卫星控制系统多转台多模拟器半物理仿真方法

卫星控制系统半物理仿真是在实验室中模拟卫星在轨道上运动特性的一种试验方法，它通常用于验证卫星控制系统方案和性能指标。卫星控制系统半物理仿真包括将硬件接入回路的卫星动力学仿真和运动学仿真。仿真计算机计算卫星的动力学和运动学方程；转台模拟卫星在空间的运动；目标模拟器用来模拟卫星姿态敏感器的参考目标(太阳、地球和恒星等)的环境特性。为了将控制系统硬件接入试验回路．必须适当地处理一系列的关键技术。卫星控制系统多转台多模拟器半物理仿真方法适用于带有多种敏感器的复杂卫星仿真。     

卫星控制系统多转台多模拟器半物理仿真方法

卫星控制系统半物理仿真是在实验室中模拟卫星在轨道上运行的一种试验方法,它通常用于验证卫星控制系统方案和性能指标.卫星控制系统半物理仿真包括将硬件接入回路的卫星动力学仿真和运动学仿真.仿真计算机计算卫星的动力学和运动学方程;转台模拟卫星在空间的运动;目标模拟器用来模拟作为卫星姿态确定参考的太阳、地球和恒星的辐射.为了将控制系统硬件接入试验回路,必须适当地处理一系列的关键技术.卫星控制系统多转台多模拟器半物理仿真方法适用于带有多种敏感器的复杂卫星仿真.     

基于前馈补偿的卫星姿态复合控制及物理仿真

现代对地观测卫星往往带有大型活动式有效载荷，有效载荷的运动将对卫星的姿态指向精度和姿态稳定度产生严重影响。为此需要控制系统克服有效载荷运动干扰力矩的影响，满足卫星平台的姿态指向精度和稳定度要求。本文针对此类被控对象，研究了一种基于前馈力矩补偿的复合姿态控制策略。该控制策略针对有效载荷运动产生的干扰力矩实施前馈力矩实时补偿，残余力矩及其它因素的影响则由解耦PID控制律或自抗扰控制律等反馈措施加以克服。姿态信号基于陀螺和星敏感器组合定姿，通过高精度姿态确定算法获得。利用单轴气浮台物理仿真试验验证了方案的有效性。     

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.     

特征模型方法在中继星天线指向控制中的应用

主要研究基于特征模型的自适应控制方法在中继星天线指向跟踪控制中的应用.利用由Newton-Euler方法建立的挠性多体卫星的混合坐标方程动力学简化模型进行数学仿真,分别采用基于特征模型的自适应控制方法和经典PID方法进行卫星本体姿态和天线指向跟踪控制,并比较两种控制方法的控制稳定性和控制精度,仿真结果表明用特征模型自适应控制方法设计的控制器能满足系统性能要求,并具有很强的鲁棒性和抗干扰性.     

卡尔曼预测及姿态补偿算法研究及在机载天线稳定跟踪系统扰动隔离应用

在机载天线稳定跟踪系统进行目标卫星捕获跟踪的过程中,载体飞机本身所具有的位置变化和姿态变化的动态性能能增强天线跟踪系统工作的灵活性和机动性,但也容易发生由于载体扰动造成的目标跟踪失效;针对目前广泛应用的捷联式稳定跟踪平台,提出了一种隔离载体扰动的融合算法,利用卡尔曼滤波对天线载体的位置进行预测,提前补偿了飞机线运动对稳定跟踪精度的扰动,并给出了方位、俯仰速率陀螺仪构成反馈速度环的姿态补偿算法,建立了以算法为基础的仿真模型;仿真结果表明,该算法模型下的跟踪值更接近于目标卫星的真实值,载体飞机的位置和姿态扰动被有效隔离。     

试验场中“北斗”卫星导航系统的测姿算法研究

本文对试验场中“北斗”卫星导航系统的姿态测量方法进行研究,从试验场实际需求和“北斗”卫星导航系统的特点出发,提出了用于试验场的四天线姿态测量算法,以及双天线、单天线航向算法,并研究了在试验场中,使用“北斗”卫星导航系统进行姿态测量时,多径效应和天线架设位置两个主要误差源对精度的影响。     

