基于CLIPS的航天器预警专家系统的设计与实现

针对在轨航天器预警问题,由于空间碎片和微流星撞击,导致航天器受损伤。为保证在轨航天器的安全,要求优化预警精度。为减少误报警,提高预警精度,提出建立专家系统用在航天器预警技术。采用区域预警判定机制建立了以航天器为中心的警戒区和规避区,通过不同区域的阈值作为专家系统的判定,并用前向推理规则和Rete模式匹配算法设计了航天器预警专家系统。研究在CLIPS环境中实现了所设计的专家系统,并进行仿真验证。仿真结果表明,所建立的预警专家系统能根据物体间相对位置信息做出准确的预警判定,从而为航天器智能预警系统设计提供了科学依据。     

基于混合算法的航天器轨道规划方法

空间在轨服务过程中,当目标航天器周围有若干小卫星环绕时,服务航天器要避开小卫星的安全范围,与目标航天器成功交会并进行在轨服务,航天器的机动轨道规划是其重要前提;在路径规划中,遗传算法应用广泛,但是求解实际问题的时间容易受到染色体基因等算子数目的影响,求解效率未得到保证;提出了一种混合遗传算法,将遗传算法全局搜索能力和模拟退火算法较强的局部搜索能力进行整合,以服务航天器机动轨道的路径安全、任务时间、燃料消耗、总路程等为约束条件,并对算子进行特殊设计,规划出最优机动轨道路径;通过场景假设和仿真实验证明,该混合遗传算法能够规划出符合约束条件的最优机动轨道路径,并且极大地提高了求解效率。     

基于专家系统的航天器故障诊断地面模拟系统的研制

航天器故障诊断技术对于提高航天器的在轨工作的寿命、实现卫星的长寿命、高可靠有着重要的意义,介绍了以故障诊断专家系统理论为基础在程序控制故障模拟、数据采集设备的基础上研制航天器地面模拟设备对航天器在轨故障诊断有着重要的意义。描述了,地面模拟设备的组成和应用于故障诊断地面模拟设备的专家系统。实现了,基于专家系统推理机制的故障诊断专家系统、给出了实际应用的结果。基于专家系统的地面故障诊断设备能够满足在轨故障地面模拟的应用要求,对实现在轨故障的诊断有着一定的参考作用。     

基于数值求解的远程交会路径规划优化研究

研究航天器多脉冲远程交会路径规划问题,由于航天器在变轨过程中,应减少发动机燃料的消耗,有利于增加有效载荷.因此,在多冲量变轨问题描述的基础上,通过选择优化变量建立了无摄动的燃料最优和考虑摄动的燃料最优变轨优化模型,利用遗传算法、序列二次规划及GA+SQP串行混合优化算法进行优化求解,进行了数值仿真.通过仿真实现了不同脉冲次数的远程交会路径规划,并对比分析了摄动的燃料最优变轨优化模型,提出了相应的串行优化策略,通过算例对所提出的算法进行了仿真验证,实现了航天器路径规划数值优化求解的目的,可为多脉冲远程交会提供参考.     

绕月自由返回轨道的应急自主制导算法

嫦娥五号飞行试验器是我国首个采用绕月自由返回轨道飞行的航天器,为了提高其自主运行能力,嫦娥五号飞行试验任务的星上软件需要在出现入轨大偏差情况下,具备在轨自主应急制导策略生成与轨道重构的能力.针对此需求,本文提出了一种适用于在轨自主生成和实施的绕月自由返回轨道应急制导策略.该策略将应急制导策略自主生成问题转化为三体Lambert问题在轨自主求解问题.发展了经典三体Lambert算法,在原算法中引入Quasi-Lambert算法解决了算法边界条件问题.该算法计算量小、计算精度高,可直接瞄准再入点参数,可显著提升探测器的自主运行能力,对未来月球探测和载人登月任务有重要的应用参考价值.     

基于时间状态的敏捷自主在轨服务航天器协同运动规划方法研究

面对未来工业化、军事化太空对空间体系在轨服务的需求,并兼顾敏捷自主在轨服务航天器自身和所在复杂空间环境等特点,对多敏捷自主在轨服务航天器系统的协同运动规划问题进行研究.利用以平动、转动和时间为状态的改进快速搜索随机树运动规划方法,对服务系统中各航天器灵巧、精确的协同运动进行规划.仿真算例检验了该方法的有效性,结果表明它能够满足敏捷服务航天器系统在一定约束条件下按指定时间到达指定地点的协同运动要求,并且面对此类高维运动规划问题具备一定的规划效率.     

基于STK的电磁航天器编队飞行仿真研究

电磁航天器编队飞行能有效降低发射成本并延长编队在轨寿命,具有广阔的发展前景.针对其强非线性和姿轨耦合的特点,采用STK软件对电磁航天器编队飞行进行仿真研究.首先对电磁航天器编队飞行基本原理进行分析,给出了轨道姿态动力学模型及解耦控制方案.然后设计了仿真系统的结构框架,解决了电磁航天器三维建模、轨道和姿态数据转换、可视化实现等关键技术,还讨论了STK接口规范.最后采用搭建的仿真系统对电磁航天器编队重构进行了仿真研究.仿真结果表明,电磁航天器编队控制效果良好,仿真系统能够满足电磁航天器编队飞行仿真研究的需要,对其它类型航天器编队仿真研究具有一定的指导意义.     

基于MATLAB的航天器二次点火非共面轨道最优转移策略研究

航天器的非共面轨道转移对于航天器拦截、交汇、对接有着非常重要的意义。运用MATLAB仿真,主要研究基于二次点火的非共面轨道最优转移策略,结果表明该方法能有效减少轨道转移过程中所需的速度增量,降低航天器的燃料消耗。     

太阳帆航天器地球逃逸轨道解析最优控制律

针对太阳帆航天器地球逃逸轨道控制问题,给出一种新的解析最优控制律.该控制律可使航天器在逃逸过程中轨道能量变化速率最大,从而保证逃逸时间最短.考虑到地球逃逸轨道形状,引入改进春分点轨道根数对航天器运动学方程进行描述,并给出了地球逃逸轨道最优控制律的推导过程.仿真分析表明,该控制律计算速度较快,而且可以根据航天器状态实时计算姿态控制角,因此比较适用于未来太阳帆航天器在轨自主控制系统.     

高精度航天器轨道预报仿真软件的研制

在航天器的设计过程中,必须要对轨道飞行状态进行预报,以确保航天器的正常运行.高精度轨道预报仿真软件是对航天器轨道进行预报的重要工具.首先简要介绍了航天器轨道预报的理论基础,详细阐述了航天器轨道动力学模型的建立方法,接着研究了高精度航天器轨道预报仿真软件的设计思路,提出了软件的实现方法,最后介绍了利用C 语言开发的适合航天器轨道预报仿真的航天器轨道计算工具软件包"Spacecraft Orbit Calculation Tool(SOCT)",并利用STK软件对SOCT进行测试验证,结果表明SOCT达到了高精度航天器轨道预报仿真的要求.