一种多飞行器协同的GNC系统飞行模拟平台设计

空间站在轨组装和长期运营阶段涉及到多飞行器独立飞行、飞行器间交会对接、多飞行器组合体融合控制、多飞行器分离过程控制和飞行器返回再入等复杂飞行任务,完整、真实的飞行模拟是必需且至关重要的.基于时间同步、实时数据交换的分布式一体化仿真架构,设计了一种多飞行器协同的通用半物理制导、导航与控制(guidance,navigation and control,GNC)系统飞行模拟平台,可很好地满足复杂系统的飞行模拟需要.平台由若干灵活、可扩展的通用模拟器构成,单个模拟器通过配置可以实现任一飞行器的功能,能够独立对指定飞行器的全任务过程进行仿真.平台通过靶场仪器组B时间码(inter-range instramentation group-B,IRIG-B)信号进行时间同步,利用1553B总线完成动力学仿真数据实时交换,并在多模拟器之间通过协调机制实现热并网后进行协同仿真.该模拟平台成功应用于空间站飞行控制演练.

基于1553B总线的大规模信息系统设计问题研究

某大型航天器GNC系统应用1553B总线构建了其规模庞大的信息系统,在信息系统设计过程中产生了3个问题:超长总线下的稳定通信、应用层协议的设计、多条总线的管理等。对这3个问题开展研究,描述了3个问题的由来,给出了问题的解决方法,并验证了方法的实际效果。结果表明:总线中继的方法,有效解决了1553B总线在240 m长度下的稳定可靠通信问题;广播帧计数回传的应用层协议,节省了总线数据通讯开销、并提供了丰富的故障诊断信息;遍历寻优的总线管理策略,最大程度上发挥了多机多总线系统的容错能力。

空间站大规模复杂控制软件基于数据池的软件框架设计

针对复杂航天任务中控制软件不断增长的规模和复杂度带来的问题,对国外先进航天航空机构软件架构设计经验和最佳实践进行了调研,基于此对空间站大规模复杂航天器控制软件的通用框架设计进行研究,提出了一种基于数据池的软件框架设计方法,解决了空间站大规模复杂控制软件多舱段多机多总线资源管理和可扩展性的难题,实现了软件复杂的底层通信与上层应用处理之间的数据隔离和解耦,有效提高了软件复用率和可扩展能力。

飞行器再入时GNC系统一体化仿真研究

首先建立了飞行器再入时制导、导航和姿控GNC系统一体化的六自由度数学仿真模型。然后对如何消除控制系统和运动方程的交连影响和导航误差给落点精度带来的影响进行了分析和讨论，同时还研究了六自由反弹道计算对导引和制导规律的影响。最后对飞行器再入时如何将制导、导航和姿控系统组合在一起进行六自由度数学仿真进行了分析和研究，并讨论了一体化数学仿真可解决的一些问题。

着陆小天体的自主GNC技术

由于目标小天体和地面站之间存在较长的通汛延迟,加之小天体的动力学环境复杂多变,传统的基于深空网的导航、制导与控制(GNC)模式已不再适合探测器着陆小天体。为了实现安全着陆小天体,探测器必须具有自主导航、制导和控制的能力。本文提出了一种着陆小天体极区的自主GNC方案：首先,基于对自然特征点的自动提取、跟踪,给出了一种着陆小天体的自主光学导航方案；接着,为了安全垂直着陆小天体的极区,设计了比例-微分控制器跟踪理想的下降轨迹、消除侧向位置和速度偏差；最后,通过数值仿真对本文所提方案的可行性进行了验证。

月球卫星GNC系统方案设想

本文介绍中国计划中的第一个绕月探测器的GNC(制导、导航与控制) 系统,简述其任务和性能指标,系统组成,工作模式,以及系统设计中解决的主要 问题。

天问一号着陆巡视器进入舱GNC系统设计与实现

为了应对火星EDL过程的短时间、大测控时延、大冲击力学环境以及无高精度地图的特点,进入舱GNC系统开展了一系列高自主、强容错设计。全系统热备份、关键功能异构热备份的设计确保了对产品故障的自主诊断与快速处理;系统工作模式自主转换、关键模式转换多判据备份的策略提高了系统的容错能力;产品供电的自主抗冲击管理、触地开关的自主故障诊断与处理策略,确保了对火工品起爆等大冲击高动态工况的有效应对;针对背罩-组合体规避及地形障碍规避的需求,设计了一套激光产品和光学产品有机融合的避障系统及使用策略。设计了直升机挂飞等专项试验对系统设计进行验证。天问一号进入舱GNC系统在轨顺利实施了展配平翼等关键动作,完成了背罩以及地形障碍的规避,实现了3.1 km的最终着陆精度,充分证明了系统设计的正确性。

