航天器大功率固态配电关键技术研究

大功率固态配电需要解决在开关过程中电压变化率和电流变化率较高的问题,抑制在短路保护过程中功率管漏极和源极存在的振荡和高电压应力。采用“慢开通,慢关断”的控制方式,降低了开通和关断过程中的电压和电流变化率。通过降低关断过程中电流变化率和增大振荡回路阻尼的方法,抑制了短路保护关断过程中功率管漏源电压应力和振荡。在此基础上,研制了160 V/200 A固态配电样机,实验验证表明所采用的方法是有效的。该方法提高了大功率负载的配电可靠性,可为大功率固态配电在航天领域的应用提供参考。

在轨集群操控关键技术研究进展与展望

对在轨集群操控任务计划相关研究成果进行了综述,并聚焦于在轨集群操控中的集群航天器型谱化设计、群体行为建模与智能涌现、集群自组网、集群智能感知、集群自主任务规划与分布式自主协同控制等关键技术,分别对这些关键技术进行了系统梳理与分类阐述,总结了其发展趋势;提出了一套面向大型空间设施在轨建造的集群操控体系能力框架。有望为未来大型空间设施在轨建造及集群操控发展提供借鉴和参考。

小卫星星载电子系统协同仿真技术研究

以小卫星电子系统的仿真为研究对象,针对传统单一环境下电子系统仿真存在的局限性,对星载电子系统与整星系统的协同仿真进行了研究。对星载电子系统协同仿真的原理进行了分析,并对星载电子系统协同仿真存在的关键性问题进行了研究,同时对电子系统协同仿真的几种实现方式进行了探讨提出了基于Matlab/Simulink与Modelsim的协同仿真解决方案。以小卫星大角度机动PID控制为背景,进行了协同仿真,验证了电子系统协同方针的可行性与实用性。该协同仿真的方法为现代小卫星的电子系统的快速设计与准确验证提供了一种新的解决思路。

半解析卫星轨道不确定性快速估计方法

基于半解析法和球形单边采样无迹变换提出一种轨道不确定性快速估计方法。首先在考虑J2摄动和大气阻力摄动的基础上,构建轨道要素解析模型用于瞬时轨道要素快速估计。随后基于该轨道要素快速估计方法,结合球形单边采样无迹变换传播初始轨道不确定性,依据高斯摄动方程和球形单边采样点的特性对传播后的采样点进行修正,估计传播后的轨道不确定性。最后将提出的半解析法与高斯和模型相结合,以提高精度。数值仿真分析了所提出的轨道不确定性估计方法相较无迹变换法的计算效率提升程度,并依据似然一致性度量将所提出的方法与蒙特卡洛法、无迹变换法等进行了精度比较。结果表明,所提方法的计算效率相较于传统无迹变换法有较大提升,且具有合适的精度。

国内外空间光通信技术发展及趋势研究

全面介绍了国内外卫星光通信技术的发展、研究状况及卫星光通信技术系统的组成和主要关键技术,分析了卫星光通信相对于卫星微波通信的优点,最后对卫星激光通信的前景进行了综述。

微型航天器模块化设计及其关键技术研究

针对微型航天器柔性化设计问题,通过对国外微小卫星研制技术的分析,突破了传统的按分系统进行卫星设计的模式,提出了面向微型航天器族的微型航天器的模块化设计及其关键技术.该技术的提出对促进我国微小卫星的发展以及全面提高我国卫星总体研制技术水平具有一定的指导意义.

基于遗传算法的卫星攻击路径规划方法研究

当目标卫星的防御系统为以机动方式拦截来袭卫星的编队小卫星时,为能成功接近目标卫星,攻击卫星必须寻求一条安全路径,以避免在穿越过程中被小卫星拦截。在编队小卫星的相对轨道运动模型基础上,建立路径规划的环境模型,建立综合适应度函数,设计了遗传算子,提出了基于遗传算法的攻击卫星安全穿越路径寻优方法。仿真结果表明,提出的算法寻求的最优路径,较好地满足安全性和路程最短的要求,并且算法收敛性和稳定性好。

