立方体卫星质量矩姿态控制建模与布局优化

针对使用固体火箭发动机进行立方体卫星快速变轨机动过程中存在的姿态翻转问题,创新性地提出应用质量矩控制技术实现其姿态稳定。首先推导了完整的八自由度动力学模型,并深入分析了质量矩控制机理;然后利用仿真手段对质量块移动产生的附加扰动力矩以及系统耦合进行了研究,并指导了执行机构的布局优化设计;最后提出的双对称执行机构保证了附加扰动小的同时还大幅降低了通道间耦合。仿真表明该系统具有良好的操纵性。

使用固体火箭发动机的快速机动卫星质量矩控制研究

针对使用固体火箭发动机进行卫星快速变轨机动时的姿态翻转问题,提出使用二维质量矩控制技术予以解决。首先分析了喷气阻尼力矩对三轴稳定卫星姿态的影响,随后建立了考虑推进剂燃烧过程的完整动力学模型,并从通道耦合以及扰动力矩角度对模型特性进行了分析;最后利用仿真手段对质量矩控制卫星姿态的可行性进行了仿真分析,同时考察了发动机不同装药形式以及外形尺寸对控制系统操纵性能的影响。结果表明:二维质量矩控制卫星姿态是切实可行的,且短粗型的发动机结构对控制系统设计更加有利。

基于SGP4模型与多普勒频移的改进定轨方法

立方体卫星广泛使用两行根数(two-line element,TLE)结合SGP4模型作为定轨的唯一或是备份手段。针对SGP4模型长期预报误差积累的问题,分析了模型的误差来源及分布情况,提出两种利用地面观测站测量多普勒频移提高定轨精度的方法。一种方法直接修正大气阻力项系数,结果表明能大幅减小速度方向上的预报误差,将预报10天的位置精度提高到4km以内。另一种方法将已知的两行根数更新为卫星过境时刻的两行根数,然后修正纬度幅角,修正后短期预报误差能基本消除但长期精度不如前一种方法。通过对在轨立方体卫星的实际测量也验证了上述的结论。

低轨立方体卫星姿态控制研究

针对轨道高度低于300 km的立方体卫星的姿态控制问题,设计了基于主动磁控制的姿态控制方案,并根据其气动外形建立了气动力矩模型,重点研究了质心与形心的相对位置对姿态控制的干扰。仿真结果表明,质心与形心的相对位置对低轨立方体卫星的姿态控制精度影响很大,且轨道越低影响越明显。该结论对立方体卫星或类似外形的微小卫星的结构设计及布局有指导意义。

基于GRU-AE的航天器姿态敏感器故障诊断研究

姿态确定系统是航天器的重要组成部分,姿态信息有误会导致航天器姿态失稳甚至失控。针对航天器故障样本集小、故障标签稀缺的问题,提出一种基于门控循环单元-自编码器(Gated Recurrent Unit-AutoEncoder,GRU-AE)的航天器姿态敏感器故障诊断方法,首先在正常数据集上训练GRU-AE模型,得到模型的姿态预测值,计算预测值与真实值之间的预测残差作为故障识别的阈值。在测试集上,如果模型对某一数据的预测残差超过了阈值,则认为该数据存在异常,采用DBSCAN聚类对故障进行定位。实验证明,该方法可以有效预测姿态敏感器的输出,具有很好的故障识别和定位能力。

立方星用微型太阳敏感器设计

设计了一种面向立方体卫星的姿态确定传感器——模拟式太阳敏感器。通过测得太阳光线的入射角度,从而解算出在卫星本体坐标系下的太阳矢量信息。敏感器理论设计精度为1°,质量为9 g,尺寸为32 mm×19.7 mm×8.1 mm,视场角为112°。本设计进行了光学头部、处理电路的设计,并编写了相应的算法程序。通过外场试验验证了设计的合理性,满足了应用要求。设计的太阳敏感器具有体积质量小、成本低等优点,在立方体卫星领域有广阔的应用前景。

质量矩固体推进微纳卫星自适应反演控制律设计

为解决微纳卫星利用固体火箭推进器进行快速轨道机动时的姿态翻滚问题,提出了利用质量矩技术对卫星的俯仰、偏航通道姿态进行稳定控制。首先考虑推进剂燃烧、质量块运动等因素引起的系统质量特性参数的变化,建立质量矩固体推进微纳卫星姿态动力学模型;然后分析了推进剂燃烧、质量矩控制引入的系统模型参数不确定性、连续有界未知干扰;随后基于反演控制方法,设计了卫星姿态角和姿态角速度双回路自适应滑模动态面控制器,利用自适应算法调节控制参数估计来补偿不确定因素的影响;基于Lyapunov函数证明了闭环系统的稳定性。最后,通过数值仿真验证了控制算法的有效性,卫星姿态稳定调节时间小于1s,姿态稳定误差小于0.5%。

立方星陀螺/双星敏感器组合定姿方法

针对单星敏感器绕视轴方向旋转角测量精度相对较差的问题,提出了一种利用微机电系统陀螺和同时工作的双星敏感器的测量来获得精确的立方星姿态信息的方法。该方法基于平均双四元数的思想,基于乘性扩展卡尔曼滤波算法制定了集中式和分散式两种姿态确定方案。仿真分析结果表明,所提出的陀螺/双星敏感器姿态确定方法,在采用低成本、低精度的姿态敏感器以及传统滤波算法的情况下,仍能有效提高立方星的定姿性能,具有较高的精度和较快的收敛性。为立方星低成本、高精度姿态确定提供了一种可行的参考,并且具备一定的工程应用价值。

