太阳同步轨道遥感卫星快速目标访问计算方法

目标访问计算是指根据遥感卫星轨道和待观测目标的位置,计算遥感卫星对目标观测的时刻和姿态,是遥感卫星任务管控领域的重要基础技术之一。高效的目标访问计算方法可大幅提升卫星任务管控的时效性,对后续大规模遥感星座任务管控具有重要意义。利用太阳同步轨道卫星交点地方时不变的特点,快速估算出卫星经过目标的较短时间窗口,对时间窗口内的星历进行逐点计算,获取卫星对目标进行访问的最佳时刻。试验结果证明,该方法可大幅提升目标访问时间的计算效率。

采用基础激励下力反作用的大挠性结构动力学建模研究

以中心刚体和挠性梁为例,针对缺乏占质量和惯量强势成分中心刚体的刚柔耦合系统进行动力学建模研究.建立了基于基础激励输入和力反作用输出的离散动力学模型,以仿真计算对本文提出的模型进行验证,仿真结果表明,建立的模型解释了动力学刚化现象产生的原因并计算出不同转速下的系统频率,能够准确地解释刚柔耦合系统的动力刚化现象.同时考虑了中心刚体的运动,发现刚体质量和惯量对系统机动后姿态角振动频率有影响.

太阳翼驱动机构对卫星姿态扰动特性评估

为了研究太阳翼驱动机构(solar array drive assembly,SADA)对卫星平台姿态的扰动特性,建立了考虑SADA驱动太阳翼旋转的整星姿态动力学模型,设计了一种测量SADA带载运动特性的试验方案。通过试验得到了SADA驱动负载的运动特性曲线,对试验数据进行拟合得到了SADA带载驱动的传递函数。将拟合的SADA运动模型代入到整星姿态动力学模型中进行仿真,得到了考虑SADA运动时的卫星姿态控制指标。基于SADA的运动特性和安装方式,设计了将两台SADA驱动信号的相位交错180°的扰动抑制策略。仿真验证了该策略对SADA运动的扰动抑制效果,具有良好的工程应用价值。

卫星磁姿态控制方法与算法综述

自太空探索之初,姿态控制磁控系统便因其体积小、质量轻、成本低、可靠性高等优点被广泛应用于各类轨道卫星.近些年,随着微小卫星技术的迅猛发展,姿态控制磁控系统满足了微小卫星对质量、空间等资源的限制,成为了学者们研究的热点.本文综述了自20世纪60年代以来卫星尤其是微小卫星所采用的主要磁姿态控制方法和算法,包括飞轮起旋与卸载算法、被动以及主动磁姿态控制算法等.其中主动磁姿态控制算法包括主动磁阻尼算法、磁控与自旋、定转速飞轮、重力梯度力矩结合的算法以及纯磁控算法.最后对该研究进行了总结与展望.

非受控航天器姿态运动演变及影响因素分析

非受控航天器抢救是保护空间资产的重要手段之一,分析并确定目标的姿态运动状态对于失效航天器抢救十分重要。本文针对非受控航天器姿态运动及相关影响因素进行了梳理和总结,分析了空间环境干扰和航天器组件干扰的影响效果,并以SAST-1000平台为例,对以上干扰影响进行了综合分析,给出了特定情况下航天器的姿态运动模型简化方案和不同扰动对于动量矩和转动动能的影响情况。

航天器气动耦合六自由度姿轨动力学多步法积分预报误差分析

航天器轨降过程中的姿态估计是载人航天领域中的重要一环.随着近些年测站精度的提高,任务要求的增加,且研究表明姿态会影响航天器轨降过程中受到的气动力,进而对轨道产生影响,因此发展高精度姿轨耦合预报对航天器状态实时测控至关重要.本文以“天宫一号”航天器轨降过程中姿轨耦合沿弹道联合预报为背景,研究线性多步法积分误差对大型航天器姿轨预报精度的影响.具体包括Adams-Bashforth法、Adams-Moulton法、预估校正法等,为大型航天器轨降过程中的姿轨耦合预报以及落点预报提供数据参考.

