编队卫星维持控制燃料消耗均衡方法研究

针对编队卫星维持控制过程中的燃料消耗均衡问题,根据整数规划中的指派问题模型建立性能指标函数,基于卫星之间相对运动的运动学方程确定编队目标状态,利用相对偏心率矢量和倾角矢量求得速度矩阵,采用匈牙利算法求解。仿真结果表明：该方法计算量小,能很好地均衡编队卫星消耗的燃料,可以离线对编队任务进行设计或实时对编队卫星星上自主控制进行规划。     

基于相对轨道要素的卫星编队构型重构制导算法

针对卫星编队飞行过程中由于任务的改变或成员的进出导致编队构型重构的问题,推导和定义了描述卫星编队的相对轨道要素;提出了基于相对轨道要素的卫星编队构型重构制导算法;使用该算法对近地圆轨道上的卫星编队重构过程中各控制因素与速度增量的关系进行了分析。结果表明,该算法能够综合考虑构型重构时运行状态、约束条件、调整策略、能量消耗等因素,便于实现编队重构的整体优化。     

多卫星协同飞行队形重构的整体优化策略

文章以整体燃料消耗少、时间短以及燃料消耗均衡为优化准则,研究多卫星协同飞行队形重构的整体优化问题。采用基于遗传算法的双脉冲路径优化策略,以燃料消耗最省和时间最短为优化指标,实现成员星的路径优化,采用0-1整数规划技术以整体性能指标最优,进行多卫星的整体队形重构规划和部署。分别以时间最短及燃料消耗最少为优化指标,兼顾燃料消耗均衡给出了2组仿真算例,对多星协同队形重构整体优化策略的有效性进行了比较分析,结果表明,从整体分配角度对多星路径进行规划,可进一步对整体性能进行优化。     

全驱动式自主水下航行器有限时间编队控制

为了研究了全驱动式自主水下航行器有限时间编队控制问题。针对多AUV编队控制过程中的可变通信拓扑情形,首先通过预定义AUV间的通信距离,将多AUV系统建模为通信拓扑可变系统。其次对AUV三维运动学和动力学进行建模;为实现多AUV编队控制的有限时间控制,提出一种有限时间的二阶一致性控制算法,对AUV的速度(线速度和角速度)和位置(平移和角度)进行一致性协同控制,利用一致性协同后的速度量和位置量以及各AUV的动力学方程,求解各AUV的推力和推力矩。最后通过对可变通信拓扑情形下的多AUV编队控制进行了数值仿真,验证了所提有限时间编队控制策略的有效性。     

基于内力的卫星编队飞行动力学建模

基于内力的卫星编队飞行凭借良好的性能正日益受到重视,但由于该类编队的控制力对卫星间的相对位置和相对姿态均高度敏感,并且控制力和控制力矩之间存在耦合,给动力学建模带来了很大的挑战.首先,建立了六自由度的内力编队姿轨耦合动力学模型,该动力学模型利用了控制力和控制力矩的耦合效应,可以同时针对编队卫星的相对位置和相应姿态设计相应的控制律,从而实现编队的六自由度协同控制.最后,通过采用伪谱法求解编队构型的重构问题,对该动力学模型进行了验证.     

近地轨道电磁编队飞行相对轨道动力学建模

本文将电磁力引入编队飞行应用中,在考虑地球扁率和大气摄动情况下,建立了电磁编队飞行相对轨道动力学模型.基于磁偶极子假设,推导了编队飞行任意两颗卫星间电磁力模型,采用Hill方程的形式给出了电磁编队飞行的相对轨道动力学表述.分别对编队飞行任意两颗卫星间电磁力、大气阻力以及地球扁率摄动进行线性化,得到了电磁编队飞行线性化相对轨道动力学模型.仿真结果表明,线性化相对轨道动力学模型合理可行,与非线性模型相比,运行3圈后误差为0.05～5 m,误差主要来自于电磁力线性化.     

