异构多星电磁编队静态构型设计与保持控制

针对异构多星电磁编队的空间静态构型设计,提出采用精确电磁力模型进行非线性修正的方法,解决了传统方法中由远场电磁力模型造成的构型求解误差问题。考虑编队静态构型设计存在待优化参数较多的问题,基于轨道相对运动方程与电磁力内力特性,可以推导一组关于编队各星质量与空间分布的静态构型必要条件,提出了一种参数降维的四面体构型设计方法,并基于所建精确电磁力模型,对静态构型解进行了非线性修正。针对编队闭环控制问题,设计了包含摄动前馈的滑模控制器,并使用精确电磁力模型修正磁矩,提高了磁矩分配的准确性。仿真结果表明,设计的四面体构型能够满足力和力矩平衡方程,基于精确电磁力模型的修正方法有效提升了构型设计与控制精度。

LED芯片检测系统的噪声分析及信号处理研究

分析了LED芯片非接触检测系统噪声信号的功率谱,研究了噪声信号的抑制方法。针对现有检测系统存在检测信噪比低的不足,提出对交变电压信号进行相关检测,采用相关检测后,检测系统的信噪比可以提高20 dB以上。实验结果与仿真结果吻合。该研究对于改进检测系统的性能以满足对多种芯片的正确检测有重要意义。

巨型星座的空间安全性与自主防碰撞方法

从巨型星座轨道运动的力学特性出发,分析了星座空间安全性及自主防碰撞方法。针对碰撞发生的轨道相对运动特征,基于球面三角学构造了碰撞的轨道参数表征形式,分析了星座内部和星座外部的碰撞风险。针对异轨空间目标相对速度大、交会时间短的特征,提出了基于多轨交会航过观测的碰撞风险监视和自主防碰撞规避。以Cosmos-2251卫星和Iridium-33卫星的碰撞为例,分析了碰撞风险目标的相对运动特征,仿真分析了多轨交会航过目标监视和自主碰撞规避的可行性。

敏捷SAR卫星平台载荷一体化控制方法研究

面向具备波束指向捷变能力的小型化敏捷合成孔径雷达(SAR)卫星成像需求,提出了通过平台姿态敏捷机动和载荷波束捷变扫描一体化控制实现条带成像、多条带拼接成像、滑动聚束成像等传统成像模式的方法。针对配合成像过程提出的大角度机动和高精度高稳定度连续指向跟踪控制要求,采用5个单框架控制力矩陀螺(SGCMG)组成的“五面锥”构形控制力矩陀螺群作为执行机构,设计了基于姿态四元数和角速度反馈的改进型递阶饱和控制器,实现了平台的敏捷机动和对目标的稳定跟踪指向。数学仿真结果表明:该控制系统有效可行。

基于三自由度气浮台卫星姿态控制系统仿真

为了更真实地模拟卫星在空间可能存在的问题,对三自由度气浮台卫星姿态控制系统进行仿真设计。采用气浮台进行卫星动力学与运动学模拟,通过气浮台惯量测定及系统搭建,建立控制力矩陀螺群五棱锥构型方案,综合考虑陀螺群构型,设计制力矩陀螺群控制律,实现气浮台平台稳态及姿态快速机动控制。仿真结果验证了该方案的正确性、合理性及有效性,可降低卫星姿态控制异常的风险,为卫星控制系统工程研制提供参考。

新发展格局下的消费拉动:逻辑、困境与对策

新发展格局贯穿整个经济发展过程,引导经济通过消费拉动向高水平、高质量转变。消费作为国内大循环的重要推力,在新发展格局中发挥着主导性作用,厘清消费拉动与新发展格局的内在逻辑,能够更好地助力经济高质量发展。因国际市场收缩和国内市场扩容,我国消费面临诸多困境,因此为适应新时代发展所需,新发展格局下发挥消费拉动作用需要采取供给与需求相结合、满足高质量供给等措施,扩大内需这一战略,为新发展格局顺利推进创造了良好条件。

一种SGCMG系统奇异逃离方法

单框架控制力矩陀螺(SGCMG)系统进入奇异后无法提供准确的三轴指令力矩,通过奇异机理分析,设计了一种奇异逃离方案。首先构造新的动态坐标系,在系统进入奇异后,将控制坐标系切换到新的坐标系下,在新的坐标系上放弃一个维度的控制,将系统考虑为平面内的SGCMG冗余控制系统,然后在平面内采用二维零运动使得系统快速逃离奇异状态,当SGCMG系统逃离奇异状态后,再重新接入三维度的控制。仿真结果表明,提出的方法具有很好的奇异逃避效果。

