原子氧和石墨在近地轨道环境中反应概率的数值估算

本文提出估算近地轨道环境中原子氧对高度规则材料的反应概率的分子动力学模型。该模型通过对所导出的随机微分方程组的数值求解估算出原子氧与材料表面相互作用的经典轨迹系统，并根据所提出的反应性与非反应性碰撞准则估算出相互作用的反应概率。作为算例，本文给出了原子戌石墨材料表面的反应概率数值计算并与航天飞机ＳＴＳ－４６所测出的实际反应概率进行了对比，表明所建立的模型在一定程度上中可靠的。     

基于多项式近似的空间碎片群体轨道预报算法

快速准确地分析空间碎片群轨道演化行为对于其他在轨航天器碰撞规避至关重要。在各摄动力的作用下,空间碎片群演化运动呈现出复杂的非线性特征。空间碎片群体个体数量巨大,如果通过对空间碎片群中每个空间碎片进行轨道积分来分析群体预报的方法会导致计算量过大。针对该问题,提出一种基于多项式近似的轨道快速预报分析方法。该方法将空间碎片群分为少量的标称碎片和其他大量关联碎片。针对标称碎片的轨道预报采用数值积分求解保证预报精度;而针对其他大量的关联碎片轨道预报问题,采用多项式泰勒展开半解析方法求解,从而在保证预报精度的前提下有效减少空间碎片群轨道预报的计算量。为了验证方法的有效性,对不同空间碎片群进行了轨道预报仿真。仿真结果表明,当轨道预报精度设定在1m范围内时,多项式近似算法的计算量较蒙特卡洛方法计算效率提高了2.2~17.2倍,验证了所提出方法的有效性。     

面向立方星变轨任务的机动控制策略

为了实现立方星在轨飞行与变轨,基于模块化推进器系统提出混合控制策略实现微小卫星轨道持续变化任务需求。首先,针对多单元立方星单一主推进器的结构部署,基于高斯变分方程采用连续低推进力实现轨道机动变化。为了实现对立方星主推进器的指向调整,基于姿态动力学模型利用PD连续姿态控制求得所需扭矩,实现对立方星的指向角和指向角速度调节。针对配置的微脉冲等离子推进器(μ-PPT)不连续的特点,通过搜寻μ PPT最优脉冲序列组合获得实际扭矩,满足对外部干扰的持续补偿以及立方星的姿态稳定和指向调整操作需求。此外,引入姿态误差敏感度阈值,使姿态控制器在能够提高系统鲁棒性的同时减少μ-PPT消耗。最后,通过对3U立方星在轨飞行与变轨的具体案例分析,表明所提出的基于微推进器系统的混合控制策略能够实现立方星轨道机动变化需求。     

一种基于链路状态的舱内环境自适应干扰消除算法

针对舱内无线光传输系统多种干扰问题,比如多径损耗和突发干扰等,提出一种基于链路状态的自适应干扰消除技术,该方法分析舱内链路状态,完成链路状态估计,采用环境自适应的变遗忘因子RLS（recursive least squares）算法,针对不同链路状态采取差异化的干扰消除策略,以提高舱内通信质量。仿真结果表明：该算法在尽力避免增加算法复杂度的条件下,相对于传统固定遗忘因子算法,在平稳状态下优先保证传输的误码性能,在链路状态变化时具有更好的收敛性能,灵活适应了舱内多种传输情况。     

基于分层传递系统模型的航天器故障诊断方法

 针对传统的传递系统模型在航天器自主诊断系统中只能表示单一粒度诊断知识,知识表示的完备性差,导致诊断结果的分辨率不高,且诊断系统执行效率低的问题,提出了分层传递系统模型和诊断方法。为了保证不同粒度诊断知识的完备性表示,将系统模型按不同粒度和结构关系进行分层。通过自顶向下的递归搜索,先监测系统异常,再匹配故障类型,逐层缩小搜索空间,最终找出故障候选集和故障的层次关系。同时为了减小计算规模,在诊断过程中引入了分离策略,降低实时诊断计算量。应用该方法建立了某卫星测控分系统模型并进行故障仿真,结果表明该方法可以增加模型知识表示的完备性,并能有效提高诊断效率和结果的分辨率。     

