基于ADDPG策略的超立方体卫星编队控制

针对大规模卫星高精度编队控制问题,提出了一种基于吸引法则的深度确定性策略梯度控制方法(attraction-based deep deterministic policy gradient,ADDPG)。首先阐述了超立方体拓扑编队拓扑构型特性,建立了卫星编队动力学模型,设计了超立方体卫星编队虚拟中心用于衡量编队整体飞行状态。为解决无模型深度强化学习的探索和扩展平衡问题,设计了ε-imitation动作选择策略方法,最终提出了基于ADDPG的卫星编队控制策略。算法不依赖于环境模型,通过充分利用已有信息,可以降低学习模型初期探索过程中的盲目试错。仿真结果表明ADDPG策略以较少的能量消耗达到更高的精度,相比知名算法在加快编队收敛速度的同时,误差减少5%以上,能量消耗减少7%以上,验证了算法的有效性。

用于矿产监测的遥感卫星应用体系效能仿真方法

卫星遥感应用技术在矿产资源勘探与监测任务中发挥的作用日益加深,为分析卫星系统执行矿产勘探与监测任务的现有能力与不足,需要对卫星系统效能进行量化与对比分析。文章建立了一套从需求分析到需求满足度评估的全流程一体化体系效能仿真方法,通过对综合效能指标计算模型、综合需求满足度评估计算模型的数学建模,实现了对卫星效能的量化分析。此方法的有效性通过STK手段进行了验证。

极地悬停航天器轨道动力学特性与轨道维持

针对高纬度地区地球同步轨道卫星存在覆盖盲区的问题,提出了一种长期悬停在极轴上空的极地悬停航天器轨道方案。基于日-地三体模型推导了连续推力控制下的极地悬停航天器轨道动力学模型,并针对悬停高度固定和自由两种模式分析了其推力需求特性和燃料消耗。结合工程实际,对采用电推进和太阳帆混合的极地悬停航天器进行了质量核算和寿命分析。结果表明:考虑电推进自身质量,自由悬停模式较固定悬停模式燃料消耗少,但有效载荷质量减小;太阳帆在当前的帆膜技术下不具有提高有效载荷质量的优势,但未来随着材料的发展太阳帆技术的优势会逐渐显现。文章提出的极地悬停航天器可实现对高纬度地区的连续和实时覆盖。

航天器受迫绕飞构型设计与控制

针对航天器在轨服务任务对绕飞技术的要求,研究了航天器受迫绕飞构型设计和控制问题。基于C-W(Clohessy-Wiltshire)方程的解析解,提出了双水滴拼接绕飞构型,并将单脉冲或双脉冲受迫绕飞延展至多脉冲绕飞构型设计;推导了伴随航天器初始状态变量与绕飞构型形状参数的关系,得到了4种构型的解析表达式和脉冲控制策略。通过数值仿真算例验证了设计的4种绕飞构型能够实现伴随航天器的慢速绕飞和快速绕飞,比较了不同绕飞构型的燃料消耗和绕飞距离误差。数值结果表明,双水滴拼接绕飞构型总脉冲最小。研究成果完善了航天器受迫绕飞构型设计与控制的相关理论,为工程应用提供参考。

航天器碰撞概率计算对比分析

为了研究航天器碰撞概率计算的主要方法,通过航天器状态矢量、位置误差协方差计算碰撞概率,和蒙特卡罗法计算碰撞概率。给出了蒙特卡罗方法并行化的实现方法。比较了七种概率密度计算方法的优缺点和计算时间。分析了碰撞概率计算的影响因素和不同方法中对碰撞概率计算的影响因素。最后通过数值计算验证了七种计算方法的特点和正确性,并与国际空间站例子进行对比。对比结果表明,三维数值积分方法计算碰撞概率,可使计算简洁,并且所用时间短。

月球巡视器太阳电池阵电性能仿真模型参数辨识方法

为使月球巡视器太阳电池阵电性能仿真模型更精确地模拟真实在轨太阳电池阵硬件系统的工作状态,提出对仿真模型进行参数辨识的方法。给出了太阳电池阵电性能仿真模型,分析其输入、输出与初始化参数,说明了利用遗传算法和遥测数据开展参数辨识的可行性。提出仿真模型参数辨识方法的总体思路,即将遥测数据作为激励源,再采用遗传算法开展参数辨识。利用某一时段的遥测数据对仿真模型参数进行辨识,并用其他时段的遥测数据对辨识结果进行验证。结果表明:辨识后的仿真模型输出与对应遥测值的接近程度更高,仿真模型的输出偏差可减小约50%。文章提出的仿真模型参数辨识方法,可使仿真模型在月球巡视器在轨期间的任务规划验证和伴飞任务中提供精准预报。

