基于黑盒测试环境的交会对接软件时序分析技术及应用

航天器空间交会对接难度大,GNC软件对任务的完成起到重要作用.由于交会对接控制软件功能复杂,时序要求严格,这对软件测试提出了很高的要求.基于黑盒测试环境,利用FPGA设计方法和时序分析技术,实现了对交会对接软件重要数据运行时序的捕获和对上下行信号相位关系的跟踪,完善了故障触发和上行注入手段.该测试环境在交会对接软件研制过程中起到重要作用.     

一种多步的基于切换星间测量的多星自主导航算法

针对基于星间测量的多星自主导航问题,从载荷优化和节约成本考虑,提出了一种单套敏感器切换测量的导航方案。建立了该导航方案下的系统状态空间模型,并基于扩展卡尔曼滤波方程给出了导航估计算法。基于多步卡尔曼滤波方法,将集中的滤波算法解耦为多个平行的子滤波器,使计算量降低到原算法的50%以下,并且在切换测量的导航方案下,部分解耦出的子滤波器可以只预测不更新,能够进一步地降低计算负担。给出了多步滤波算法的推导过程,证明了其与标准卡尔曼滤波的数学等价性,故算法的估计性能及计算结果与标准卡尔曼滤波一致,但计算速度有明显提升。最后,通过具体算例给出了算法的仿真验证。     

基于Lambert问题的精确拦截与交会策略研究

Lambert交会问题的经典Gauss求解方法是建立在二体问题假设基础上的,不能满足实际空间任务需求。因此在考虑摄动影响的基础上,提出了一种修正方法,以实现精确拦截和交会,并通过仿真算例验证了该方法的正确性。     

多模光纤强度调制型扰动传感器传感原理

介绍了一种采用"单模光纤-多模光纤-单模光纤"结构的强度调制型扰动传感器,传感光纤为多模光纤.以提高传感灵敏度为目的,对强度调制的传感原理进行研究,并通过仿真及实验验证原理,得出使用相干光源、阶跃折射率多模光纤、对轴熔接单模光纤和多模光纤可以得到传感灵敏度很高的扰动传感器.所述方案结构简单、传感距离长,可应用于各种扰动传感领域,如边界线、军事基地、石油管道等.     

多冲量近圆轨道交会的部分变量瞄准法

交会对接是空间站任务中一项非常重要的技术。基于C—W方程,推导了用直角坐标和轨道根数描述的远程导引段多冲量变轨段策略的方程,同时给出了求解方程组的迭代算法。随着冲量的施加,剩下的变轨量不足以瞄准交会时刻目标的全部状态时,给出了瞄准部分变量的方法。通过算例验证发现,存在定轨误差的情况下,部分变量瞄准法能精确地瞄准任务所关心的变量。     

有限推力航天器双主动交会的最优控制

研究了两异面椭圆轨道的有限推力航天器在协同轨道机动以完成交会任务(双主动交会)时的最优控制问题.构造了有限推力航天器双主动交会的数学模型,讨论了其实现最优控制的必要条件.针对推进剂总消耗最少和有限推进剂约束下的最短时间交会2种不同情况,采用直接配置法和序列二次规划法求解了反平方力场中的最优控制数值解.考察了不同初始参数对双主动交会最优控制历程的影响,并将双主动交会形式与主被动交会形式进行了对比.结果表明,当两航天器质量接近时,双主动交会在减少燃料消耗或缩短交会所需时间方面具有明显优势.     

交会对接远距离导引精度分析

为确定交会对接任务地面远距离导引控制可达到的精度,分析了影响精度的误差因素;提出了利用简化动力学模型、采用拟平均根数法和协方差法进行误差传播计算的方法;推导了误差传播和误差分析数学模型;进行了仿真计算.结果表明:远距离导引终点精度主要由传播误差决定,在一定初始条件下,当外推时间小于6 h时,终点位置精度可达到2~5 km,速度精度可达到2~3 m/s;误差传播中,沿迹和径向误差因素占主要成份,且随外推时间增加沿迹误差影响逐渐增大;终点精度的提高应从抑制沿迹、径向误差着手.提出的地面导引控制精度分析方法综合考虑了各种误差因素,计算便捷,适用于工程方案设计阶段的精度分析与估计.      

航天器交会计算机视觉系统测距求解新算法

对航天器交会对接最终逼近段应用的计算机视觉系统,提出目标航天器标志点测距求解新算法.该方法根据标志点构型几何特征,建立非线性测距方程组并构造加权目标函数,按最小二乘问题,采用Gauss-Newton数值迭代法求解测距最佳值.获得测距后,即可应用四元数估算法(QUEST)确定相对姿态与相对位置.对非共面标志点构型(如3点T型与5点锥型)和共面标志点构型(如正方形、矩形、菱形),目标函数均含标志点间距比率关系项;对共面构型,目标函数还包含共面条件项.对共面标志点四边形构型,利用对角线交点的虚影像坐标确定测距求解迭代初值.大量模拟计算结果表明,提出的测距求解算法对共面与非共面各种标志点构型普遍适用,满足最终逼近段相对状态确定要求.      

谐振式科里奥利质量流量计

对谐振式科里奥利质量流量计的基本敏感机理进行了论述.基于典型的U型管敏感结构,建立了谐振式直接质量流量计的数学模型,给出了检测质量流量的信号解算模型,设计了一种信号解算电路并研制了相应的样机.实测结果表明:所研制的信号检测电路的测量误差小于0.1％,具有一定的实用价值,为样机研制提供了具有一定参考意义的理论和实验研究结果.     

纯模态试验中的作动器/传感器优化配置

基于有效独立法,研究了逐步消减法在纯模态试验作动器/传感器优化配置中的应用。对一给定自由度的结构系统,由系统的模态动能可得系统的F isher信息阵。在优化过程中,根据F isher信息阵可得到各自由度节点所对应的E fI值,由E fI值的大小来确定每次要删除的作动器/传感器。在逐步消减的过程中,把E fI的值表示为一个矩阵的形式,使得优化过程清晰明了,提高了优化效率。最后,通过对一个20自由度的离散悬臂梁的激振器布设进行优化,验证了本文方法的有效性。