系统误差条件下的多运动站无源定位性能分析

 系统误差的存在可能对无源定位的性能带来较大影响。针对多运动站得到的含有系统误差的观测量信息,推导了定位误差的克拉美-罗下限(CRLB)。首先根据具体系统误差模型推导测量误差的统计信息,然后根据系统误差导致不同时刻观测量相关的特点,将非对角矩阵的误差协方差矩阵写为分块矩阵的形式,并在此基础上推导其递推计算式,最后以系统误差情况下多运动站只测角无源定位为例进行定位性能的仿真分析。仿真结果表明系统误差的存在对定位误差CRLB影响较大,在定位中需要重点考虑。     

路由算法在LEO通信星座构型优化中的应用

低轨(LEO,Low Earth Orbit)通信星座的特殊功能决定了其构型优化需要综合考虑成本、覆盖和路由性能等因素.以往的研究往往忽略了路由性能,导致优化得到的构型不能很好的满足要求.首先给出了两个意义明确的星座路由性能的评价指标,然后通过将它们作为目标函数进行仿真,验证了其优化必要性和评价有效性.最后利用多目标遗传算法实现了星座的构型优化.仿真结果显示,将路由算法加入到星座的构型优化中,在仅对星座构型参数进行微调的前提下,不仅满足了成本、覆盖等基本要求,而且星座的路由性能大大提高.     

Formation control using μ-synthesis for Inner-Formation Gravity Measurement Satellite System

Inner-Formation Gravity Measurement Satellite System (IFGMSS) is used to map the gravity field of Earth. The IFGMSS consists of two satellites in which one is called “inner satellite” and the other one is named as “outer satellite”. To measure the pure Earth gravity, the inner satellite is located in the cavity of the outer satellite. Because of the shield effect of the cavity, the inner satellite is affected only by the gravitational force, so it can sense Earth gravity precisely. To avoid the collision between the inner satellite and the outer satellite, it is best to perform a real-time control on the outer satellite. In orbit, the mass of the outer satellite decreases with the consumption of its propellant. The orbit angular rate of the inner satellite varies with time due to various disturbing forces. These two parameters’ uncertainties make the C–W function be not so accurate to describe the formation behavior of these two satellites. Furthermore, the thrusters also have some uncertainties due to the unmodelled dynamics. To cancel the effects caused by the above uncertainties, we have studied the robust control method based on the μ-synthesis. This μ-synthesis eliminates the conservativeness and improves the control efficiency comparing with the H_∞ method. Finally, to test the control method, we simulate an IFGMSS mission in which the satellite runs in a sun synchronous circular orbit with an altitude of 300 km. The simulation results show the effectiveness of the robust control method. The performances of the closed-loop system with the μ-controller are tested by the μ-analysis. It has found that the nominal performance, the robust stability and the robust performance are all achieved. The transient simulation results further prove the control response is fast and the accuracy of the relative position meets the demand of the gravity measurement.     

动态拖尾星图模拟算法研究

星图模拟技术是星图识别算法仿真和性能测试的基础.为了更好地模拟星敏感器在轨工作的情况,对星敏感器的软件开发以及自身性能进行有效的地面测试,提出一种动态拖尾星图模拟算法.该算法分为4个步骤:首先根据星敏感器指向在全天球范围内搜索导航星;接着利用小孔成像模型计算导航星在星敏感器成像面的投影位置;然后在考虑卫星运动引起的恒星拖尾的基础上,按照二维灰度分布规律置灰度值来模拟星像点像素;最后叠加杂散光背景及成像器件引起的噪声.提出的算法具有速度快、精度高及可实现性高等优点.     

载人登月绕月自由返回轨道与窗口精确快速设计

针对载人登月任务背景及工程约束,提出一种轨道与窗口一体化设计方法。通过两次坐标转化,将自由返回轨道设计参数解耦为近月点独立变量。在双二体假设下,通过4段二体轨道拼接完成自由返回轨道初值快速搜索及匹配近地停泊轨道(LEO)面的月窗口,其结果作为下一步采用序列二次规划（SQP）迭代求解高精度动力学模型轨道参数的初值,在该条精确轨道近月点时刻90 min邻域内产生可以匹配LEO地月转移入轨相位的零窗口轨道。算例表明,该流程能够精确快速地完成具有复杂任务背景及苛刻工程要求的载人登月绕月自由返回轨道与窗口设计问题。