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.     

新型对地遥感卫星高可靠高精度姿态与轨道控制系统

新型对地遥感卫星于2000年9月发射成功,至今在轨运行正常。该卫星的姿态与轨道控制系统（AOCS）由星敏感器三浮测速陀螺等组成高精度姿态确定系统,控制器为三机冷备份80C86控制计算机,由偏置动量组合构成整星零动量,对地三轴稳定控制系统,该系统功能强、性能指标高、技术复杂难度大。系统具有自主故障检测、定位、系统重构能力和在轨维护方便等特点。它是一个高精度高可靠的姿轨控系统。本文主要介绍系统的方案和可靠性设计、技术特点和在轨飞行结果。     

同步卫星扫描视锥与轨道的绘制算法

为了模拟同步卫星在外太空的飞行状态,建设先进的同步卫星模拟仿真系统对于卫星的研制与性能分析有着重要的意义;由于卫星是在特定的轨道上飞行,所以对卫星轨道的绘制建模是卫星模拟仿真系统开发中关键的一环;在这篇文章中介绍了同步卫星与地面观察站通信过程中的扫描视锥与同步卫星运行轨道的绘制算法,重点探讨了基于OpenGL基本矢量图元的绘制以及利用世界坐标系和向量的方法对在绘制过程中所需数据的求解过程;分析了根据同步卫星的运行姿态与其所在轨道的位置来确定同步卫星扫描视锥的角度;最后通过一个虚拟世界的3D引擎验证算法的可行性与绘制效果。     

具有轨道保持能力的低成本地球观测卫星的姿态控制系统

UoSAT-12是由萨里卫星技术有限公司(SSTL)制造的一种低成本小卫星。此外。UoSAT-12也是未来地球观测卫星星座中用于验证高性能姿态控制和轨道保持技术的一个技术验证卫星。该卫星采用三轴反作用轮配置和冷气推进系统来确保精确和快速的姿态控制，例如，在轨道机动期间的姿态控制。磁力矩器线圈主要辅助飞轮动量卸载。本文简述了支持下列功能所要求的几种姿态控制模式：1)初始姿态捕获，2)目标定向和跟综期间高分辨成像有效载荷的操作，3)轨道机动期间的推进系统机动。本文阐明这些控制模式运行时具体采用了姿态控制器和状态估计器。文中介绍了各种仿真和在轨检测结果，用来评估性能和设计目标。为了提高控制和估计的精度，对星上敏感器和执行机构采用了在轨标定和校准程序。文中发表了这些程序的一些标定结果及最后实现的精度改进。     

小卫星磁力矩器与反作用飞轮联合控制算法研究

磁力矩器和反作用飞轮是现代小卫星姿态控制的主要执行机构. 对于具有主动磁控能力的小卫星, 由于动力学与控制的耦合, 其动力学系统是一个有约束的非线性系统. 针对小卫星入轨阶段的姿态捕获控制, 提出了一种使用磁力矩器和反作用飞轮进行联合控制的算法. 仿真表明, 该算法鲁棒性好, 设计简单且易于在轨实时计算, 减少了反作用飞轮的饱和机会, 与单独使用磁力矩器控制相比, 缩短了姿态捕获时间.     

面向皮纳卫星姿态确定的MEMS陀螺磁强计组合滤波系统

针对难以配置高精度部件的皮纳卫星姿态测量系统,当卫星处于阴影区或任何太阳敏感器不可用的状态下,MEMS陀螺与磁强计的组合便成为卫星在轨姿态测量精度的重要保障.本文基于MEMS陀螺与磁强计的低功耗、全轨、全天时、最小姿态敏感组合,提出一种适用于皮纳卫星在轨运行的滤波系统方案.该方案通过滑窗ARMA建模降低陀螺随机噪声的影响,并由姿态滤波器估计所得的零偏在线去除陀螺常值分量,以保证其建模的长期有效性.本文以浙江大学皮星二号卫星搭载的敏感部件以及姿态测量算法为研究基础,结合在轨实测数据,仿真对比表明,该系统方案有效降低了陀螺随机噪声,抑制比达50％以上;陀螺零偏估计精度提高310％,可达到0.001°/s;姿态确定精度提升190％,可达1.2127°.该系统方案是对皮纳卫星姿态确定最小系统精度提升及实用方案设计的有益探索.     

