构为冷气 推进装置的实际工作情况导出了试验台状态方程,为下一步试验台模拟微小卫星的自治飞行 提供了理论基础。
     

基于PEA的椭圆轨道航天器编队飞行高精度位置保持

针对航天器编队飞行时相对位置保持精度要求高的特点,采用基于线性变参数模型的多项式特征结构配置方法设计椭圆轨道航天器间相对位置控制算法。对于线性变参数控制系统,本文将基于线性定常系统的多项式特征结构配置方法推广以确保系统性能与变化参数间的独立性。在特征结构配置时,先设计带参数变化的控制器结构后计算出带未知控制器增益的设计闭环传递函数,接着将其与含有闭环系统性能的期望传递函数在三个条件下进行匹配,进而获得未知控制器增益的表达式。在设计实际控制椭圆轨道编队飞行MIMO相对位置保持算法时,将系统期望传递函数设为解耦形式来实现三轴位置控制间的解耦控制,达到提高系统控制性能的目的。最后进行相应的数学仿真,其结果表明该算法能够保证系统的高精度位置保持要求。     

缓冲气囊展开与缓冲着陆过程的仿真分析

文章基于显式有限元模型,采用控制体积法对缓冲气囊的展开及缓冲过程进行仿真分析。首先对单个球形气囊进行折叠展开过程模拟,之后依据NASA"猎户座"缓冲着陆器的缩比模型,建立了一个用以评估气囊着陆衰减系统的LS-DYNA有限元模型。分别研究了缓冲着陆器正碰和侧碰对缓冲气囊压力、着陆器的加速度和运动的影响。并与文献进行对比验证,计算结果表明数值模拟的正确性。     

大型伞绳帆和抽打现象连续模型及验证

文章主要推导了可用于描述大型降落伞绳帆和抽打现象的一般绳索三维动力学连续模型,及弦坐标系下可用于求解绳帆现象的两点边值问题(BVP)模型,并采用某型号大型降落伞的空投录像和杆件算例对模型进行验证对比,说明了模型的正确性,采用这一连续模型能够更直观地对大型伞的绳帆和抽打现象进行定性和定量分析。