STEP卫星加速度计测量头线圈的超导特性测试及改进

为确保STEP卫星超高精度加速度计的测量头线圈三维超导膜在设计的工作电流范围内完全超导,以实现10-18g精度的加速度测量,对测量头线圈进行了低温超导测试,测试证明三维超导膜存在不完全超导缺陷。利用分段测试法对三维膜线圈的二维组成部分进行了测试,确定了测量头线圈超导缺陷的位置,并分析了造成超导缺陷的原因。根据测试和分析结果改进了线圈设计,实现了测量头线圈的完全超导,并标定线圈的最大工作电流为-40～40mA,满足STEP卫星加速度计对超导电流要求的-10～10mA,设计裕度达到300%。通过测试、分析与改进设计,定型了STEP卫星超高精度加速度计测量头线圈的研制,为完成STEP任务奠定了技术基础。同时,实现了三维超导膜线圈的制造与工程应用。     

航天器对接机构缓冲系统特性研究

研究带周边式对接机构的航天器在对接捕获过程中的缓冲动力学行为。根据缓冲器等效撞击模型，在几种不同工况下，给出了等效质量的确定方法，从而提出了缓冲系统参数的计算方法。最后，用简化的对接动力学模型计算出一些模拟结果。     

航天器相对视觉／IMU导航量测修正多速率滤波

针对具有单目视觉和惯导组件(IMU)的航天器相对导航问题,研究了以量测信息为修正手段的异速滤波算法.异速滤波也就是多速率卡尔曼滤波器,其中滤波过程被分解为量测更新和时间更新,根据实际情况选取滤波器周期,一般可选取频率较快的系统采样周期作为组合导航系统的滤波周期,根据是否有慢速信息决定在滤波时刻进行时间更新或者量测更新.为增强滤波器对观测信息的适应能力,设计利用量测信息对滤波量测噪声阵和状态估计误差协方差阵进行后验修正.理论分析和数学仿真均表明,基于量测修正的多速率卡尔曼算法能够提高滤波器的数据更新频率,同时改善滤波器的性能,提高导航系统的冗余度.     

敏捷小卫星姿态控制律和操纵律一体化设计

研究了以控制力矩陀螺(CMG)为执行机构的敏捷小卫星姿态控制系统控制律和操纵律的一体化设计.首先,采用4个单框架控制力矩陀螺(SGCMG)构成典型的金字塔构型的CMG,并根据CMG的框架轴轴承会逐步退化建立CMG动力学模型.然后,基于自适应控制思想,设计控制律和操纵律一体化的控制器,同时考虑到为避免CMG奇异性影响,基于Lyapunov理论证明其组成的闭环系统渐近稳定.最后,通过建立敏捷小卫星闭环姿态控制系统对算法进行仿真验证,仿真结果表明该算法简单有效,能够实现敏捷小卫星快速姿态机动.     

集群航天器网络发展现状及关键技术

为研究新兴集群航天器网络的发展现状及其亟需解决的关键技术难题,对目前该领域的文献进行了分析与总结.集群航天器是一种通过无线链路进行信息交互的,多航天器间协同工作的新型航天器构架,服务于未来日益复杂多样的空间探索任务.首先,结合卫星集群的定义,明晰了集群航天器网络的概念.然后,分析目前分布式协同工作的空间探索任务,阐述了集群航天器的发展历程,并从图论和轨道动力学角度描述了集群航天器网络的特征.最后,总结了集群航天器网络发展过程中亟需解决的关键技术难题,包括网络拓扑控制技术、路由技术、空间互联协议技术、协议跨层资源调配技术等,并结合其他领域研究热点提出了相应的发展建议.研究表明,集群航天器网络的技术研究尚处于初始阶段,仍有许多技术难题亟需解决,同时,成熟的互联网、移动传感器网络等可作为关键技术难题突破的参考.     

小卫星共轨式轨道转移策略

针对小卫星与共轨目标星之间的交会问题,设计制导策略使小卫星在预期时间内与目标星相遇。利用均匀中心引力场模型,推导了一个关于两星相对运动状态和转移时间的二次方程,求解该方程能够得到固定燃料转移问题的最优推力时间和推力方向的解析解。在自由滑行段采用Lambert变轨算法代替解析算法,提出了一种改进制导算法。应用该改进制导算法进行大量仿真实验,并利用STK仿真软件对仿真结果进行验证,表明本文算法是有效的。     

分布式卫星系统自主安全管理与控制研究综述

为了紧跟国外在分布式卫星系统自主安全管理与控制研究方向的最新发展思路和方法,进而掌握分布式卫星系统自主安全管理和控制技术,需要对现阶段该项技术的研究进行深入分析和总结.在查阅和分析大量相关文献的基础上,本文综述了国内外有关分布式卫星系统自主运行安全管理与控制问题的研究方法及相应进展情况.通过对国内外研究现状的分析总结,论述了现阶段相关研究工作的优点和不足,并提出了现阶段研究中存在问题的解决途径和未来的研究方向.     

基于碰撞概率的分布式卫星碰撞检测评估方法

综合考虑卫星外形尺寸、预测时间、初始协方差阵以及空间摄动的影响,提出了一种精确的基于碰撞概率的碰撞检测评估方法。考虑到分布式卫星沿迹向位置误差很难精确预测,本文提出了一种基于判定垂直于沿迹向的平面(X-Z投影面)碰撞概率来进行碰撞规避轨道机动的保守性自主安全运行方法。最后,运用本文提出的碰撞检测评估方法,对影响分布式卫星空间构形被动运行安全性的因素进行了分析,并提出了具有良好被动运行安全性分布式卫星空间构形的设计方法。     

三线阵立体测绘卫星的测绘精度分析

为满足立体测绘卫星的设计要求,通过构建三线阵CCD影像的摄影测量估算模型,对三线阵CCD影像的立体测绘精度进行分析,研究了影响立体测绘精度的主要误差源.进而,依据立体测绘的精度要求,对卫星设计中所涉及的有关主要误差源,如GPS定位系统、姿态测量与控制系统、时统以及相机有效载荷系统,提出了相关的技术要求和保证测绘精度所应采取的技术措施.