严格回归轨道的管道导航方法研究

分析了作为参考轨道的严格回归轨道与卫星在轨运行状态的相对运动关系,提出近地遥感卫星的管道导航方法。由于参考轨道的设计只考虑高精度的地球非球形摄动,与在轨卫星的动力学环境存在差别,这导致两者之间存在切航向漂移。基于高精度的轨道动力学模型和位置确定方法,设计了卫星与参考轨道采样点的沿航向对齐算法,从而获取了卫星相对参考轨道采样点的相位时间偏差和卫星在参考轨道编队坐标系切航向平面内的相对运动轨迹,进而引入椭圆的"最小二乘适配法"获取相对运动轨迹的特征量。所研究的管道导航方法可应用于基于GNSS测量数据的卫星自主轨迹保持。

东昌农场改革发展的特点与启示

基于农垦改革发展的政策背景,本文通过梳理海南东昌农场的改革发展历程,总结东昌农场改革发展的特征,即主体分工明确化、产品生产标准化和经营体制规范化。在此基础上,归纳东昌农场改革发展对推进国有农场改革和高质量发展的启示。

空间冗余机械臂的路径规划算法研究

对空间机械臂的路径规划算法进行了研究。针对一种星体和冗余机械臂(7自由度)的星臂联合系统,采用星臂联合路径规划方法。建立了机械臂末端位置和姿态的运动学方程。用基于多项式的伪逆路径规划算法对路径进行规划。仿真发现用三次多项式规划算法所得系统运行平滑且稳定末端能跟踪上目标,运行初始和结束时刻角速度达到设计要求,但系统运行结束时角加速度未收敛至零,存在软冲击缺陷。增加两个角加速度约束条件,用五次多项式改进了规划算法,仿真发现该系统解决了软冲击问题,且运行更稳定。为避免伪逆算法因奇异而失效的固有问题,设计了一种基于五次多项式的伪逆路径和规避奇异路径的联合规划方法。采用倒数法规避奇异问题,当奇异出现时,采用规避奇异路径规划算法,计算阻尼最小方差广义逆矩阵;当奇异不出现时,采用基于五次多项式的路径规划算法,计算雅可比矩阵的广义逆。最后可规划出机械臂各关节的角速度。仿真表明:用该联合规划方法所得系统在保证运行的精度和稳定度的同时,可避免奇异问题,提供了系统的稳定性和安全性。研究对空间机械臂设计有一定的参考价值。

GPS实时定轨误差对姿态确定的影响分析

对GPS实时定轨误差对卫星姿态确定的影响进行了分析。因用位置、速度确定的坐标转换矩阵无法直接给出姿态角确定误差的解析表达,基于近圆、近极轨轨道假设,根据位置、速度和开普勒轨道六要素间的转换关系,给出了小姿态角偏差条件下转换矩阵的全微分形式,进而给出了各姿态角关于各轴分量的偏导数形式,在分别分析位置和测速误差对姿态角影响的基础上,给出了综合的姿态角确定误差,推导了姿态确定误差的解析表达式。研究发现:速度矢量主要引起偏航角的误差,对俯仰和滚动方向几乎无影响;位置矢量主要引起俯仰和滚动轴的姿态角误差,对偏航角方向几乎无影响。仿真结果验证了分析的正确性,并发现GPS定轨误差引起的姿态角确定误差小于0.001°,基本可忽略。

一种新型卫星携气瓶推力器喷气时长计算方法

卫星自主编队保持通常采用开环控制模式,需要星载计算机(AOCC)根据推进系统的工作状态实时计算喷气时长。由于AOCC计算能力有限,在携气瓶推力器仿真测试过程中采用的速度增量关机方式不适用于在轨喷气时长的计算。为减小AOCC运算量,提高控制精度,开展了携气瓶推力器的动力学建模仿真,进行了寿命期间的性能分析。针对该时变推力模型,设计了AOCC喷气时长计算方法。通过推力的状态传递和推力预测,构造了以喷气时长为变量的代数方程,并将该方法应用到一组多次喷气情况下的喷气时长计算。仿真结果显示:与以往基于单点测量的推力器喷气时长的计算方法相比,采用该方法计算的喷气时长更接近理论值,能够有效提高卫星自主编队保持的控制精度。

一种基于SGCMG的欠驱动姿态控制方法

针对以单框架控制力矩陀螺(SGCMG)为执行机构的卫星,提出分步设计控制律和操纵律来实现欠驱动姿态控制。用两个SGCMG进行三轴控制时,将控制系统分解为控制律设计和操纵律设计两部分,来实现角速度稳定和姿态角稳定。通过卫星姿态动力学方程和运动学方程,分别设计状态反馈控制器和反步法控制器;再进行SGCMG的操纵律设计。结合所设计的控制律和操纵律,能够实现基于SGCMG的欠驱动卫星姿态控制,数学仿真验证了该算法的有效性。

