Bayesian linking of geosynchronous orbital debris tracks as seen by the Large Synoptic Survey Telescope

We describe a Bayesian sampling model for linking and constraining orbit models from angular observations of “streaks” in optical telescope images. Our algorithm is particularly suited to situations where the observation times are small fractions of the orbital periods of the observed objects or when there is significant confusion of objects in the observation field. We use Markov Chain Monte Carlo to sample from the joint posterior distribution of the parameters of multiple orbit models (up to the number of observed tracks) and parameters describing which tracks are linked with which orbit models. Using this algorithm, we forecast the constraints on geosynchronous (GEO) debris orbits achievable with the planned Large Synoptic Survey Telescope (LSST). Because of the short 15 s exposure times, preliminary orbit determinations of GEO objects from LSST will have large and degenerate errors on the orbital elements. Combined with the expected crowded fields of GEO debris it will be challenging to reliably link orbital tracks in LSST observations given the currently planned observing cadence.     

自由漂浮空间机器人多约束混合整数预测控制

针对空间机器人完成任务时需要躲避障碍物的问题,提出一种自由漂浮空间机器人的混合整数预测控制方法。首先,在模型预测控制方法框架下,机械臂关节的物理限制,躲避障碍物的要求被统一描述为最优控制问题下的不等式约束,可以得到自由漂浮空间机器人具有线性二次规划形式的最优控制律。其次,基于命题逻辑建立控制问题中各约束的优先级,保证在最大程度地满足约束的情形下得到控制问题的解,有效弥补了模型预测控制方法用于空间机器人控制时,多约束可能导致最优控制问题不可行的不足。最后,仿真结果校验了所设计控制律的有效性。     

铝合金平板超高速撞击声发射信号S2模态特征分析

对铝合金平板上形成的超高速撞击(HVI)声发射(AE)信号S2模态的特征进行研究,分析其与损伤模式之间的关系。以3 mm厚5A06铝合金平板为研究对象,通过数值仿真获得不同撞击工况下的超高速撞击声发射信号,提取信号中的S2模态,并分析其幅值、能量、频谱等特征。结果表明,S2模态能量随传播距离呈指数衰减;分别随撞击弹丸直径和撞击速度的增加先下降后上升,且在弹丸直径与靶板厚度相近、临界撞击速度时最低。S2模态的中心频率随弹丸直径的增加而降低;随撞击速度的增加而增加;随传播距离的增加向1500 kHz移动。S2模态小波包系数呈凹性的频域范围分别随撞击速度和弹丸直径的增大变窄。在此基础上,当靶板形成穿孔损伤时,可根据S2模态的中心频率推测弹丸的直径;在传播距离和弹丸直径已知的前提下,可根据S2模态小波包系数呈凹性的频域范围推测撞击速度。     

一种适用于空间监视跟踪的递推滤波算法

针对空间监视跟踪环境中对于包含角变量的状态向量估计存在精度较低的缺点,利用Gauss von Mises（GVM）多变量概率密度分布,提出一种基于矩匹配的GVM参数估计方法,并在此基础上改进GVM分布的确定性采样方法,建立针对GVM分布的递推滤波算法,该算法充分考虑了流形的内蕴结构,克服了传统滤波方法假设状态向量定义于欧氏空间及采用欧氏空间中高斯分布模型的局限性。仿真结果表明,该滤波算法能有效估计状态变量的后验概率分布,对角变量的估计精度明显优于扩展卡尔曼滤波方法(EKF)。     

固液动力探空火箭箭载数据采集系统设计

针对固液动力探空火箭在进行测试、飞行试验时,需要实时测量并记录推力、燃料供给速率以及吹除系统工况信息的问题,设计并工程实现了对箭载重要设备输出信号进行监控和采集记录的数据采集系统.以STM32F103RB微控制器为核心,完成了数据采集、存储、传输等电路的设计,并在Real View MDK集成开发环境下,运用C语言完成了控制、测试程序的编写.最后,通过Real View ULINKR仿真器实现了软硬件的联合测试,验证了系统的供电控制、采样频率、工况记录等功能都满足设计要求,完成了对箭载重要设备监控和采集记录的任务.只需修改微控制器内的操控程序,就可将此数据采集系统应用于不同型号的固液动力探空火箭.      

空间机械臂关节零部件对关节总刚度的影响分析

大型空间机械臂关节用大传动比多级行星齿轮传动的复杂性给刚度分析和减小质量都带来了困难,用传统的有限元法进行关节刚度分析还需解决复杂的建模问题。文章针对上述问题,采用集中参数法和刚度串联原理建立了复杂传动系统关节等效刚度的计算模型,分析了各级齿轮扭转刚度对关节总扭转刚度的影响,为空间机械臂大传动比关节的轻量化高刚度优化设计提供了技术途径。     

空间机器人一体化仿真系统的研究与实现

为对空间机器人关键算法进行验证和评估,开发了一套一体化仿真系统。该系统基于模块化设计思想,由遥测遥控接口、轨迹规划与控制、系统动力学模型、系统3D几何模型、相机成像模型、图像处理与位姿测量、碰撞检测与安全预警等模块组成。其中,3D实体模型及仿真场景由OSG(Open Scene Graph)建立,各关键模块的算法采用C语言编程实现,可对空间机器人执行在轨任务的关键算法进行闭环验证。最后对两种典型工况进行了仿真实验,结果表明了该系统的有效性。     

Recent Development and Preliminary Results of Chinese Meridian Project

The Meridian Project is a ground-based network program to monitor solar-terrestrial space environment, which consists of a chain of 15 ground-based observatories located roughly along 120°E longitude and 30°N latitude. The Meridian project started in 2008, and its construction was completed by 2011. The integration and test phase of the Meridian Project conducted in 2011 demonstrated its observation capabilities as expected. The project will be in full operation in 2012. This report gives an overview of the recent development and preliminary results of the Meridian Project since 2010.      

GNSS接收机中一种新的射频干扰抑制级联方法

为了减少系统复杂度和提高系统实时性,提出了一种新的级联算法。首先,通过三系数滤波器模型对连续波干扰进行建模,从而形成一种非线性卡尔曼自适应滤波器,并利用该滤波器作为预处理器对每路中的窄带干扰进行抑制。随后,将各路滤波器的输出送入空时自适应处理器中进行宽带干扰的抑制。仿真结果表明,在匹配谱干扰环境下,特别是在窄带干扰从卫星信号方向入射时,新算法相对于普通的空时和空频自适应处理表现出了更加优越的性能。     

弧齿锥齿轮印痕稳定性优化设计与试验

为了改善弧齿锥齿轮印痕的稳定性,提出了印痕敏感性系数的优化设计方法.首先,参数化齿面印痕,并分析等效错位量对印痕参数的影响;定义了印痕参数相对于错位量的敏感性系数,建立基于印痕面积和印痕水平位置的敏感性系数之和最小的数学模型,优化小轮机床调整参数,获得具有稳定印痕的齿面.算例的仿真结果表明:在一定的错位量范围内,优化后齿面印痕的敏感性系数之和减小了,改善了印痕的敏感性;印痕发展试验验证了齿面印痕在实际工况下的稳定性.