航天器控制系统的自主诊断重构技术

自主诊断重构是确保航天器控制系统安全可靠自主运行的关键技术之一.本文针对航天器资源严重受限的客观情况,改变传统一味追求华丽算法与豪华配置的设计理念,从航天器的自身特性出发,深入挖掘诊断重构问题的本质,提出基于可诊断性与可重构性评价设计的研究思路.文章首先介绍了航天器自主诊断重构技术的发展现状,分析了当前技术的不足之处并探究了其深层原因;然后,提出了通过可诊断性与可重构性评价设计从根本上提高系统自主诊断重构能力的全新思路,梳理了其研究内容与研究概况;最后,对航天器控制系统自主诊断重构技术的发展趋势进行了展望.     

航天器自主运行控制与智能信息处理技术

在阐述航天器自主运行满足任务要求、提高系统性能、降低运行成本等方面作用的基础上，从系统的体系结构出发，按照分层递阶型、包容型、混合型三种基本形式和多智能体结构的复杂形式，分别讨论对一般轨道飞行航天器、多个航天器所组成的空间网络、以月球车为代表的星球表面探测系统和空间机器人等几类不同对象进行自主运行控制的特点，最后论述自主运行控制对智能信息处理技术的基本需求并提出有关的关键技术。     

非合作航天器自主相对导航研究综述

非合作航天器自主相对导航作为与非合作航天器实现空间交会对接过程中的关键技术,是在轨服务技术的重点发展方向之一,其研究具有重要的理论价值与工程意义.针对在轨服务任务对于自主相对精确导航的需求,本文对发展非合作航天器自主相对导航技术的必要性进行了阐述.首先总结了非合作航天器自主相对导航技术的内涵与研究现状;随后分析梳理了非合作航天器自主相对导航过程涉及到的光学敏感器、位姿测量、导航滤波器以及地面实验等关键技术.最后根据研究现状和关键技术的分析指出了非合作航天器自主相对导航目前存在的主要问题并给出后续发展的建议.     

深空探测转移段光学成像测量自主导航及仿真验证技术

本文研究了深空探测转移段光学成像测量自主导航涉及的导航天体的选取与规划、导航天体图像的处理、观测方程与状态方程的建立、导航滤波算法的选取以及数学与半物理仿真验证等技术,提出了导航目标最优选取与成像序列规划、复杂导航星图提取与识别、无迹变换导航滤波以及光学成像测量自主导航仿真验证等方法.数学和半物理仿真试验验证结果表明,提出的方法有效提高了自主导航精度.     

自主航天器的规划系统建模研究

根据自主航天器的特点,分析了其规划问题中活动的并行特性以及约束的复杂性,提出了自主航天器规划系统的系统结构,并对规划模型的模型要素进行分析,然后采用规划域定义语言对规划域进行建模,以时间区间理论为基础对规划问题的持续时间约束进行表示,采用时间线模型表现航天器的并行活动,最终解决了自主航天器规划系统的建模与约束表达问题。最后通过一个算例验证了所提方法的正确性。     

面向自主运行的深空探测航天器体系结构设计 及自主任务规划方法

传统的航天器运行管控方式严重依赖地面指控、人力成本耗费大且对任务响应时间长,难以满足深空探测远距离通信时延突出的任务特点,航天器的智能化水平亟待进一步提高.本文通过对航天器自主运行问题进行系统地分析,提出一种基于多智能体的航天器自主运行的体系结构,面向自主系统结构、运行流程等进行了设计.重点针对小行星探测任务,提出了一种包含平台和载荷任务管理的两阶段航天器自主任务规划算法设计方案,能够实现平载一体的航天器自主任务管理,根据高级任务目标输出完整的指令序列.并通过自主任务规划仿真,对相关算法和模型的正确性和可行性进行了可视化验证和分析,为航天器自主运行技术研究提供了一种有益的思路和方法.     

航天器有效载荷系统的半自主Agent设计

航天器有效载荷系统是航天器的重要组成部分,将人工智能的概念引入航天器有效载荷系统的仿真和建模中,提出使用半自主智能主体(Agent)来建立航天器有效载荷系统.利用半自主Agent的自主性和受制性,航天器有效载荷半自主A-gent既具有相对独立的决策能力,又能够受制于主控系统,在主控系统提出使命级命令之后,能够根据有效载荷的优先等级、资源请求和卫星的资源情况,由搜索机调度智能算法,合理安排各个载荷的工作状态,自主地完成对各个有效载荷的操作控制,并且提高对能源的使用效率.从仿真结果来看,该设计是有效的.     