充液航天器液体晃动和液固耦合动力学的研究与应用

随着火箭运载能力、卫星工作寿命和深空探测器任务复杂度的不断提高,液体推进剂占航天器总质量的比重也不断增加.液体推进剂的晃动影响着航天器的运动稳定性和姿轨控系统的可靠性,是航天器动力学中一个备受关注的问题.充液航天器中晃动的液体是一个分布参数系统,理论上是无穷维的,而工程上希望建立的数学模型是简单、低维的,因此对液体晃动等效力学模型的研究经久不衰.另外,液体推进剂对航天器的结构动特性有着重要的影响,在建立充液航天器的结构动力学模型时需要考虑液体推进剂与贮箱等结构的耦合效应.本文首先结合液体晃动动力学理论和航天工程实际,从理论研究、数值研究和实验研究等三个方面综述了国内外在充液航天器液体晃动动力学领域的研究现状,并以此为基础介绍了航天工程中液体晃动等效力学模型的应用进展情况;然后,以液体运载火箭为例概述了国内外在充液航天器液固耦合建模方面的成果,介绍了求解液固耦合问题的数值方法和应用软件;最后,根据航天器工程的发展需求,对充液航天器液体晃动和液固耦合动力学的进一步研究方向提出了一些建议.

用光测图像确定空间目标俯仰角和偏航角的中轴线法

提出了一种用电影经纬仪等光测设备获得的图像确定火箭等空间轴对称目标的俯仰角和偏航角的新方法——中轴线法 ;并对此方法进行了误差分析。此方法利用了目标图像上的大量信息 ,测量精度高。采用了间接的方法提取目标的中轴线 。

基于连续有限时间控制技术的导引律设计

针对导弹末段制导问题,提出了一种基于连续有限时间控制技术的导引设计方案。首先,利用有限时间Lyapunov稳定性理论,设计出一种连续有限时间导引律。该导引律使得:当目标不作机动时,视线角速率会在有限时间内收敛到零;当目标机动时,视线角速率会收敛到原点附近的一个小邻域内。其次,考虑到有限时间控制系统在离原点较远处状态趋近平衡点速度慢的特点,在导引律中引入了线性状态反馈项来改善闭环系统的收敛性能。仿真结果表明了该方法的有效性。

带空间机械臂的充液航天器姿态动力学研究

本文研究空间机械臂运动对充液航天器姿态的影响，讨论了利用机械臂调整充液航天器姿态问题、以及机械臂操作与航天器姿态稳定的协调问题。研究表明：影响充液航天器姿态的因素除了机械臂运动的路径，还有机械臂运动的时间、机械臂转角的变化规律、液体的粘性、质量和惯性张量等。其中机械臂运动时间的影响比较明显，而且机械臂运动得越慢对航天器姿态的影响越大。合理地选择机械臂操作时间和机械臂转角变化规律，可以实现机械臂操作与航天器姿态稳定的协调。利用机械臂调整多刚体航天器姿态的算法，在必要的修正后可以用于充液航天器调姿。

航天器姿态动力学中的稳定性、分岔和混沌

讨论航天器姿态动力学中的若干非线性问题．总结了多刚体、柔性体和充液体航天器姿态 稳定性的研究成果．综述了航天器姿态运动的分岔和混沌的研究进展．展望了该领域的发展趋势．

大型复杂航天器的柔性附件展开的动力学分析

分析了复杂航天器在柔性附件展开过程中的几个关键问题 ,并提出了相应的解决方案 ,编制了应用软件。通过数值模拟详细分析了其附件的展开过程 ,讨论的内容包括卫星姿态角和姿态角速度的变化规律、柔性附件的展开运动及其弹性振动等。

基于Gauss-Newton和UKF结合的微小卫星姿态确定算法

为提高微型低成本姿态敏感器的姿态确定精度,文章基于磁强计/太阳敏感器/陀螺的姿态敏感器配置,设计了高斯牛顿(Gauss-Newton,GN)迭代算法和无迹卡尔曼滤波(Unscented Kalman Filter,UKF)有机结合的微小卫星姿态确定算法,先用Gauss-Newton算法融合磁强计和太阳敏感器的数据,迭代计算最优四元数,然后以最优四元数联合陀螺数据作为观测量,以姿态四元数和惯性系下的角速度为状态量进行UKF,降低观测维数,并将观测方程转化为线性方程,显著减小计算量,同时克服了测量误差对姿态确定精度的影响。

