交会对接任务故障与应急仿真系统设计与实现简

为了模拟交会对接任务多目标情况下的航天测控故障与应急过程,建立系统级的故障仿真和综合性的应急处置效能评估环境,采用分布式、支持互操作的高层体系结构,研究了故障SPR柔性描述技术,设计了基于脚本引擎驱动的故障协同演练控制方法,实现了故障建模、存储、提取和组装全过程的规范化,实现了故障的操作控制、效果监视和处置评估的一体化.解决了我国重大空间工程地面故障仿真、应急过程演练和人员训练的技术难题,经受了3次交会对接任务的重大工程应用考验.     

基于PRA的交会对接任务可靠性评估

为有效评估交会对接任务过程的可靠性指标,提出了基于概率风险评价（PRA）的交会对接任务可靠性评估方法,该方法是通过事件树描述各事件或功能的可靠性与任务可靠性之间的关系,同时通过概率风险模型描述事件或功能的可靠性与设备可靠性之间的关系。根据我国航天领域可靠性工作现状,提出了交会对接过程可靠性评估的工程流程。     

基于梯度分割区间优化算法的双脉冲交会优化

研究非固定时间的航天器双脉冲交会轨迹优化问题,设计了基于梯度分割区间优化算法(GIOA)。该算法结合所研究问题的特点,使用每次只选择有限个区间进行操作的区间选择策略、基于梯度优化结果的区间分割策略、基于单调性的区间紧缩策略以及约束条件测试和基于梯度的目标优化估计值更新策略等。梯度优化算法仅用于区间分割和目标优化估计值更新,不但没有影响GIOA对区间优化算法全局性和收敛性的继承,同时加快了包含优化解的小宽度区间的出现,提高了目标优化估计值的更新速度,并由此提高了运算效率。区间选择策略的使用,控制了决策变量区间数量的增长,降低了算法运行的存储需求。算例仿真中,成功求解非固定时间双脉冲交会问题,并展示出算法的优势。      

人控交会对接摄像机调光算法 设计与验证方法研究

航天器人控交会对接过程中,空间光照环境极为复杂.摄像机作为最主要的相对测量敏感器,需要设计合理的调光算法以适应各种工况.详细分析了航天器的空间光照环境,针对人控交会对接的场景特点,对基于直方图的自动调光算法提出了改进措施,并提出了全面的地面验证测试方法,证明了改进后的直方图自动调光算法的合理性.     

人控交会对接九自由度半物理仿真试验系统设计及验证

以人控交会对接半物理仿真试验需求为背景,提出了可对人控交会对接控制系统单机敏感器性能和控制律设计方案进行仿真验证的人控交会对接九自由度半物理仿真试验系统的设计方法,给出了利用该设计方法对神舟九号飞船人控交会对接控制系统的仿真验证结果.神舟九号飞船与天宫一号目标飞行器首次在轨人控交会对接的工程实践结果表明,人控交会对接九自由度半物理仿真试验系统的设计方法正确.     

航天器自主交会对接的视觉相对导航方法

针对航天器自主交会对接在最终逼近阶段的相对导航问题,研究了基于特征光标的航天器视觉相对导航方法。首先建立了小角度假设条件下的相对导航模型。给出了航天器相对位置和采用欧拉角描述的相对姿态的近似解析算法。其次利用相对姿态的解析解作为观测信息,采用降阶的无迹卡尔曼滤波方法对目标航天器的姿态角和惯性角速度进行了估计,间接得到了相对姿态和相对姿态角速度的估计值。数值仿真表明提出的解析算法能够有效获得相对位置和相对姿态测量信息,通过降阶滤波可明显提高相对姿态确定精度。     

Application of Analytic Redundancy-based Fault Diagnosis of Sensors to Onboard Maintenance System

Analytic redundancy-based fault diagnosis technique (ARFDT) is applied to onboard maintenance system (OMS). The principle of the proposed ARFDT scheme is to design a redundancy configuration using ARFDT to enhance the functions of redundancy management and built in test equipment (BITE) monitor. Redundancy configuration for dual-redundancy and analytic redundancy is proposed, in which, the fault diagnosis includes detection and isolation. In order to keep the balance between rapid diagnosis and binary hypothesis, a filter together with an elapsed time limit is designed for sequential probability ratio test (SPRT) in the process of isolation. Diagnosis results would be submitted to central maintenance computer (CMC) together with BITE information. Moreover, by adopting reconstruction, the designed method not only provides analytic redundancy to help redundancy management, but also compensates the output when both of the sensors of the same type are faulty. Our scheme is applied to an aircraft’s sensors in a simulation experiment, and the results show that the proposed filter SPRT (FSPRT) saves at least 50% of isolation time than Wald SPRT (WSPRT). Also, effectiveness, practicability and rapidity of the proposed scheme can be successfully achieved in OMS.     

基于ANSYS对遥感器铝合金镜头低温环境试验技术的研究

为了给新型遥感器用铝合金镜头提供良好的模拟试验环境,针对较低的温度以及较高的温度均匀性要求,为提高试验可靠性和工作效率,采用仿真计算与试验相结合的方式。运用ANSYS软件详细分析试验过程中的三维温度场,预测整个过程的降温趋势,以提前发现试验中可能存在的潜在问题并做出有效的改进。同时开展低温条件下的试验验证。结果表明:仿真计算值与试验结果趋势相符。通过仿真分析提前预测潜在的问题并对试验方案做出改进,有助于提高试验的可靠性和效率,也为日后的各类金属镜头的低温试验奠定了基础、积累了经验。     

定量胶体金试剂条浓度检测方法

胶体金免疫层析浓度检测方法主要利用比色原理,当被检测液体中抗原与试剂条上抗体反应后,试剂条上检测区域颜色发生变化,与标准比色卡进行比较,即可定性分析浓度.目前胶体金试剂条大多为半定量测量,使其应用范围受到限制.采用一种基于DSP(Digital Signal Processor)的嵌入式图像处理系统,利用CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)图像传感器获取定量胶体金试剂条图像信息,根据图像特点进行Bayer变换、白平衡处理,提取出图像特征量条纹强度,建立图像特征条纹强度与样本浓度值的函数关系,实现被检测液体浓度的精确测量.与其它方法相比,具有精度高、检测速度快等优点.实验结果表明:基于DSP硬件平台的定量胶体金试剂条浓度检测精度可达到±5%,重复性误差达到±1%,具有一定的应用价值.     

一种有限推力航天器交会轨道的鲁棒设计方法

基于C—W方程描述的二体相对运动模型,考虑利用范数有界方法刻画航天器交会过程中的参数不确定性,并结合控制推力受限的工程需要,提出了一种在不确定环境下有限推力航天器交会轨道的设计方法。通过构造Lyapunov函数,将此设计问题转化为一个具有线性矩阵不等式约束的凸优化问题,通过求解此问题即可设计出符合航天器交会要求的鲁棒状态反馈控制器。