SPACECRAFT DOCKING SIMULATION USING HARDWARE-IN-THE-LOOP SIMULATOR WITH STEWART PLATFORM

A ground-based hardware-in-the-loop （HIL） simulation system with hydraulically driven Stewart platform for spacecraft docking simulation is presented. The system is used for simulating docking process of the on-orbit spacecraft. Principle and structure of the six-degree-of-freedom simulation system are introduced. The docking process dynamic of the vehicles is modeled. Experiment results and mathematical simulation data are compared to validating the simulation system. The comparisons of the results prove that the simulation system proposed can effectively simulate the on-orbit docking process of the spacecraft.

面向航天器大数据安全传输的发布/订阅系统设计

针对航天器试验任务过程监控的在轨故障诊断状态检测、健康状态评估与航天器寿命预测等多个环节中,海量试验数据在传输、共享、处理、分析、存储等过程中面临的巨大压力,构建面向航天器多源异构数据管理的分布式大数据发布/订阅系统(big-data publish/subscribe system,BPSS)框架。借助大数据与云平台技术,设计了一套航天器海量在轨试验数据传输、管理与缓存方案,对云节点实现主从调控与弹性扩容,并通过基于消息一致性的动态选举算法完成大规模发布/订阅任务,保证数据传输的安全性、一致性与计算效率,具备大数据订阅响应迅速、多源异构数据高吞吐稳定性、分布式组件部署灵活等优点。实地航天器数管实验结果表明,BPSS数据订阅的平均响应时延为0.05 s/GB,同时在单日吞吐量达到85 GB量级时,数据丢帧率控制在0.025%、数据破损率控制在0.018%,与其他开源的发布/订阅系统相比具备一定竞争力。

空间引力波探测航天器平台系统前沿研究进展

高精度航天器平台系统是空间引力波探测任务成功实施的重要载体,在空间引力波探测任务中发挥着重要的作用。针对高精度航天器平台系统研究的前沿进展,以惯性传感器参考基准、微推力执行机构、航天器平台无拖曳控制技术及航天器系统编队设计与控制为出发点,结合本专刊内发表的主要研究内容及国内外空间引力波探测航天器平台系统近期相关研究进展,形成涵盖国内外前沿研究热点的概括与综述,总结空间引力波探测航天器平台系统设计的主要研究问题。从航天器系统角度出发,提出涵盖关键载荷、轨道及姿态控制策略及编队构型设计的探测航天器平台系统发展的展望。

基于知识图谱的航天器健康管理技术研究

针对传统故障诊断专家系统知识深度不足的缺点,研究基于知识图谱的航天器健康管理技术,将供配电、信息流、硬件接口、功能、接地、物理布局、上下文动作、故障预案等多个维度的专家知识以知识图谱的方式关联固化,在检测到异常时,自动关联相关的背景专家知识,辅助故障排查,并结合知识信息进行因果推理分析,提供可能的故障点及因果关系、处置策略,提升航天器故障诊断效率、可解释性与处置能力。该技术用于航天器地面测试及在轨健康管理中,辅助专家快速发现异常线索,可作为国内航天器健康管理技术发展的参考。

伞降航天器无损回收系统中地面网状回收平台控制研究

针对实现伞降航天器的无损回收问题,本文提出了利用无人车编队支撑的地面网状回收平台追踪翼伞轨迹并且完成自主避障功能,从而无损回收航天器的方法。利用自抗扰技术算法对地面网状回收平台的队形进行控制,采用领导-跟随法确定地面网状回收平台的运动方向以及速度,通过人工势场法对无人车进行避障控制,实现了地面网状回收平台在跟踪翼伞的过程中形成稳定编队并且自主避障等功能。并将理想情况和真实情况的仿真结果与本文算法实现的控制结果相对比。研究表明:伞降航天器的无损回收在短时间内与翼伞达成同步,基于自抗扰技术算法的地面网状回收平台能够更好地完成伞降航天器无损回收的过程。

平台与附件同时机动及其复合控制初探

平台与附件同时机动的复合控制技术是航天控制领域潜在的发展方向.分析了该技术的需求与研究内容,建立了该技术最简化的适用对象——两刚体对象的完整动力学方程,从问题复杂性、平台姿态描述、复合控制器设计用模型、系统耦合特征等角度展开讨论,并进行了系统控制器初步设计与仿真,得出关于模型建立、前馈策略、带宽选择等原则性意见.