以煤矸石为原料熔盐法低温合成纳米莫来石晶须

以煤矸石和十二水硫酸铝钾(KAl(SO_4)_2·12H_2O)为原料,采用熔盐法低温合成纳米莫来石晶须;利用XRD、FESEM、LPSA等方法研究莫来石的相组成、微观形貌。结果表明:控制煤矸石与KAl(SO_4)_2·12H_2O的质量比为1∶0.8~1∶1.3时,采用熔盐法,合成温度为750~1 000℃,可得晶须直径约为20~40 nm的针尖状莫来石粉体。测试表明,采用熔盐法,通过控制合成温度可获得不同微观形貌的纳米莫来石晶须。

微纳卫星固体火箭推进器推力矢量测量方法

尽管固体火箭推进器应用于微纳卫星平台拥有诸多优点,但此类小型固体火箭推进器推力矢量难以测量。对此,提出一种利用惯性传感器量测值映射推力矢量大小的方法,开展地面动态飞行实验。首先,基于牛顿欧拉法和变质量系统理论建立地面实验系统的动力学模型,分析卫星的动力学与运动学特性;然后,构建惯性测量单元(inertial measurement unit,IMU)的量测方程,结合系统动力学中推力矢量与惯性传感器量测值间的映射关系,推导推力矢量测量模型;最后,通过仿真分析影响推力矢量测量精度的误差来源,并对惯性传感器的安装构型进行优化设计。通过数值仿真实验,在优化设计后,该测量方法可保证主推力和侧向推力测量精度均优于0.3%。

基于STM32的立方体卫星姿控计算机设计

为了满足立方体卫星对姿控计算机高性能、低功耗以及具有丰富的外设接口的要求,该文基于低成本、低功耗的STM32芯片设计立方体卫星姿控计算机。首先对立方体卫星任务进行总体分析,提出姿控计算机的总体设计方案;然后根据需求对姿控计算机硬件系统进行设计,重点对主控芯片的选型、主芯片基础外围电路的设计以及主芯片与姿控各部组件的接口电路设计进行阐述;最后对姿控计算机实物进行了试验验证。结果表明,基于STM32芯片设计的模块化的立方体卫星姿控计算机,具有集成度高、低成本、低功耗、高性能、质量轻、工程适用性强等优点。

“八一·少年行”卫星

2016年12月28日中午11时23分,我国首颗中学生科普卫星——＂八一·少年行＂卫星,在太原卫星发射中心搭载长征二号丁运载火箭发射升空.伴随着卫星成功入轨并顺利建立天地通联,我国继美国、俄罗斯等国家之后,进入发射中学生科普卫星先进国家的前列.

低轨纳卫星质量矩姿态控制技术研究

针对气动力矩严重影响低轨纳卫星姿态控制效果的问题,创新性地提出了利用质量矩技术将气动干扰转化为控制力矩的解决方法.由于气动力矩矢量垂直于大气来流速度方向,因而采用质量矩与磁力矩相结合的方式三轴全驱动控制卫星姿态,从而避免系统欠驱动.建立双执行机构控制方式的姿态动力学模型,并根据各干扰项的影响简化了控制方程.针对气动力不确定、星体参数误差、未知环境影响等复杂干扰,设计了针对理想控制力矩基于干扰观测器的滑模控制器.为减小滑块附加干扰力矩,研究了理想控制力矩的最优分配策略.最后,为双执行机构搭建了半物理仿真平台,结果表明:姿态机动过程中,与滑块加速度相关的附加惯性力矩远大于其他干扰项,最优力矩分配策略能够大幅减小快时变的附加干扰,优化效果明显;姿态保持过程中,干扰观测器能有效观测系统慢时变干扰,提高滑模控制律的姿态控制精度,姿态角收敛误差小于±0.1°.最终验证了在低轨纳卫星上利用质量矩技术控制姿态的可行性.

如何对视障儿童进行教育补偿

视障儿童由于生理缺陷,不能通过视觉来认识周围的事物,给其生活和学习带来很大的困难,给其心理、情感、认知带来许多消极影响,容易产生自卑感、畏惧感,变得烦躁、焦虑。特殊教育学校教师要针对其生理缺陷和心理需求,积极进行教育补偿。

纳卫星变轨段质量矩姿态控制系统设计

提出应用质量矩控制技术实现纳卫星轨道机动过程中的姿态稳定控制。在设计出质量矩滑块构型后,利用动量和动量矩定理推导了八自由度(DOF)动力学模型,并根据动力学分析结果建立了简化控制模型。以此为基础,基于全局滑模控制理论设计了俯仰偏航通道姿态稳定和滑块位置跟踪的鲁棒控制器,并在参数不确定性条件下对控制系统进行了仿真,结果表明:所设计的二维质量矩控制系统能快速控制卫星姿态,并对系统扰动具有较强的鲁棒性,可以应用于纳卫星变轨段的姿态控制。

把好真实关

基层单位的通讯员避免稿件失实,有很多有利条件,比如对本单位的业务技术较熟悉,对人对事的历史情况及背景材料比较了解,写完稿进行核实也很方便,等。这些有利条件要充分利用,但不能自以为对本单位情况熟悉,就不一一核实。而应该到现场去看看,找当事人或了解实情的人问问,再找一些同志征求一下意见,把情况弄清楚。写好后,要多看几遍,再给当事人或知情者看看,共同把好真实关。至于有的稿件涉及到本单位全局,或涉及外单位、外系统,要请有关领导审核,以避免报道中的片面性或失误。