基于扩展卡尔曼滤波的卫星组合姿态确定物理仿真技术研究

针对未来卫星应用的高精度、高可靠性定姿技术需求,设计了卫星单轴组合姿态确定物理仿真系统;采用太阳敏感器和光纤陀螺组合定姿模式,提出了一种扩展卡尔曼滤波组合姿态确定算法,用C语言进行了实验软件设计,系统采用DSP为处理器,还设计了多敏感器数据采集扩展接口;物理仿真实验结果:姿态确定精度优于0.5°;陀螺常值漂移估计的平均值为3.625758e-4°/s,证明了组合姿态确定算法的有效性和该项技术对工程应用的可行性。     

带柔性天线卫星机动过程动力学分析

基于刚柔耦合动力学模型仿真分析卫星机动过程的动力学特性.模型将天线上的柔性金属网近似成阻尼弹簧模型,将径向肋刚化并等效其柔性为径向肋根部的扭簧转角;利用该简化模型研究了卫星机动过程中径向肋和金属网的柔性对卫星姿态的影响.通过仿真分析天线卫星系统在不同结构参数情况以及不同驱动力作用下的卫星机动过程动力学特性,对比分析得出：提高径向肋的固有频率,增加金属网以及增大径向肋扭簧的阻尼能有效降低刚柔耦合问题对卫星本体姿态的影响.     

基于STK的侦察平台-卫星通信链路建模仿真

为研究侦察平台高速运动、姿态变化剧烈条件下卫星-空中侦察平台通信链路的连通性和误码率性能,在理论分析信道模型、天线模型和信号调制方式的基础上,提出利用STK进行仿真分析的方法.通过对平台轨迹和发射机/接收机的建模,建立精确的仿真场景并进行仿真分析.仿真结果表明,利用上述建模仿真方法,可以实时得到精确的平台-卫星链路连通时间、链路误码率等重要链路性能数据,并较大程度提高了卫星-平台链路的精度,为空中侦察平台-卫星通信链路的设计提供了重要的参考依据.     

三轴稳定卫星的三维数字仿真平台的设计

虚拟现实技术是仿真领域的一个重要发展方向，将它引入卫星领域，实现卫星运动的可视化可以提高设计人员的工作效率。本文介绍了一个基于OpenGL的三轴稳定卫星的三维数字仿真平台的设计。它将卫星的三维仿真分为姿态仿真和轨道仿真，并详细描述了它们的三维场景及数据流程。然后选择了软件工具，并对软件进行了总体结构设计。     

射频仿真实验室阵列天线物理校准方法

结合射频仿真实验室建设的需要,针对射频仿真实验室阵列天线位置和姿态的物理校准进行了研究,提出了一种全新的物理校准方法.首先,建立了射频仿真实验室阵面坐标系,对球形阵面三元组阵列天线坐标进行了计算,并给出了阵列天线球面坐标的严密算法;其次,围绕物理校准流程,对全站仪的安装方式、观测方法、测试数据归算方法及阵列天线六自由度的调整方法进行了详细介绍;最后,以球形阵面半径为18m和30 m两个大型射频仿真实验室的物理校准结果为例,验证了该方法在精确位置计算方面的效果.本方法具有一定的创新性和工程应用价值,已在多个此类项目中得到成功应用.     

中继星快速机动及稳定控制方法

主要研究中继星快速机动时的控制问题.设计多输入多输出特征模型的自适应控制律,结合逻辑微分控制律、逻辑积分控制律,进行卫星本体快速机动和天线指向跟踪控制;利用由Newton-Euler方法建立的挠性多体卫星的混合坐标方程动力学简化模型进行数学仿真,仿真结果表明,特征模型的自适应控制器能够保证卫星和天线的快速机动性和控制稳定性,并与传统的PD控制方法相比有更好的控制精度,同时系统参数改变时具有很强的鲁棒性.     

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.     