利用雷达散射截面积序列的特定航天器工作平台分类识别方法

针对三维运动特性及雷达散射截面积(RCS)的姿态敏感性等因素影响航天器在轨运行识别的问题,结合特定工作平台RCS测量序列的典型特征,提出将每个观测弧段的RCS序列视为图像来提取边缘、骨架和密度等特征,再利用基于Hausdorff距离的图像匹配方法与特定工作平台上的航天器模板进行匹配识别,从而有针对性地实现了航天器的分类识别.实测结果表明,所提方法的分类正确率可高达85%,识别效果明显优于传统的统计和小波变换的方法.

航天器AIT数据平台的设计与应用

文章介绍了航天器AIT数据平台的设计和实现方法。航天器AIT数据平台基于以往数据库进行了改造和集成,提供了交互式航天器AIT数据信息系统。文中给出了航天器AIT数据平台的多专业数据管理系统建设情况、平台设计及创新点,并结合实际工作讲述了应用情况。

柔性航天器高精度隔振与定向研究

随着大型航天器柔性越来越大,结构越加复杂,导致低频柔性模态密集,但同时需要极高的定向精度及姿态稳定度,这就对航天器姿态控制系统提出了更高的要求。本文采用拉格朗日法建立了柔性航天器姿态轨道耦合动力学模型,并设计了大角度机动航天器的姿态控制器。Lyapunov定理给出闭环系统的稳定性,在0.03Nm均方根的白噪声扰动下,大角度机动姿态角误差小于0.02°,均方根误差0.003°,为了抑制姿态抖振,设计了复合控制器,采用Stewart平台对敏感载荷局部高精度主动隔振和定向,局部控制后敏感载荷的定向误差小于0.0001°,均方根误差0.000036°。鲁棒Η∞控制器对Stewart平台主动镇定时,姿态抖振小于0.000002°,均方根误差小于0.0000008°,姿态稳定度优于0.00001°/s。

天基精密跟瞄Stewart平台及其关键技术

天基精密跟瞄Stewart平台对星载精密光学设备的高品质应用有着重要意义。本文在对国内外天基精密跟瞄Stewart平台分类的基础上,对其应用背景、性能特点及发展状况进行了研究。此外还归纳并总结了包括作动器技术、传感器技术、构型设计技术、控制技术及在轨降级使用技术在内的天基精密跟瞄Stewart平台一系列关键技术。最后,针对未来高性能星载光学传感器技术发展与应用的需求,探讨了我国在天基精密跟瞄Stewart平台领域可进一步开展的研究内容。

航天器健康管理平台设计技术研究

随着我国航天器数量增加以及广泛应用,提高我国航天领域健康管理技术水平的重要性日趋凸显;针对我国航天领域健康管理技术体系不完善,航天器全生命周期健康管理能力较弱,缺少健康管理系统设计、验证技术和工具等问题,设计了航天器天地一体化健康管理平台,建立了航天器健康管理技术体系框架,探讨了航天器健康管理设计开发和验证技术,构建了航天器天地一体化健康管理系统,为最终形成未来我国航天器设计、开发、验证与运行管理过程中的全生命周期健康管理解决方案,解决未来多航天器全寿命周期综合保障问题,进行了有益的技术探索。

可在轨展开的航天器模块化结构设计分析平台研究

为了探索模块化航天器的分析问题,基于航天器结构的模块化设计概念,建立了一种支持在轨展开的航天器模块化构型,并基于虚拟样机技术,对其在空间失重状态下,太阳帆板和模块化本体同时展开对航天器姿态的影响进行仿真,发现本体各模块的展开对航天器姿态角和姿态角速度影响起决定性作用;以Eclipse为开发环境,基于J2EE技术开发了航天器结构设计分析平台,将航天器结构设计、装配和动力学分析集成在一起,以实现航天器从模块化结构设计、数字样机装配到力学分析的快速响应。

天基快速响应体系概念研究

为了有效增强现有空间系统应对突发事件的能力,提出了一种基于在轨发射的天基快速响应体系,分析其应用领域和作用过程,明确该体系的特点、组成要素及关键技术,包括适合的在轨发射方案和基于任务的最佳部署策略等。天基快速响应体系由航天器平台、空间运载器、有效载荷和地面基础设施组成,利用空间运载器携带有效载荷实现机动和变轨。文章提出的快速响应体系,面向未来空间在轨服务,有助于增强空间系统在自然故障、突发事件等不确定情况下的快速响应和有效部署能力。