单天线GPS/加速度计组合测姿方法研究

为了提高微小型飞行器和导弹等横向尺寸不足以安装多天线GPS的飞行载体的姿态测量精度,研究了利用单天线GPS和加速度计组合进行姿态测量的方法.引入了伪姿态的概念,提出了由伪姿态测量辅助求取载体姿态的具体算法,阐述了单天线GPS和加速度计组合测姿的基本原理.建立了单天线GPS姿态测量的数学模型,给出了其姿态的求解过程,阐明了其物理意义.对单天线GPS测姿系统进行了半实物仿真试验.仿真结果表明:该测姿系统可以实时提供高精度的姿态信息,为单天线GPS/SINS组合导航系统在微小飞行器上的应用奠定了基础.

基于主动磁控制的微小卫星姿态控制

针对偏置动量稳定的微小卫星,提出了一种仅利用磁强计作为定姿部件,磁力矩器作为主动控制部件的主动磁控制算法。在星箭分离初期,提出改进的B-dot速率阻尼方法使卫星姿态角速率快速减小,在卫星角速率较低时,设计了加低通滤波器的PD俯仰控制律,并设计了以地磁矢量B作为判断依据的滚动角、偏航角反馈的进动控制律及基于B-dot的章动控制律。数学仿真结果表明,所设计的主动磁控方法收敛、有效。该算法具有良好的工程应用前景,对于低成本微小卫星的研究是一个有益的探索。

扫描镜运动对三轴稳定卫星姿态影响研究

推导了带扫描镜运动的星体姿态动力学方程 ,以此方程对扫描过程进行了仿真计算 ,分析了扫描镜做扫描运动时星体姿态运动的一般规律及星体与扫描镜之间惯量比对星体姿态的影响。结果表明 ,扫描镜的步进运动将引起星体滚动姿态的单调变化 ,而周期性的扫描运动将引起星体偏航和俯仰姿态的周期性运动。改变扫描镜绕步进轴的转动惯量主要影响星体滚动姿态 ,而改变扫描镜绕扫描轴的转动惯量 ,主要对星体俯仰。

飞轮故障时的小卫星轮控与磁控联合控制方法

反作用飞轮和磁力矩器是现代小卫星姿态控制的主要执行机构,针对反作用飞轮故障情况,提出一种使用磁力矩器和反作用飞轮联合控制的故障处理方案.首先给出了具有控制分配环节的联合控制方案,在此基础上推导了故障模式下的控制分配策略和磁卸载算法.最后进行数学仿真,结果表明该算法在飞轮故障时能够动态实现故障隔离和系统重构,有效完成小卫星高精度姿态控制任务,且该方法鲁棒性能好、设计简单、易于在轨实时计算.

一类空间机械臂系统的自适应控制与鲁棒控制

讨论载体位置与姿态均不受控制的自由浮动空间机械臂系统的控制问题 .基于增广静态反馈控制模型 ,提出当载荷参数不确定时空间机械臂追踪惯性空间期望轨迹的自适应和鲁棒控制方法 ,通过仿真运算 ,证实了方法的有效性 .

航天器太阳帆板展开过程的最优控制

本文讨论航天器太阳帆板展开过程中主体姿态的最优控制问题．利用多体动力学与最优控制理论建立数学模型，考虑系统的非完整约束特性，提出太阳帆板展开过程的最优控制算法．通过数值仿真，表明该方法对太阳帆板展开姿态控制的有效性．

嫦娥三号姿轨控过程中GRAIL重力场模型的应用

嫦娥三号(CE-3)利用发动机力偶模式下喷气进行姿态控制,这对轨道的影响具有累积效应。GRAIL(Gravity Recovery And Interior Laboratory,重力恢复与内部实验室)月球重力场模型是美国国家航空航天局进行GRAIL探月计划的科学成果。为与LP(Lunar Prospector,月球勘探者)等月球重力场模型的定轨精度进行比较,利用重叠弧段法,分别选取CE-3环月段100km×100km圆轨道及100km×15km椭圆轨道各约1d的重叠弧段,使用LP重力场模型及GRAIL重力场模型进行定轨分析,比较重叠弧段精度。结果表明:使用GRAIL重力场模型可以明显降低定轨测距残差RMS(Root Mean Square,均方根)值,同时可以使重叠弧段精度提高1个量级。