转台控制实时虚拟监测及卫星动画演示技术研究

针对卫星姿态控制物理仿真实验任务的需要,在单轴气浮物理仿真平台环境下,研制了转台机动控制参数实时监测和卫星三维动画实时仿真演示实验系统;用LabVIEW软件实现了转台机动控制参数实时采集及显示,自动打印及自动存储功能,并调用STK的Connect函数功能,实现了转台机动过程的卫星实时三维图形动画演示功能,并在LAN下实现数据共享和数据备份;该实验系统可提供转台机动控制参数,如机动角度,机动时间,机动角度误差,最小机动角度,最大机动角度及卫星三维姿态和轨道实时仿真参数;实验结果表明达到了预定设计效果和实验任务要求。     

面向船舶软件的仿真测试平台研究

软件仿真测试是嵌入式软件黑盒测试领域行之有效且具有广泛应用前景的方法,为解决船舶软件利用仿真测试环境进行自动化测试问题,文中分析了舰船作战指挥控制系统中的嵌入式软件的交联环境,研究了软件测试交联环境协同管理技术;利用将测试模型转化为XML文件并解析驱动的方法实现测试用例的自动执行;对仿真测试中数据类别分析,提出了测试数据的自动收集与分析技术.设计并开发了舰船嵌入式软件仿真测试系统,有效提高了船舶软件测试效率和测试准确性.     

基于GPRS的陀螺综合虚拟测试系统设计

针对飞行器导航控制系统姿态信息的远程无线数据采集物理仿真及工程应用需求和数据采集系统应具有实时性能好、高精度及高可靠性等技术性能要求,设计和实现了陀螺远程综合测试系统;测试系统采用实验转台提供标准角速度信号,光纤陀螺作检测标准,待测陀螺为微机械陀螺;采用了巴特沃斯低通滤波器和滑动均值滤波器联合对采集的陀螺数据进行滤波处理;对标度因数、非线性度、最大角速度等部分常用技术参数的测试及计算方法做了分析,用辨识法对陀螺系统模型进行了建模,从而提高了数据采集的准确性;经实验验证,测试系统实现了远程无线数据采集的功能,被测陀螺的检测数据及陀螺模型能够反映实际效果,其准确性、实时性及供电系统的性能均满足了设计的预期要求.     

适应于组网卫星的数字化及自动化测试技术研究

随着各类卫星星座计划的提出和部署,航天卫星数量的逐步增加,传统的卫星研制模式已逐渐不满足卫星快速发射需求,为缩短卫星研制周期,卫星批量化、自动化测试手段逐渐成为新形势下卫星研制的关键一环。面向当前微小卫星高密度快速组网应用的需求,结合批产化卫星技术特点,研究了一种适用于组网卫星的数字化和自动化测试技术。对卫星综合测试系统架构进行优化,可满足多星批量化及并行测试;在卫星综合测试系统中增加自动化测试功能,可通过在线配置自动化序列实现卫星自动化测试;研发了一种数字卫星仿真测试平台,可用于卫星单机产品齐套前整星功能开发、测试等。克服了传统卫星研制周期长、测试过程数据判读和数据处理难度大以及重复性工作较多的缺陷。     

飞行器姿态大角度机动联合控制物理仿真技术研究

针对空间飞行器姿态大角度机动控制要求较高的指向精度和姿态稳定度及快速机动等特点,对飞行器的联合姿态控制方法进行了物理仿真研究;采用了相平面法+PD的组合姿态控制算法,设计了组合姿态控制器;系统采用DSP作为星载计算机,光纤陀螺作为姿态敏感器、喷气系统和反作用飞轮作为执行机构,系统程序采用C语言编程,利用飞行器姿态控制单轴气浮实验台实现了物理仿真;实验结果与单独执行机构控制的实验结果进行了比较,联合控制具有机动控制精度高及快速机动等特点.     