电动力绳系卫星轨道机动策略研究

针对电动力绳系卫星轨道机动问题,提出三种电流控制策略实现不同要求的轨道机动。采用常值电流、bang-bang式电流以及傅里叶式电流三种控制策略来实现电动力绳系卫星的轨道机动,并引入小误差修正方法来提高控制精度。结果表明:常值电流和bang-bang式电流分别能够实现轨道倾角和升交点赤经的独立变化;而傅里叶式的时变电流能够实现考虑气动阻力情况下的一般轨道机动。提出的小误差修正方法只需经过一次误差修正就能显著提高轨道机动控制精度。

编队飞行卫星自主相对导航算法研究

提出一种基于类GPS敏感器星间相对距离测量的编队飞行卫星相对位置、速度和姿态自主确定算法.在编队飞行卫星之间无相对速度测量时,利用两点相对轨道状态测量信息,建立相对轨道和姿态运动方程以及星间相对测量方程,推导了编队飞行卫星相对导航UKF(Unscented Kalman Filter)算法,估计其相对轨道和姿态等导航信息.并进行了数学仿真,仿真结果表明,该算法简单可靠,能够满足高精度编队飞行卫星相对导航要求.

基于软件接口的卫星多领域建模与仿真研究

针对现代微小卫星多领域复杂系统的建模与仿真,研究了基于Matlab/Simulink、ADAMS、ModelSim、Pro/E以及STK等软件接口的小卫星多领域建模与仿真方法,建立了基于多仿真软件的微小卫星多领域建模与仿真平台的体系结构,分析了典型领域间的耦合关系。提出了基于ADAMS建立卫星动力学仿真模型的基本思路,完成了具有转动太阳帆板、反作用飞轮的多体卫星姿态动力学ADAMS仿真模型。设计了软件间的接口中间件,建立了小卫星耦合关系紧密的控制、机械、电子及电源等多领域耦合仿真模型。最后,针对小卫星大角度姿态机动控制模式进行了仿真,仿真结果验证了所提出的多领域建模方法的有效性和仿真平台的可行性。

Drag-free卫星编队的发展现状和趋势研究

分析了Drag-free卫星编队的发展历程,就动力学建模与系统控制方法进行了综合调研和分析,提出了Drag-free卫星编队的应用前景和需要解决的关键技术,为我国未来空间环境与空间天气等超高精密探测奠定一定的基础.

微小卫星轨道姿态一体化确定算法研究

突破卫星轨道和姿态参数分别确定的传统模式,提出了以三轴磁强计和太阳敏感器为测量元件的轨道姿态一体化确定算法。由于地磁场是时间和位置的函数,而三轴磁强计指向又与卫星姿态相关,所以三轴磁强计的测量值既与轨道有关,又与姿态有关。充分利用磁强计和太阳敏感器的测量值中包含的轨道和姿态信息,推导出卫星轨道姿态一体化确定的扩展卡尔曼滤波算法。在太阳不可见区域,由于太阳敏感器没有输出信息,只采用磁强计为测量敏感器,按传统模式对卫星轨道和姿态分别确定。最后对2种模式下的滤波算法进行数学仿真验证,结果表明该算法的可行性与有效性。

基于鲁棒H_∞滤波的追踪卫星相对导航算法研究

针对追踪卫星存在轨道机动的情况,在模型存在不确定参数和非高斯噪声输入时,研究了基于鲁棒H∞滤波理论的相对导航算法。该算法采用线性不等式技术,根据Lyapunov稳定性原理推导出具有范数有界不确定参数离散系统的鲁棒H∞滤波器存在的充要条件,并将滤波器的设计转化为一个凸优化的求解问题。将该算法应用到追踪卫星导航中,仿真结果表明该算法在大轨道机动下有效且能消除模型不确定性和非高斯噪声对系统造成的不利影响。

拦截卫星相对导航算法研究

空间攻防中,拦截卫星相对目标卫星导航参数的确定,对拦截卫星的拦截轨道设计十分重要.本文针对目标卫星轨道为椭圆轨道且拦截卫星存在机动的情况,研究了拦截卫星的相对导航算法.首先,推导了目标卫星轨道为椭圆轨道时拦截卫星的相对运动方程,并根据星间测量几何关系推导了测量方程;其次,通过引入拦截卫星的机动加速度并考虑其控制误差,设计了改进的扩展卡尔曼滤波器,以提高拦截卫星的相对导航精度;最后,通过仿真验证了算法的有效性,并获得了较好的相对导航精度.