空间四星绳系闭合系统自旋平衡构型保持控制

针对空间四星绳系闭合系统自旋平衡构型的不稳定特性,建立四星绳系闭合系统动力学模型并设计构型保持控制器,使系统始终处于稳定自旋状态.提出以Golay-3分布的空间四星绳系闭合系统,分析该系统的动力学特性,利用拉格朗日方程推导动力学模型的数学形式.根据动力学方程得出自旋平衡构型,分析表明,系统自旋时在系绳拉力作用下构型平面内的运动具有稳定性,构型平面指向会发散.推导构型平面指向的非线性调节器方程,考虑到研究对象受外界干扰的不确定性,为了增强系统的鲁棒性,设计基于符号函数和基于饱和函数的滑模变结构控制器.仿真表明,两种控制器都具有较强的鲁棒性,可以保持四星闭合系统自旋构型,采用基于饱和函数的软变结构策略可以明显地减少控制系统抖振.     

考虑避碰约束的编队卫星入网路径规划

提出了一种新的考虑避碰约束的编队卫星入网路径规划策略。首先通过常规编队卫星入网的多脉冲线性规划方法,得到一组卫星入网的脉冲序列,以此预测轨道机动过程中各星之间的最小距离,当最小距离小于安全距离时,将最小距离前后脉冲施加时刻的相对位置作为约束条件,重新规划卫星入网轨迹,迭代进行直到满足避碰要求。仿真结果表明,该方法由于减少了路径规划过程中约束条件的个数,能够快速地规划出考虑避碰约束时的编队卫星入网轨迹,且有效节省燃料消耗。     

椭圆轨道编队构型保持控制方法研究

针对椭圆参考轨道的编队构型保持控制系统,以对地等张角绕飞编队为背景设计了相对轨道模型预测控制算法.首先,基于哈密尔顿-雅克比方程,推导了一组包含项摄动的相对运动模型.在此模型的基础上,结合具体的对地等张角编队任务,提出了一种构型保持的在线滚动优化的闭环预测控制算法,并将模型预测优化问题转换为在线求解二次规划问题,该算法能够较好地控制存在状态约束、控制约束等各种约束控制问题.最后,通过数值仿真验证该算法的有效性.     

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。     

三维重构中一种快速全局最优算法

在机器视觉中,三维重构是一个重要问题。基于无穷范数表示的误差函数已经证明可以获得全局最优,但是计算速度很慢。基于二范数的最小二乘法速度虽然很快,但因为误差函数是非凸的,所以无法在理论上证明获得的结果是全局最优的,即使是通过二分迭代等方法,往往也只能获得一个局部最优。文中提出一种判定策略,通过对二范数表示的误差函数的Hessian矩阵进行计算,判断最小二乘法获得的局部最优是否是全局最优。因此在三维重构中,可以先用最小二乘法求解,如果误差函数Hessian矩阵为正则结果是全局最优否则调用无穷范数方法重新求解全局最优,这样既保证了精度又加快了计算速度。实验证明该算法是可行的。     

利用GPS系统确定小卫星姿态的一种算法

研究利用GPS系统确定小卫星姿态的方法，是GPS系统在航天器上应用的重要研究内容之一。针对微小卫星利用GPS系统进行载波相位姿态确定时存在的整周模糊度快速确定及简化姿态确定算法问题，给出了一种整周模糊度的快速确定方法，井在此基础上探讨了一种姿态求解的方法。仿真结果表明，所给算法理论简便实用，能够较好地用于微小卫星的姿态确定。     

空间站伴随卫星编队飞行轨道设计

在考虑地球扁率摄动影响时，用动力学和运动学两种方法研究空间站伴随卫星编队飞行的轨道设计。动力学方法依据C—W方程，通过轨道根数和相对运动参数的相互转换进行轨道设计；运动学方法以轨道根数为参数给出了基准伴随卫星的绕飞轨道方程，据此可直接得出其轨道根数，然后通过解绕飞轨道方程得出一般伴随卫星的轨道根数。以空间站为中心的对地观测编队卫星群(其绕飞轨道在当地水平面的投影为圆)为例，分别利用两种方法进行了设计分析，结果表明两种方法是基本一致的，均可用于伴随卫星编队卫星群的轨道设计。     