基于P-FUZZY-PID的飞行器大角度机动控制物理仿真

针对空间飞行器大角度姿态机动控制具有非线性,并要求控制器具有较高的指向精度、姿态稳定度及鲁棒性等特点,应用P-FUZZY-PID复合控制算法,建立了±180°内的模糊规则库,设计了飞行器姿态控制器;系统采用DSP作为星载控制器,光纤陀螺作为姿态敏感器,反作用飞轮作为执行机构,系统程序采用C语言编程,利用单轴气浮仿真实验台实现了物理仿真实验;实验结果证明该控制方法不仅能实现飞行器大角度机动控制,机动响应快,还表现出较好的鲁棒性。     

敏捷卫星SGCMG群姿态机动测试用例设计研究

针对SGCMG群敏捷姿态机动这一新技术,研究一种SGCMG群姿态机动测试用例设计方法。在分析SGCMG运动特性的基础上,建立了SGCMG群卫星姿态动力学模型和SGCMG群力矩输出矩阵,由此开展了SGCMG群操纵律研究及奇异性分析;结合SGCMG群卫星姿态动力学模型、运动学模型和PID控制器设计,搭建了敏捷卫星姿态控制闭环仿真系统,采用不考虑奇异规避的广义操纵律进行闭环仿真,通过遍历搜索的仿真运算,寻找分别经历无奇异、显奇异和隐奇异的典型目标姿态角组合,完成了敏捷卫星SGCMG群奇异规避算法的测试用例设计与验证,实现了对SGCMG群敏捷机动能力与系统指标的全面考核,极大提高了测试用例覆盖的全面性和有效性,具有现实的工程意义。     

基于OpenGL的小卫星在轨运行仿真系统研究

传统的航天工业仿真技术主要用于分析计算航天器的飞行轨道与姿态运动,这种仿真方式通常不支持三维可视化仿真功能;文章结合卫星轨道、姿态动力学和计算机图形学,设计基于三维实时动态显示技术的小卫星在轨运行仿真系统,对卫星轨道、姿态进行可视化仿真,实时动画演示星内敏感器的工作状态,提供图形曲线和文本形式的分析数据,并能与卫星地面站进行数据通讯,实现小卫星的在轨监测功能;仿真结果表明,仿真系统能正确实时接收地面站的数据,支持二维、三维动画输出,可以成功完成小卫星系统的仿真与监测功能.     

面向批产化的小卫星自动化测试系统设计研究

自动化、智能化的远程测试模式是小卫星研制降本增效的一种有效技术途径。本文面向未来小卫星大规模组网应用的研制需求,提出了一种面向批产化的小卫星自动化测试系统设计方法,设计了小卫星多星测试的系统布局,研究了各系统功能分区的功能,给出了基于自动化测试和虚拟仿真测试的系统搭建方法,研究了小卫星远程测试网络布局,给出了测试工位电缆转接箱的结构设计方法。     

挠性卫星姿态机动三段式轨迹规划与滚动跟踪控制

以新颖成像模式对挠性敏捷卫星姿态的快速机动控制为需求,本文针对金字塔构型控制力矩陀螺(CMG)群为执行机构的挠性卫星,提出基于三段式正弦角加速度的姿态路径规划方法及具有滚动优化思想的跟踪算法。在姿态路径规划方法设计中,融合谱分析及非线性优化方法,设计了兼顾卫星姿态机动快速性及抑制挠性附件振动性能的姿态轨迹;为实现对规划姿态轨迹的高精度跟踪,综合加权优化指标及奇异性、执行机构能力等约束,设计了金字塔构型CMG群框架角速度的非线性模型预测(NMPC)跟踪控制律。在转动惯量存在测量误差及空间干扰情况下,多种姿态机动仿真表明,本文提出的控制方法是有效的,且表现出较强的鲁棒性。     

可重构的卫星姿控仿真测试系统设计

对卫星姿控仿真测试系统的设计需求进行分析和整理,设计和实现一种采用CPCI总线、基于分层模块化的可重构的卫星姿控仿真测试系统,该系统完成了在差异较大的2个型号卫星姿控的仿真测试。仿真实验结果表明,该系统具有应用灵活、通用性和扩展性强等特点。     

小卫星对上面级定向的姿控设计与验证

本文针对小卫星对上面级的快速定向问题,设计了小卫星对上面级定向的姿控方案,设计了基于陀螺的4阶龙格库塔积分算法与递阶饱和PD控制算法,首先通过数学仿真初步验证了姿控方案、姿控算法设计的正确性。在此基础上,搭建了小卫星姿控系统半实物仿真平台,并开发了相应的仿真软件,进行了飞轮开环跟踪与飞轮闭环跟踪的小卫星姿控系统半实物仿真,进一步验证了姿控方案、姿控算法设计的正确性。最后经过飞行试验,根据实际飞行结果,证明了姿控系统设计的正确性。     