基于PD控制的大挠性卫星输入成型姿态机动方法研究

对有快速姿态机动要求的大挠性卫星,为减小挠性振动对姿态机动时间的影响,对基于比例微分(PD)控制的输入成型姿态机动方法进行了研究,提出用输入成型方法在快速机动过程中直接对附件的挠性振动进行抑制。将动力学方程扩展到状态空间,通过求解状态矩阵的特征值解出系统的等效振动频率与阻尼比,以获得成型输入器。给出了一种简化的且能满足工程使用的输入成型频率参数确定方法。设计了输入成型的PD控制器,实现欧拉轴快速姿态机动,同时有效抑制附件的振动。对输入成型器的误差进行了分析。仿真分析了ZVD,EI,ZVDD,EI-Twohump四种输入成型器对某卫星太阳阵挠性振动的抑制效果,以及惯量和挠性参数分别在标称及拉偏状态下卫星姿态机动时的姿态误差与振动模态。结果表明:该方法可满足工程使用要求,简易地获取输入成型参数,设计绕欧拉轴近似最短路径的机动方式,能有效抑制附件的挠性振动,实现快速的姿态机动。

基于灰度预测的无刷直流电机控制

针对无刷直流电机在飞轮中的控制性能要求,建立了无刷直流电机的数学模型。为进一步提高飞轮转速的控制性能,对灰度预测算法进行了详细的理论分析和数学建模,利用梯度下降法对PID控制器的参数进行了调整,并在此基础上设计了参数自适应调整的灰度预测控制器。通过仿真分析了两种控制器在正常加速和受到干扰两种情况下的控制效果,验证了灰度预测控制器在调节效果和稳定性等方面的优越性。

星载合成孔径雷达图像小特征的准确分割方法

星载合成孔径雷达(SAR)图像信息丰富且复杂,无法通过某种信息对其所有目标进行准确表述,相同种类图像有很大不同,而不同种类图像有很大的相似性,传统方法无法解决上述问题,导致分割精度低。为此,本文提出一种新的星载SAR图像小特征准确分割方法。首先,对星载SAR图像灰度特征进行提取,通过灰度共生矩阵对纹理特征进行提取,利用谱嵌入式聚类方法塑造星载SAR图像可识别特征轮廓模型,实现轮廓特征的提取。然后,通过支持向量机实现星载SAR图像小特征初分割,利用不同小特征信息对各过分割部分的空间关系进行研究,在全局范围对类似过分割部分进行迭代增长处理,对星载SAR图像进行小特征准确分割。最后通过试验证明了本文方法有很高的准确性。

一种应用于欠驱动航天器的姿态控制方法研究

对欠驱动航天器的姿态控制进行了研究,设计了一种可适于多种情况的分段解耦控制器,用分段解耦的方法解决了欠驱动控制系统输入输出维数不统一的问题。由动力学方程中的耦合项建立姿态控制系统的状态微分方程。为降低失效轴角速度对系统的影响,先实现控制系统中动力学部分的镇定,再对运动学部分进行解耦。在每个分段中设计了一个比例微分(PD)控制器,设计了角速度镇定、俯仰角镇定、滚动角镇定、俯仰角收敛至π/2、偏航角镇定和三轴稳定六个分段控制器,通过控制器间的逐个切换控制,将状态微分方程中的状态变量逐渐收敛至零,实现欠驱动姿态控制系统的渐进稳定。数学仿真验证了所设计控制算法的有效性。该控制器设计简单,便于工程实现,选取适当的参数后可保证系统状态变量的渐近稳定性。

宇航团体标准《卫星控制分系统极性测试要求》的研究和实践

卫星控制分系统的极性是各类航天器研制工作中的重要环节,控制分系统在单机、分系统、整星层面极性设计与实现的一致性、正确性,事关卫星任务的成败。卫星控制分系统极性测试要求从单机、软件、系统、总体等方面递进地对极性测试方法进行规定,并给出了具体的测试方法,保证了整个链路的极性正确性。根据极性测试要求,对某型号卫星的研制工作进行了实际的应用实践,结果表明控制分系统的极性测试结果正常,系统工作正常。

基于MRP的航天器无角速度姿态控制算法

对适于不携带惯组的小型航天器的姿态控制律设计进行了研究。考虑航天器实际运行中饱和广泛存在,在控制器设计中引入饱和特性函数,为改进饱和阀限引入双曲余弦函数。用一阶无源滤波器对姿态参数进行差分,提出了基于修正罗德里格参数(MRP)的采用饱和函数和双曲余弦函数的无角速度控制律。理论分析证明了系统的稳定性,数学仿真结果验证了这两种无角速度反馈控制律的有效性。提出的控制方法也可作为普通航天器惯组失效时的备份控制律。

基于星间链路的星座相对构型保持方法

从巨型星座在自然摄动下轨道运动的力学特性出发,分析了星座构型保持的任务特点。针对轨道面内由大气阻力和面质比差异导致的轨道面内长期相对运动,构造了星座相对构型保持的二阶一致性控制方法。针对星座多个体系统不同的星间链路连接情况和闭环网络特征,提出了不同几何拓扑结构及其相应的图论构造方法。相较于经典的绝对位置保持方法,相对构型保持只需补偿面质比差异造成的构型漂移变化,因此能够以更小的控制代价实现星座的构型保持。以星型链路的拓扑结构为例,进行了星座相对构型保持的仿真分析,离散一致性控制能够实现星座构型长期稳定。