中药更年春(GNC)方对去势大鼠学习记忆能力及下丘脑神经递质的影响

目的观察中药更年春方(Gengnianchun,GNC)对去势大鼠学习记忆能力及下丘脑内神经递质的影响。方法分为两批实验,均选用3月龄SD雌性大鼠,随机分为卵巢切除(ovariectomy,OVX)组、OVX+GNC组、OVX+戊酸雌二醇(estradiol valerate,E2)组、OVX组、Sham+GNC组和Sham组,第1批实验连续灌药3个月后经Morris水迷宫实验检测各组大鼠的学习记忆能力。第2批实验连续灌药1个月后采用高效液相色谱法检测各组大鼠下丘脑内神经递质去甲肾上腺素(NE)、多巴胺(DA)、5-羟色胺(5-HT)和5-羟吲哚乙酸(5-HIAA)的水平。结果第1批实验中OVX1组与Sham1组比较,学习记忆能力明显减退(P<0.05);OVX1+GNC组、OVX1+E2组与OVX1组比较,学习记忆能力明显增强(P<0.05);Sham1+GNC组与Sham1组比较,学习记忆能力明显减退(P<0.05)。第2批实验中,OVX2组与Sham2组比较,NE、DA含量明显减少(P<0.05),5-HT、5-HIAA含量明显增加(P<0.05);OVX2+GNC组、OVX2+E2组与OVX2组比较,NE、DA含量明显增加(P<0.05),5-HT、5-HIAA含量明显减少(P<0.05);Sham2+GNC组与Sham2组比较,NE、DA、5-HT、5-HIAA之间无明显差异(P>0.05)。结论 GNC具有提高去势大鼠学习记忆能力的作用,并可维持下丘脑内神经递质的平衡,但未出现卵巢功能衰退则不宜补充GNC。

月球大范围探测巡视器及GNC技术发展综述

对月球大范围探测巡视器及相应制导、导航与控制(GNC)技术进行了综述。首先对月球大范围巡视探测需求进行分析,介绍了世界各国主要的月球大范围巡视器计划研究进展;其次针对月球大范围探测GNC技术研究现状进行了归纳整理,简要分析了进行月球大范围探测任务现存技术难点;最后为实现更加完备高效的月面大范围探测提出了月球大范围探测网构建设想,并分析了其构建目的、意义及关键技术。

天宫一号目标飞行器GNC分系统容错策略设计

天宫一号目标飞行器是中国研制的新一代专门用于交会对接的大型载人航天器.为保证其长期在轨安全可靠运行,顺利完成与载人飞船的交会对接任务,以及单体飞行和组合体飞行期间的姿态和轨道控制任务,要求GNC分系统设计充分的容错策略.对GNC分系统软硬件平台进行介绍,对敏感器、执行机构以及控制器的软硬件容错策略进行详述.该策略在实际应用中得到验证,结果表明设计合理,可以有效提高GNC分系统的系统性能和可靠性.

空间交会GNC仿真系统建模中的设计模式

为实现空间交会仿真系统的快速建模,降低研制成本与风险,采用可复用面向对象设计模式对空间交会GNC仿真系统进行了抽象,讨论了策略模式、生成器模式、抽象工厂模式在积分过程、摄动力对象组合和GNC子系统中的应用。设计模式的应用为GNC系统建模提供了一种基本框架,使得系统更容易维护、扩展和复用。

天地往返可重复使用运载器再入飞行GNC系统关键技术

天地往返可重复使用运载器(RLV)在未来天战中将扮演重要角色。目前各军事大国围绕RLV的关键技术开展了广泛深入的研究。再入飞行是RLV飞行任务的重要阶段,而制导、导航与控制(GNC)系统则是RLV的核心系统之一,是RLV再入飞行的“脑系统”。本文分析了RLV在再入飞行阶段GNC系统的任务要求,明确其体系结构,分析GNC系统存在的问题,给出了深入研究GNC系统需要解决的关键技术和进一步研究的方向。

基于代码自动生成的空间交会GNC系统仿真平台

空间交会对接GNC系统涉及目标器和追踪器两个航天器的姿态轨道控制,其数学仿真比一般的卫星更复杂.给出一种轨道动力学、姿态动力学、相对动力学、测量及执行部件等仿真模型的规范化方法,并在此基础上,提出一套基于代码自动生成技术的空间交会对接GNC仿真平台,该平台的模块化和自动化程度高、软件的可读性和通用性强,实现了两个航天器的快速规范化仿真,显著提高了研究人员的工作效率,为空间交会GNC系统的设计和仿真提供了良好的支持.