用稀少观测矢量的非平衡状态自旋陀螺体的姿态确定

本文研究无外力矩作用的非平衡状态陀螺体的姿态确定问题。着重研究有摇摆运动卫星的稀少角速率测量和太阳／地球矢量观测的问题。从刚体惯量参数和角动量姿态的正则化性能指标导出递归最小二乘系统辨识方法。角速率和矢量观测是非线性的二步自回归模型。为姿态估计器提供了差分方程。三种仿真情况表明了性能：大角度锥角，小角度锥角和平衡状态。噪声方差函数和卫星自旋速率相对于轨道速率是收敛的。对于在转移轨道具有最小内能耗的自旋卫星，例如用离子推进器卫星，这种方法可以证明是特别有用的。对应急任务飞行操作也适用。对于这种操作，操作人员必须辨识角动量姿态。例如，为了在料想不到的丧失姿态控制后使卫星重新定向。     

双自旋同步气象卫星的姿态稳定度分析

本文在一般双自旋卫星动力学模型线性分析的基础上,给出了双自旋同步气象卫星姿态稳定度的数学描述和不规律姿态运动(摆动运动、章动运动)对姿态稳定度的影响的解析表达式,井与非线性模型数学仿真结果进行对比,表明仿真结果与线性分析结果相当一致。     

大型卫星三轴气浮台全物理仿真系统

系统仿真是从方案验证、产品性能检验到故障仿真等卫星研制全过程中的一个极其重要的手段。卫星控制系统全物理仿真是研制卫星特有的一种仿真方法,它利用气浮台来仿真卫星在外层空间的低摩擦运动。三轴气浮台是卫星全物理仿真的主要设备。本文在叙述卫星控制系统全物理仿真的功能和作用之后,简要介绍大型卫星三轴气浮台全物理仿真系统组成,主要技术指标以及几个关键技术问题,最后说明该仿真系统的主要用途。     

一种利用GPS信号的新型姿态确定敏感器

本文提出了一种利用ＧＰＳ信号确定航天器姿态的全新敏感器方案。这一定姿敏感器方案要利用布置在单个敏感器探头上的多个ＧＰＳ信号天线接收单元来捕获尽量多的ＧＰＳ卫星。文中探讨了几种敏感器单元的布局结构。敏感器阵除可提供导航功能外,还可用来跟踪处于每个天线单元视场内的ＧＰＳ卫星。利用波发现的ＧＰＳ卫星的视线矢量与各个天线单元的固定基线矢量即可确定平台姿态。这种定姿方案较之标准的差分载波相位定姿法有明显的优     

基于多天线GPS的船载卫星天线跟踪系统

为了克服传统的船载卫星天线跟踪系统因采用多种传感器带来的硬件成本高、软件接口复杂、系统运行速度慢和精度低等问题,提出了用多天线GPS姿态测量的方法,将GPS天线直接安装在卫星接收天线上,根据GPS各个天线的三维位置信息数据计算船载卫星天线的姿态,再由卫星的位置计算天线相对于卫星的角度并进行跟踪,实现了用一种传感器完成船载天线跟踪系统的姿态测量与控制。系统在内湖和海上进行多次测试,测试结果表明:在船体航行过程中电视信号的强度保持在60%~70%之间,对亚洲2号卫星进行移动跟踪的方位角误差的测试数据在±1.5°之间。该设计具有测试方法简单、误差小、成本低和使用方便等特点,有广泛的市场前景。     

无陀螺大挠性多体卫星的自抗扰姿态控制

研究了最近提出的非线性自抗扰控制器在大挠性多体卫星姿态控制中的应用问题。在无陀螺测量情况下 ,提出了一种自抗扰姿态控制器 ,并与使用于某挠性卫星的有陀螺测量的古典PID姿态控制器 ,从鲁棒性、干扰抑制、动静态性能指标和振动抑制等方面进行了比较。在考虑了反作用轮和敏感器的实际非线性和敏感器噪声影响情况下 ,仿真表明 :自抗扰姿态控制器 ,除在振动抑制和控制误差精度方面略差外 ,其它各方面均优于古典PID姿态控制器。该文提出的自抗扰姿态控制器 ,在无陀螺或陀螺故障下 ,实现挠性多体卫星的高精度高稳定度姿态控制 ,具有实际的应用价值