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。

基于微小卫星编队的聚光操控技术

针对空间攻防领域的需求,基于微小卫星编队提出一种聚光操控技术,利用编队内卫星的协同控制聚集太阳光到目标卫星上,造成局部过热甚至烧毁。首先,基于CW方程设计微小卫星聚光编队,分析表明该编队聚光效率较高但需要一种高精度姿轨控算法来支撑。然后,根据任务需求设计基于卫星本体系的姿轨耦合二阶滑模控制算法。最后,通过仿真证明该算法满足编队卫星实现聚光跟随的要求,验证了微小卫星聚光编队在空间攻防领域的可行性。

基于SoPC的微小卫星姿态控制器的设计与实现

为提高微小卫星姿控系统的集成度、实时性、灵活性和可扩展性,本文运用SoPC技术设计了一种基于NiosⅡ双核架构的微小卫星姿态控制器。在一片FPGA内嵌入2个NiosⅡ软核,分别处理外设通信和姿控算法,双核通过共享存储器实现信息交互。该系统还封装了自行设计的外设接口IP核和各类数学运算IP核,分别实现多路并行外设通信和姿控算法的硬件加速。该系统也可以在上述基础上针对不同的应用需求,封装不同的IP核以实现系统的扩展和性能的提升。本文从构架设计、硬件选型、软件编排和任务调度等角度对系统进行了描述,最后以三轴气浮台模拟卫星本体作为控制对象,进行了全物理仿真实验,实验结果的统计表明,该姿态控制器功能齐全,性能稳定,可应用于实际的微小卫星姿控系统。

微小卫星太敏安装角度测量及精度分析

卫星在轨运行需要卫星太敏与动量轮之间的精确角度值作为控制参数,卫星在振动试验前后该角度的精度变化是考核卫星结构设计的重要指标。运用由多台高精度电子经纬仪组合而成非接触式测量系统,结合卫星结构的复杂性及动量轮和太敏安装位置的特殊性,测量某微小卫星太敏与动量轮之间的夹角在振动试验前、后的变化值。该测量系统能有效运用于卫星角度测量,测试精度满足要求,测试数据可以作为卫星在轨姿态控制参数。

基于相位控制的惯性与卫星超紧组合导航系统信号解调方法

卫星导航极易受到复杂环境下的干扰信号影响,捷联惯性导航系统(SINS)与卫星导航系统(GNSS)超紧组合导航技术可提高卫星接收机在信号干扰环境下的工作性能。在对比分析紧组合与超紧组合实现方案及北斗B1信号调制方式的基础上,提出基于相位控制的SINS与GNSS超紧组合环路信号解调方法,进一步分析SINS与GNSS超紧组合环路信号跟踪特性。对卫星信号受干扰环境及动态条件下的相位控制超紧组合与频率控制超紧组合方法的导航性能进行试验对比分析,结果表明相位控制超紧组合方法具有更稳定的定位性能,并可提高约7 dB的抗干扰能力。

基于先验子图检测的失效航天器SLAM方法

基于激光雷达的航天器位姿估计技术是当前在轨服务研究热点。针对失效航天器位姿估计,将通用的图优化SLAM技术应用到空间非合作目标的研究中。为解决SLAM算法在动态场景中产生累积误差问题,利用失效航天器自身运动特点,提出一种基于先验子图检测改进的SLAM算法。在该算法中,通过激光雷达和惯性测量单元分别采集失效航天器及周围环境的点云数据、服务航天器的运动信息,构建出服务场景下航天器的相对位姿图;再采用先验子图检测方法建立不连续的位姿节点间的约束关系;最后用约束信息对位姿图进行优化。仿真结果表明,相较于通用的SLAM算法的位姿估计,该方法减小了累积误差,提高了相对位姿估计精度,可以为后期的导航、控制等在轨任务提供信息。

基于气浮台的卫星惯量测试方法

卫星的转动惯量是卫星在轨运行时控制器设计过程中的重要参数,也是描述卫星特性、开展地面半物理仿真实验的基本参数。根据单轴精密轴系气浮转台扰动力矩小的特点,采用扭振法测量某微小卫星的转动惯量。该测量方法工程操作简单,测量成本低,测量误差小。

电分离连接器对小卫星星箭分离干扰分析

电分离连接器是否成功分离是卫星与火箭分离过程中一个重要的环节。文章以某小卫星为工程背景,根据电分离连接器具有电分离(正常)和机械分离(非正常)两种工作模式,给出了小卫星在正常分离模式和非正常分离模式下的分离时序,建立了两种分离模式下的分离力学模型,开展了电分离连接器分离的仿真分析。结果表明:正常分离模式下,分离不存在干扰;非正常分离模式下存在少许分离干扰,但卫星可以实现安全分离。

分布动载荷识别的二维小波-伽辽金方法

根据张量积二维小波理论,利用Daubechies小波的正交性,建立了基于梁结构动力学方程和有限元方程的一维分布动载荷的识别方法,即二维小波-伽辽金方法。该方法将动力学方程和有限元方程由时域转化到小波域中,从而将时域中复杂的卷积关系变成小波域中简单方程组的求解。仿真算例表明,该方法能有效识别一维梁结构上的分布动载荷且计算效率较高。

多源异构超紧组合非线性信息互耦合方法及特征分析

惯性/卫星超紧组合技术核心将卫星导航接收机基带信号处理过程中的环路非线性信息与惯性导航信息进行深层次互耦合。在研究超紧组合多信息源异型耦合架构特征及互耦合机理的基础上,对比分析了超紧组合非相干及相干互耦合方法,总结了不同超紧组合观测矢量提取方法及环路模型,然后设计了超紧组合互耦合信息处理流程及信号NCO(数控振荡器)控制方法。最后,利用仿真平台对非相干及相干方式进行了卫星信号受干扰及载体动态变化环境下的试验对比分析,结果表明超紧组合相干方法相较于非相干方式具有更优的观测矢量提取性能及抗干扰性能。

基于BSP-ANN的四旋翼无人机轨迹跟踪方法

为了降低无人机轨迹跟踪误差,提高系统抗干扰能力,对反步(Backstepping)法进行改进提出一种基于反步神经网络(BSP-ANN)的无人机轨迹跟踪方法。首先,建立了四旋翼无人机运动学模型;然后,结合Backstepping方法在无人机的姿态控制、轨迹跟踪控制系统中引入Sigma-Pi神经网络,同时设计Sigma-Pi神经网络控制率,并证明该控制率满足Lyapunov意义下的系统稳定;最后,分别给出了相应的仿真实验。仿真结果表明:该算法可以有效降低跟踪误差,缩短无人机跟踪时间,同时可以提高系统的抗干扰能力。