卫星总体参数对SAR分辨特性影响分析及仿真研究

建立了星载合成孔径雷达(SAR)分辨特性的数学表达式,分析了地球自转和地球扁率、轨道摄动、卫星姿态指向误差和稳定度以及星载SAR的中心视角对星载SAR分辨特性的影响,并进行了数字仿真。分析仿真结果表明,滚动向指向误差和稳定度以及星载SAR中心视角对分辨特性影响较大,该研究结果对于卫星总体参数确定和优化设计具有参考价值。

圆轨道串行卫星编队的相对运动研究

针对圆形轨道串行卫星编队进行研究,推导出满足开普勒轨道假设的相对运动方程,从物理概念上证明了这种描述关系的正确性;并在此基础上利用星间测量信息,设计扩展卡尔曼滤波器进行相对轨道自主确定,仿真结果验证了此相对运动方程与导航方案的有效性。

捷联惯导/星敏感器组合导航技术研究

针对在捷联惯导系统中陀螺的误差存在随着时间积累而逐渐增大的缺点,提出了捷联惯导系统+星敏感器的组合导航方案,并进行了仿真及结果分析。以Kalman滤波为基础,通过将捷联惯导系统和CCD光学传感器所测得的飞行器相关姿态信息进行数据融合,估计出组合导航系统的误差状态量,进而修正捷联惯导系统的位置、速度和姿态角。详细推导了捷联惯导+星敏感器组合导航的算法,并通过对仿真结果的分析证实了该方案的可行性和算法的有效性。

基于多软件的微小卫星多领域建模与仿真研究

微小卫星是由多个学科构成的复杂系统,各学科间存在着复杂的耦合关系,针对微小卫星多领域建模与仿真问题,提出了基于STK、ADAMS、ModelSim和Matlab/Simulink等商用软件接口的微小卫星多领域建模与仿真方案,给出了多学科建模与仿真平台体系结构,提出并解决了耦合建模、软件接口和协同仿真等多项关键技术。最后,建立由微小卫星中耦合关系较强的姿态控制、结构动力学、星载计算机和电源分系统构成的原型系统,针对微小卫星大角度姿态控制模式进行了仿真,仿真结果验证了本文所提出的多领域建模方法的有效性和仿真平台的可行性。

卫星总体参数对SAR多普勒参数影响分析及仿真研究

该文从星载合成孔径雷达(SAR)空间几何关系出发,建立了星载SAR多普勒参数的表达式,在考虑地球自转和扁率的情况下,分析了轨道摄动,卫星姿态指向误差和稳定度对SAR多普勒参数的影响,并进行了数字仿真。分析仿真结果表明轨道摄动是造成星载SAR多普勒参数误差的主要因素;姿态稳定度的提高在减小多普勒参数误差变化频率的同时可以使误差量降低,该文的研究结果对于分析总体参数对图像质量的影响和卫星总体参数的确定和设计优化具有参考价值。

基于Petri网的分布式编队小卫星星间通信仿真平台研究

针对编队小卫星星间通信的要求,提出基于Petri网的分布式编队小卫星星间通信系统仿真平台。首先对编队小卫星星间通信系统进行TTDPN(T-Timed Discrete Petri Net,TTDPN)建模,并建立该模型与分布式仿真平台间的映射。根据该映射关系设计编队小卫星星间通信仿真平台的逻辑结构和数据流,搭建分布式编队小卫星星间通信系统仿真平台。联合空间环境、姿态和轨道等分系统,重点对星间通信系统中信道编译码模块和扩频解扩模块中的关键技术进行仿真验证。仿真结果表明:基于Petri网的分布式编队小卫星星间通信系统仿真平台能够显著缩短仿真时间,提高仿真精度和仿真结果的置信度,提高通信系统中模块的设计效率。