空间飞行器分布式通用组合导航仿真平台方案研究(英文)

在研制空间飞行器导航系统的过程中,搭建导航仿真平台能够有效地节约成本并缩短研发周期。在模块化、通用化和标准化设计原则的指导下,利用多台计算机和相应的数据总线开发了空间飞行器分布式通用组合导航仿真平台。在空间飞行器导航系统特性分析的基础上,提出了捷联惯性导航系统、GPS、脉冲星导航系统、磁强计和星敏感器组合导航方案,设计了仿真平台的结构,论述了仿真平台的硬件设计、软件开发和算法,并探讨了仿真平台的扩展性能。试验表明该仿真平台能够逼真地模拟空间飞行器导航系统,并为设计者提供有益的建议。

基于SCL的航天器遥控操作平台设计与实现

为了实现对航天器的透明控制,航天器控制中心开发设计了遥控操作平台。首先提出了遥控操作平台的硬件组成及运行环境;其次结合航天器测控任务的需求,进行了软件功能设计,将遥控操作平台分为四个层次、六大功能,并详细描述了其数据流图;最后明确了遥控操作平台的内部、外部接口以及安全性措施。该遥控操作平台已成功地完成了我国同步和近地卫星早期以及长期管理阶段的测控任务,极大地提高了我国航天器测控能力和测控网资源的运行效率。

基于移动终端和云的航天器在轨监视系统设计

传统的航天器在轨监视体系为集中模式,应急处置时存在时效性低、对在岗值班人员专业要求高等问题。随着在轨航天器数量的急剧增加,亟需引入移动安全技术,支持在可信网络传输环境下移动终端的安全接入和快速响应,实现线上、线下的航天器设计、在轨管理技术力量的有效综合利用。设计了一种基于移动终端和云平台的航天器在轨监视系统,通过原型系统的实际测试,验证了系统在技术上成熟可行,能够实现航天器管理相关人员在远离任务中心的情况下,通过移动终端以安全可靠的方式便捷地接入后端云平台,及时掌握航天器在轨运行状况。

航天器公用平台标准建设研究

本文在系统梳理航天器平台建设需求和发展现状的基础上,结合航天器平台的技术特点,分析研究了以产品基本型为主、兼顾可扩展能力的航天器平台规范编制方法,形成了航天器公用平台系列规范标准,提出并实践了复杂系统编制产品规范的标准建设模式。

新型半主动整星隔振平台及其模糊最优控制研究

为降低卫星在发射过程中受到的动态载荷,提出一种采用磁流变阻尼器的新型半主动整星隔振平台。建立隔振平台的动力学模型和柔性卫星隔振系统总体的动力学模型。将LQG最优控制和模糊控制技术相结合应用于半主动整星隔振系统,以卫星振动响应能量和作动器输入能量的加权和最小作为最优控制目标来确定最优控制力,并采用预测状态法进行时滞补偿。以最优控制力和磁流变阻尼器的实际出力作为输入变量,以磁流变阻尼器的控制电流作为输出变量设计模糊最优控制器。仿真分析结果表明:新型半主动整星隔振系统采用模糊最优控制时,在卫星轴向和横向方向上都可取得良好的振动控制效果,并且控制效果明显优于被动控制和限幅最优控制。

航天器大型舱段柔性对接技术研究

针对航天器大型舱段的自动柔性对接需求,基于并联调姿平台(6SPS)的舱段柔性对接技术开展研究。采用6SPS作为舱段位姿调整装置,在其6个支链上设置力传感器,测量每个支链所受的轴向力。在柔性对接控制中,根据负载质量特性及调姿平台姿态实时解算每个支链上由负载重力引起的轴向力,作为理论力;将实际测得的支链力与该理论力比较,进行力随动控制并调整支链长度,实现力反馈下的柔性对接控制。试验证明了力随动控制能实现根据支链力变化实时调整调姿平台位姿,满足舱段柔性对接的需求。

基于多柔体动力学的飞行器多目标优化设计

研究了柔性航天器总体设计中基于结构与姿态控制的多目标优化问题。利用拉格朗日方程建立了刚柔耦合系统动力学模型,提出以附件质量和微分矩阵最大实特征值为目标函数的多目标优化问题;采用非支配排序进化求解算法(NSGA-II),对某柔性航天器进行了多目标优化分析设计;最优决策为具有一定规律性的空间曲线,该优化结果对柔性卫星的总体分析设计具有一定的指导意义。