基于地平/恒星的GEO航天器自主导航仿真分析

研究航天器自主导航的优化测试问题,针对我国的GEO轨道及施加小推力后的航天器自主导航的研究却很少.对GEO轨道航天器来说,若其不在我国测站测控范围内,则难以实现轨道测控.针对上述问题,提出采用地平仪和星敏感器的自主导航方案.同时,考虑众多的GEO轨道航天器采用高比冲电推进技术用于位置保持以及寿命末期离轨,还研究了在沿轨道速度方向连续小推力作用期间的自主导航问题.通过仿真,结果表明采用地平仪和星敏感器以及推广卡尔曼滤波的自主导航方法可以适用于GEO轨道航天器.     

航天器威胁规避智能自主控制技术研究综述

当前,轨道空间日益拥挤、太空竞争不断加剧,对航天器执行既定任务时的轨道威胁自主应对能力提出了新的挑战,使得航天器智能自主控制技术迎来新的发展机遇.在调研分析了轨道威胁感知、自主决策规划、规避机动动作执行、自主控制系统架构相关研究进展的基础上,总结提出了威胁规避智能自主控制面临的主要瓶颈问题,并分析指出发展“感知-决策-执行”一体化控制是破解瓶颈难题的有效手段,最后从一体化控制系统建模、设计、分析与验证多方面,系统讨论了威胁规避智能自主控制需要重点关注的若干基础问题,为未来航天器智能自主控制的理论研究和技术发展提供启发和参考.     

卫星姿态自主故障诊断和重构方法

卫星作为无人驾驶的自主航天器，在运行寿命期间原则上是不进行维修的。一旦卫星在轨道上出现故障，卫星应该能自主进行故障诊断和重构，卫星利用自身的硬件和软件的冗余而重新稳定。研究和探讨了卫星姿态自主故障诊断和重构的方法．对这个过程进行了分析．所研究的方法计算量小。适合在线估计。精度适中。     

航天控制的发展方向－－航天器智能自主控制

本文从航天任务、航天技术的发展过程分析了航天控制的发展方向,论述了发展航天器智能自主控制的必要性,航天器智能自主控制系统框架结构和需解决的问题,提出了智能控制理论中智能特征模型、智能控制器设计原则和智能控制目标可达性等几个关键性科学技术问题。论文最后介绍了智能自主控制在航天控制中的应用成果及有关理论与实践的关系问题。     

小型模块化反应堆自主控制技术的现状与发展

介绍了小型模块化反应堆的技术特点,并由此分析了其对于自主化反应堆控制系统的需求。总结了自主控制与传统自动控制的不同,提出了集成性、智能性、容错性三大特点,并给出了自主化程度的分级标准。同时,对自主控制的主要关键技术进行了识别,并介绍了自主控制架构技术、自主决策技术、容错控制技术、故障诊断技术的发展现状。提出了现有方法中亟待解决的问题。结合整个行业的发展趋势,对自主控制技术的发展进行了分析。     

基于自主诊断重构技术的航天器故障检测系统设计

传统航天器故障检测系统姿态定位能力较差,导致不能突破阈值,准确实现检测,且传统系统不具备重构能力;为解决上述问题,基于自主诊断重构技术,提出了一种故障检测的新方法,优化设计了航天器故障检测系统的硬件和软件部分,硬件设计采用EEC-I型检测器,为保证检测器的运行,对检测器的电压与电流范围进行了设置;设计采用MATLAB的数据采集器,选用Telnet接入端口,实现采集器的通信,确保数据的顺利采集;采用FIR滤波器,为保证信号的完整性对通带和阻带进行设置;设计采用4NIC-UPS27型号一体化不间断电源为航天器故障检测系统提供动能;软件设计基于自主诊断重构技术的航天器故障检测系统流程,运用小波网络算法对航天器的姿态角数据进行分析,预测航天器的姿态角的安全阈值,最后利用残差数据分布概率模型进行航天器故障诊断;实验结果表明,设计的基于自主诊断重构技术的航天器故障检测系统能够很好地从X、Y、Z三个轴进行检测,确定不同方位的航天器故障,在设定阈值后,提出的检测系统能够很好地分析阈值,实现残差突破,同时具备路线重构能力。     