空间交会对接GNC软件的自动化测试

介绍一种面向航天器空间交会对接GNC软件的自动化测试方法,通过对测试用例和测试脚本的管理、测试过程的自动执行、测试数据的判读和测试缺陷管理,实现对航天器空间交会对接软件的自动化测试.实践表明所述的自动化测试方法在GNC软件的测试中发挥了重要作用.

一种基于GNC和增广拉格朗日对偶的非凸非光滑图像恢复方法

逐步非凸方法(GNC)和增广拉格朗日对偶在非凸非光滑图像恢复中有较高的恢复性能.然而分别使用这两种方法时GNC不能够保证全局收敛,增广拉格朗日对偶不能获得有效的初始值.为克服上述缺陷,本文通过转换原始问题为等式约束优化问题推出了一种基于GNC和增广拉格朗日对偶的组合图像恢复方法,并对其收敛性严格证明.该方法不仅可以获得有效的初始值,同时不要求问题具有凸性和光滑性.更多地,一个自适应能量函数通过对偶迭代而得到.实验结果表明推出的方法可以有效地提高图像恢复质量和算法效率.

临近空间高超声速滑翔机动GNC技术

临近空间飞行器利用临近空间独特的环境特点,采用升力体构型,基于助推滑翔式弹道,实现高超声速滑翔和机动,极具发展潜力。介绍临近空间高超声速飞行器的发展历程,根据其飞行特点深入分析临近空间高超声速滑翔机动飞行所需的高精度GNC技术,并对其发展前景进行展望。

航天器GNC系统数学仿真技术研究现状及展望

总结航天器GNC系统数学仿真技术现状,给出控制系统数学仿真所需具备的4个能力:复杂系统仿真建模、多学科协同仿真、高性能计算和数学仿真平台.对这四个方面未来的技术发展进行展望.

在轨服务卫星GNC系统地面测试与在轨支持设计

针对在轨服务卫星GNC系统的任务特性,设计了一套地面测试系统,经过相应模块扩展即可用于在轨服务技术支持.该系统已应用于某型号GNC系统的地面测试和在轨运行,稳定性和可靠性良好.地面测试系统由动力学仿真器、星上产品模拟器、ATS测试系统、三维显示系统组成,该系统充分验证了星上软件算法逻辑和硬件电气接口.增加三维避障、图像显示分析等模块后,测试系统实时性更强,可视化程度更高,能适应卫星在轨服务等复杂工况.

嫦娥五号探测器GNC系统设计

为实现我国首次月球样品无人采样返回任务,设计了嫦娥五号(Chang’E-5)探测器制导、导航与控制(GNC)系统.根据任务要求和探测器特点,GNC系统设计分为轨道器GNC子系统、返回器GNC子系统和着上组合体GNC子系统.给出了嫦娥五号探测器GNC系统的架构设计、工作模式以及在轨飞行结果.结果表明,GNC系统设计正确,成功完成了动力下降、起飞上升、交会对接、返回再入等关键动作,实现了月球表面起飞上升、月球轨道交会对接以及携带月壤以近第二宇宙速度二次再入返回的三项首次任务,各项功能性能满足任务要求.

基于SiP的低成本微小型GNC系统技术

随着微机电系统(MEMS)技术及微惯性器件的发展,大量小型化、低成本、高性能的导航、制导与控制(GNC)产品正越来越多地应用于小型无人飞行器、地面无人系统以及精确制导弹药等领域。针对各类应用需求,基于MEMS惯性测量单元(IMU)、GNSS接收模块、全捷联红外/可见光/激光多模智能导引头、信息处理器(DSP)与数据链通信模块,采用SiP技术研制出GNC芯片。基于GNC芯片构建一体化微小型GNC系统,突破了基于SiP一体化微小型GNC系统集成、全捷联红外/可见光/激光多模智能感知、嵌入式深组合导航、全捷联多模智能导引头/导航/制导与控制一体化设计等关键技术,并对其性能进行了评估。微小型GNC系统技术为低成本小型无人系统和精确制导弹药的发展夯实技术基础。