空间目标天基监视分布式仿真系统设计

以HLA在航天系统仿真领域的广泛应用为背景,设计了基于HLA的空间目标天基监视分布式仿真系统。在系统架构层面,设计数据层、模型层、任务层的分层结构。在系统设计方面,设计仿真控制成员、天基监视成员、光学载荷成员、空间目标成员和视景仿真成员,建立天基监视系统中的轨道动力学及机动模型、姿态动力学与控制模型、载荷指向及目标成像模型。在系统实现方面,基于RTI进行系统集成。应用VegaPrime和OpenGL实现天基监视视景仿真和光学成像仿真,完成空间目标天基监视任务的仿真验证。

无拖曳航天任务检验质量的设计和比较

检验质量是无拖曳航天器的惯性参考基准,对检验质量进行结构优化设计、材料选择以及不同配置方案的分析比较,能够为今后无拖曳航天任务中引力参考敏感器的模块化设计提供参考。本文首先分析了检验质量形状的取决要素和设计准则,以空间等效原理检验实验中圆柱体检验质量为例,建立了点质量引力源对检验质量的引力耦合模型,推导了检验质量形状尺寸的优化设计过程,并针对检验质量约束作用面和主惯性矩的特殊考量,分析了其对形状尺寸设计的影响。然后从最大化科学测量信号强度和最小化噪声扰动两方面对检验质量的材料进行选择,得到低磁化率、高密度、低热膨胀系数等属性的材料作为检验质量的备选。最后以空间引力波探测实验为例,从加速度噪声性能指标、方案继承性和技术成熟度、无拖曳控制复杂度等方面对检验质量的不同配置方案进行权衡取舍和比较研究。

GEO空间慢旋目标天基监视受控绕飞轨道设计与仿真

为实现GEO空间慢旋目标特定面的连续观测,提出了一种天基监视受控绕飞轨道设计方法.首先建立了目标、天基平台相对运动模型,研究了空间任意自旋轴下的期望相对轨道模型,设计了单周期受控绕飞模型和多周期螺旋接近受控绕飞模型,应用时间约束的多脉冲控制实现平台受控绕飞,仿真分析了不同绕飞半径、不同脉冲数、不同绕飞周期下的受控绕飞轨道,最后提出并验证了多周期螺旋接近受控绕飞策略.结果表明,基于GEO空间自旋目标姿态变化的受控绕飞的相对轨道设计,能够实现目标特定面的连续指向观测,相关仿真结果和结论对实际工程应用具有一定的参考意义.

基于NTSM的航天器特征点凝视跟踪控制

针对航天器特征点凝视以及随动跟飞问题,提出了一种建立在目标特征点指向(feature point directing , FPD)坐标系下的相对运动动力学模型,并基于非奇异终端滑模方法(nonsingular terminal sliding mode, NTSM)实现了航天器的相对姿轨耦合控制。首先,以凝视跟踪的目标特征点为原点,跟踪指向轴为主轴,建立了FPD 坐标系下的特征点相对运动模型,该模型在控制过程中可以保持特征点相对运动期望状态稳定不变,从而降低了末端约束的处理难度。其次,基于NTSM方法设计了一种有限时间控制律,并对其稳定性和滑模到达时间进行了分析,理论证明了该控制律满足Lyapunov稳定性条件,且系统能在有限时间内迅速收敛到平衡状态。最后,仿真结果表明FPD坐标系下的特征点相对运动模型以及NTSM控制律在求解特征点凝视跟踪问题上具有良好的性能和普适性,研究成果对空间在轨维护、空间操控以及深空小天体悬停着陆等具有一定的理论参考价值。