基于局域波分解的大系统派生模态降维研究

文章分析了当前以平衡与截裁为代表的大系统降维理论,鉴于其内容不尽完善,因此基于系统运动模态的特征,在科技与哲理的辩证分析基础上,建立了大系统派生模态理论和组合降维模型。对于工程实际中的系统响应曲线,提出了基于局域波分解的大系统派生模态提取策略实现系统降维。仿真结果表明,基于模态和图形的协同算法应用简便,并可获得较高精度的降维模型。     

企业信息集成中基于混合模式匹配策略的语义发现技术研究

发现数据之间的语义相关性是实现企业信息集成的前提.为克服单一匹配算法难于适应复杂应用环境,提高语义发现的自动化程度,文章提出一种基于混合模式匹配策略的企业信息语义相关性发现方法.在该方法中,定义关系模式作为企业数据源的统一描述和输入,首先通过复合名称匹配过程,计算特征元素名称之间的相似度,然后将匹配结果输入基于神经网络的特征综合信息分类器,实现特征元素的聚类.     

高阶时域多分辨率算法在光子带隙结构中的应用

将具有强稳定特性的高阶龙格库塔方法和小波多分辨分析理论相结合,用于电磁场数值分析计算,消除了传统时域多分辨率算法中低阶时间微分离散格式对算法整体精度提高的制约,降低了由时间网格剖分引起的数值差分各向异性,并且通过选择龙格库塔方法迭代的误差阶数和空间场量的小波展开层数,可以得到算法在时域和空域上任意高阶的收敛特性,真正实现了电磁目标的多分辨率分析。通过一维电磁波传播和二维光子带隙结构的数值仿真,验证了改进策略提出的必要性和正确性。     

一种密集波束域高分辨方位估计新方法

高分辨方位估计在声纳、雷达、通信等众多应用领域中占有十分重要的地位。提出了一种均匀线列阵的密集波束域MUSIC(DBMUSIC)法。该方法形成波束空间时，通过波束密集系数控制波束之间的密集程度，从而提高方位估计方法的多目标分辨能力。同时讨论了波束密集系数以及快拍数对DBMUSIC法分辨性能的影响。研究表明，与原波束域MUSIC(BMUSIC)法相比，在低信噪比的条件下，DBMUSIC法的高分辨估计性能得到明显改善，应用前景良好，而且快拍数越大，DBMUSIC法的多目标分辨能力越强。     

准消失矩变阶小波Galerkin边界元法

迄今为止,所有关于小波边界元法的报道中均采用严格满足消失矩特性的小波.文章提出了准消失矩小波的概念及其在边界单元划分上的构造方法.将此小波用于非标准型Galerkin边界元的矩阵压缩.在给定小波矩误差的情况下,建立了矩阵元素的估值公式.分析表明,准消失矩小波在保证精度的前提下可以降低小波边界元法的复杂度.空间非光滑边界问题算例证实了理论结果.     

一种多地球物理特征匹配自主导航方法

针对地球物理场具有多个特征和匹配可操作性较强的特点,文中提出了一种多地球物理特征匹配的自主导航方法,研究了导航方法的实现方式和对应的匹配算法。导航方法通过同步测量航迹上的地磁场的多个特征和重力梯度,采用固定点数的滑动窗口构造测量序列后与基准图匹配,最后对匹配结果做融合,得到实时位置信息。匹配算法设计了基于"初始位置+初速度+加速度"实值编码的遗传算法作为搜索策略,采用平均平方差准则(MSD)作为每个特征的匹配相似性度量,并使用加权最大值原则融合所有特征的相似性度量。最后由仿真算例验证了方法的可行性,表明了导航方法具有良好的匹配精度,可用于低空、低速运动载体的导航。