实践十号返回式卫星自主安全控制策略设计

自主运行和健康管理是航天技术发展的一个重要趋势;为确保实践十号返回式卫星在飞行中的设备安全、整星能源安全和自主运行需求,从卫星系统层面进行了自主安全控制设计;首先,可以使卫星在测控弧段之外出现地面无法反应的故障时能够启动自主安全保护模式;其次,可以使卫星自主执行程序化的功能,减轻地面人员的遥控数据上注压力;实践十号卫星在轨飞行中所采取的系统级自主安全控制策略以及工程设计经验,是对航天自主运行和健康管理技术的有益探索和尝试,对后续航天器的设计有很大的借鉴意义。     

小型无人机数据链与自主飞控系统设计

介绍了小型无人机的组成与总体结构．研究了无人机自主飞行控制系统、数据链、起飞和着陆系统设计方案，采用嵌入式系统和GPS实现了无人机的自主飞行控制和目标自动搜索与识别。     

基于代理的航天器自主运行仿真系统设计与验证系统设计

针对目前航天器自主健康管理功能测试过程中,由于故障模拟手段不足造成测试覆盖率低,测试项目不完备,测试效率低等问题,提出一种基于代理的航天器自主健康故障仿真验证系统设计方案;基于该方案实现的故障仿真系统支持根据通用化航天器自主健康故障检测模型,严格按逻辑和时序,无延迟、持续的向全实物或半实物测试系统自动注入故障状态表征参数,模拟航天器整器或任意分系统、单机、软件的故障状态,模拟弥补了长期以来在实物测试环境下,整器故障模式测试覆盖率低,测试用例复用性差的问题;实践证明,此方法能将测试覆盖率提升至95%以上,并将测试时间缩短至传统方式的1/6,有效提升被测航天器产品可靠性。     

航天器自主高精度时间管理系统设计

为满足航天器长期在轨飞行期间高精度的时间同步需求,提出了一种航天器自主高精度时间管理系统,将北斗导航定位授时设备和频率综合器两种时钟源系统进行融合使用,两种时钟源系统可根据导航定位状态自主切换,在消除了频率源系统误差累积效应问题的同时,解决了导航非定位情况下时间精度急剧下降的问题.通过建立系统的误差模型,以航天器应用设计实例进行计算分析,结果表明:系统时间同步精度优于37.8μs.研究结果可以为后续航天器高精度时间管理系统设计提供参考.     

一种考虑光照约束的地球同步轨道航天器自主绕飞轨道机动策略

针对地球同步轨道(GEO)航天器的在轨服务航天器自主绕飞问题,为了实现对目标的有效观测,本文研究提出了一种考虑光照约束的轨道机动策略.首先,在HILL坐标系中建立了服务航天器与目标航天器之间的相对运动模型,定义了光照方位角来描述太阳光照对目标航天器观测效果.然后,结合航天器相对运动特性,分析了自主绕飞的形成过程,设计了...     

基于网络化的航天器智能GNC系统体系架构研究

智能化的导航制导与控制系统(GNC)是提高航天器在轨自主运行能力及其智能性的关键分系统。本文从航天器GNC系统智能化的意义、智能GNC的基本特征、智能等级划分、国内外航天器智能信息系统研究现状等方面进行了介绍,结合国内航天器GNC系统研究现状,提出了下一代基于时间触发以太网(TTE)技术的航天器智能GNC系统体系架构,指出了需要研究的主要内容及关键技术,为航天器智能GNC系统的发展提供技术参考。     

根据相对位置测量信息自主确定两个航天器的轨道

已设计并分析了一种根据一个航天器与另一个航天器的相对位置失量测量信息自主确定两个航天器轨道的批处理滤波器。该系统对那些无法依赖GPS星座导航信号或地面站确定轨道的系统提供了一种高精度自主确定轨道的手段。该滤波器要利用惯性基准相对位置矢量的时间序列以及两个航天器的轨道动力学模型。它可以估算两个航天器的6个轨道状态矢量以及每个航天器的阻力系。该系统的可观性已利用这种原理演示过,此外,还针对多种情况估计了滤波器最佳状态可达到的位置精度。在特定配置下该滤波器器的位置精度可达到1m(rms)的水平。