摄动条件下椭圆轨道卫星相对运动研究

基于严格定义的相对轨道要素,考虑非球形引力、大气阻力和三体引力等摄动力的影响,用拟平均根数法添加相关摄动项,推导了椭圆轨道摄动条件下无奇点的卫星近距离相对运动模型。分析了考虑摄动力的影响时相对轨道要素的特性,并据此分析了各摄动力对卫星相对运动轨道预报精度的影响,比较了有无摄动的相对运动模型与精确解间的误差。算例验证了方法与结果的正确性和有效性。研究结果完善了相对轨道要素的基本理论,并将其适用范围拓展至摄动条件下的椭圆基准轨道卫星相对运动研究领域。

支撑大规模复杂体系仿真计算的技术架构研究

首先分析了大规模复杂体系仿真计算的发展需求;其次分析了云计算领域的"容器云"技术的核心功能,引入容器云相关成熟工具和解决方案,结合仿真计算自身特点提出了大规模复杂体系仿真计算云技术架构,并对技术架构的功能组成进行了详细阐述;最后对其中的关键技术进行了研究,并给出设计思路,解决在大规模复杂体系仿真计算过程中遇到的资源多租户共享、模型大规模精细化调度、计算过程高可用保障等问题。

多层次多维度网络化航天装备效能评估方法研究

为评估航天装备效能,有效指导航天装备体系规划论证、立项论证、装备试验鉴定以及在轨应用等,构建了多层次多维度网络化的评估指标体系框架,提出了基于层次分析法和网络分析法相结合的多方案多目标大样本比对分析方法,并在此基础上结合实际仿真评估应用过程,形成了航天装备体系效能评估系统,有效支持航天装备效能评估分析。

一种构建高性能仿真基础数据资源池的方法

天基体系数字孪生体仿真平台项目是一种复杂天基体系效能仿真平台建设项目,该项目对仿真的基础数据存储能力、处理能力、检索效率、扩展能力等方面提出了更高的要求。传统仿真平台的基础数据管理能力已无法与之匹配。对项目的基础数据综合管理能力要求进行了综合分析,并结合日益成熟的大数据技术,提出了一种新的基础数据资源服务构建模式:仿真基础数据资源池系统,设计并开发了元数据管理、数据管理、数据发布接口、数据采集接口四个重要组件,解决了完整天基体系要素和多类型装备相关巨量数据的存储能力、检索查询效率、数据扩展能力提升的瓶颈问题。由该方法构建的高性能仿真基础数据资源池系统,为天基体系数字孪生体仿真平台顶层应用提供了稳定、高效、灵活可扩展的数据服务支撑。

基于相对轨道要素的航天器相对运动碰撞分析

采用基于相对轨道要素的方法,建立了计算碰撞概率的数学模型。在二体圆轨道条件下,推导验证了与基于Clo-hessy-Wiltshire(C-W)方程的碰撞模型的等价关系,并解决了C-W方程存在的若干问题。在航天器近距离相对运动构型设计中提出了基于相对轨道要素的碰撞分析方法,突出了相对轨道要素在构型设计以及碰撞分析中的作用。分析了地球非球形引力摄动(主要是J2项摄动)对轨道误差的影响,推导了相对轨道要素在单位时间内的漂移量方程,及考虑J2项摄动的协方差矩阵的传播方程,建立了考虑J2项摄动的碰撞概率计算模型。最后,通过典型算例验证了本文方法的正确性。

基于相对轨道要素的椭圆轨道卫星相对运动研究

采用球面几何方法,严格定义了相对轨道要素(ROE),推导了其与绝对轨道要素(AOE)之间精确的相互转换关系;针对近圆和椭圆基准轨道相对运动情况,给出相对轨道要素和绝对轨道要素之间相互转换的近似式,以满足不同任务的要求;分析了卫星近距离相对运动时相对轨道要素的一些特性;基于相对轨道要素,推导了无奇点问题的、适用于近圆和椭圆基准轨道的近距离相对运动方程;据此分析了椭圆基准轨道卫星的相对运动特性,对比近圆基准轨道相对运动模型和精确解的结果进行了误差分析,通过典型算例验证了本文提出的方法和结果的正确性和有效性。论文研究结果完善了相对轨道要素的基本理论,统一了近圆轨道和椭圆轨道的卫星近距离相对运动的描述形式。

航天器悬停构型设计与控制方法

为满足航天器在轨服务任务对悬停技术的需求,对航天器悬停构型的设计与控制问题进行了研究。通过任务航天器轨道设计得出目标航天器与任务航天器的绝对轨道关系,并用以说明悬停轨道的形成机理。结合任务航天器相对于目标航天器的相对轨迹,采用具有严格定义的相对轨道要素,对悬停轨道在目标航天器轨道平面内和平面外的构型进行描述。对"间隔式"的悬停构型脉冲控制策略进行推导,以实现任务航天器在目标航天器任意位置的长期悬停,并在此基础上分析悬停构型变化对速度脉冲的影响。最后,通过典型仿真算例验证所提方法与结果的正确性和有效性,并获得任务航天器在不同悬停轨道间转移的实现过程。研究结果完善了航天器悬停轨道的设计与控制方法,并说明了设计的悬停轨道具有可行性,能够为工程任务设计人员提供参考。