基于LVDS的电子星模拟器设计

为了实现卫星姿轨控地面半物理仿真试验,设计了基于LVDS的电子星模拟器,图像分辨率支持1024*1024;图像位宽支持12 bit;能够同时完成帧频10 Hz的图像上传及采集;将星敏感器作为高精度姿态测量部件引入控制系统,地面动力学通过以太网将四元数提供给电子星模拟器,电子星模拟器将生成的电子星图通过LVDS传输给星敏感器,通过地面实时系统将控制系统、星务计算机、敏感器系统组成了实时仿真验证系统;试验表明电子星模的输出接近目标值,闭环测试中星敏采集到准确的星图;通过实物在闭环回路仿真验证了上述方案的有效性,并通过指标对比分析,显示了电子星模拟器的可行性,在卫星姿轨控地面半物理仿真试验中具有良好的推广性。     

小卫星磁力矩器与反作用飞轮联合控制算法研究

磁力矩器和反作用飞轮是现代小卫星姿态控制的主要执行机构. 对于具有主动磁控能力的小卫星, 由于动力学与控制的耦合, 其动力学系统是一个有约束的非线性系统. 针对小卫星入轨阶段的姿态捕获控制, 提出了一种使用磁力矩器和反作用飞轮进行联合控制的算法. 仿真表明, 该算法鲁棒性好, 设计简单且易于在轨实时计算, 减少了反作用飞轮的饱和机会, 与单独使用磁力矩器控制相比, 缩短了姿态捕获时间.     

基于FPGA和PCIe总线的电子星模拟器设计

为了实现卫星姿轨控地面半物理仿真试验,设计了基于FPGA和PCIe总线的电子星模拟器,图像分辨率支持1024*1024;图像位宽支持12bit。电子星模拟器图像处理卡基于FPGA的硬件结构,与上位机界面软件通过PCIe总线交互数据,采用LVDS(Low Voltage Differential Signaling)信号收发星图数据。地面动力学按照10ms周期将四元数通过以太网发送给电子星模拟器,电子星模拟器将生成的电子星图通过LVDS传输给星敏感器,通过地面实时仿真验证系统验证,电子星模的输出与目标值误差小于0.07%,闭环测试中星敏采集到准确的星图,显示了电子星模拟器的可行性,在卫星姿轨控地面半物理仿真试验中具有良好的推广性。     

FPGA在卫星AOCS测试中的应用

在卫星姿态和轨道控制系统(AOCS)测试过程中,常常需要专用测试设备提供正确的输入输出,实现模拟测试所需要的条件。传统的测试设备是用通用的IC芯片构成的,研制周期长,修改困难,通用性低。FPGA技术采用硬件设计软件化的思路,使得数字系统设计更为简洁,并且能实现很大规模的信号处理。基于卫星电信号的测试原理,以FPGA为核心,设计了一个适用于APCI总线的通用数字信号测试模块,实现对卫星姿态控制测试中数字信号的采集和模拟。结果表明,该接口方案功能正确,结构简单,能适应实时系统的需求。     

带可控臂的绳系卫星短距释放实验研究

通过绳系卫星轨道面内运动的天-地动力学相似,利用地面物理仿真平台实验研究绳系卫星短距离释放的控制问题.首先建立带控制臂的绳系卫星系统非线性动力学方程,获得天-地动力学相似条件,采用比例-微分反馈控制方法,对受控绳系卫星的姿态运动进行数值仿真.其次,利用地面物理仿真平台实现绳系卫星的天-地动力学相似环境,通过单根刚性臂实现卫星姿态运动和系绳摆动的两自由度运动控制.实验和数值对比结果表明,借助控制臂可以有效的对绳系卫星的释放进行控制.     

三轴稳定卫星姿态控制周期的仿真研究

针对三轴稳定卫星的姿态控制系统,在离散事件仿真器OMNeT 的基础上,建立了以陀螺、星敏感器为敏感器,以反作用飞轮为执行机构的三轴稳定卫星的闭环控制系统.对于卫星姿态控制系统中控制周期的选取作了初步的分析,最后采用双矢量定姿算法和PID控制算法,设定多种控制周期,对该卫星在对地定向模式下的控制精度进行了仿真,仿真结果清楚的显示了控制周期对姿态控制精度的影响.