增强的Fuzzy ART在苹果图像分割中的应用

分析了Fuzzy ART神经网络的工作过程和参数对网络聚类结果的影响,提出了一种自适应确定警戒线的方法.采用基于灰度和纹理的特征提取方法,抽取组合特征向量,使用动态调整参数的Fuzzy ART网络分割图像,从而提取苹果的伤疤部分.实验结果证明,灰度特征和纹理特征相结合能有效地完成苹果表面伤疤的分割,不仅节约了时间,而且提高了网络的精度.     

中巴地球资源卫星的姿态和轨道控制系统

中巴地球资源卫星于1999年10月14日发射成功,至今在轨运行正常。该卫星的姿态轨道控制系统是一个整星零动量自主冗余控制的三轴稳定控制系统。该系统具有性能指标高、系统复杂、技术难度大、国产化部件多、自主功能强、在轨维护方便等特点。本文介绍了系统的组成、方案设计、创新点和特色及飞行结果。     

磁浮轨道梁姿态高灵敏监测技术及其应用

针对动/静态运行下的磁浮列车与轨道梁相互作用所产生的振动变形进行了研究;在没有惯性导航系统的情况下,提出了使用全球导航卫星系统（GNSS）接收机同步多天线组载波相位纠缠差的概念;利用全球导航卫星系统（GNSS）技术的理论与方法融入对磁浮轨道梁三维空间高精度实时监测与定位; 在静态和动态实验中实现了高灵敏且误差累积小的偏航、俯仰角和滚转角姿态的时-空同步监测;从得到的数据中获得桥面多自由度矢量振动形变的规律;同时,对轨道进行多阶模态的建模,探索在时间同步,通信协同策略下的“车-桥”耦合动力学的问题,在“人工智能+交通”的交叉创新领域上形成相关的解决方案和技术体系;推进桥面发生边坡蠕滑等自然灾害的预警与精准治理,经过实际应用满足磁浮列车的安全与平稳性运行需求;     

基于物联网及ADRC的航天器在轨姿态监测系统设计

在特殊航天环境中,由于电磁波等干扰条件的存在,容易导致航天器设备偏离预设的轨迹路径,为解决此问题,设计基于物联网及ADRC的航天器的在轨姿态监测系统;分析物联网监测体系中的位姿控制需求,分层次连接主动振动控制器与航天器姿态控制器,借助FBG应变传感器,建立主机结构与航天器元件之间的监测感应连接,实现在轨姿态监测系统的硬件应用结构设计;在此基础上,对应变传感器进行标定处理,通过计算姿态传递系数的方式,确定航天器的横向在轨应变效应,再通过ADRC原理,提取航天器在轨姿态感知参量的最佳行进状态信号,完善航天器的在轨姿态监测控制律,实现基于物联网及航天器的在轨姿态监测系统设计;对比实验结果显示,与光纤传感型监测系统相比,物联网监测系统能够有效屏蔽电磁波干扰,确保航天器在特殊航天环境中不会出现偏离预设轨迹路径的行进行为.     

Determination of satellite nadir and azimuth angles for a tilting sensor

The procedure for the determination of satellite nadir and azimuth angles has beenverifiedusing the Coastal Zone Color Scanner (CZCS) geolocation algorithm formulated by Wilson and co-workers in 1981. The error involved in the determination of satellite nadir and azimuth angles for positive and negative tilt of the mirror using the above method is discussed. A simple method to determine nadir and azimuth angles for a tilting mirror is proposed. The nadir and azimuth angles after roll, pitch and yaw of the satellite are presented.     

基于偏振光传感器的全姿态角解算方法研究

针对小型无人机三维空间内姿态解算的问题,提出了一种仅利用偏振光传感器进行全姿态角的解算方法.利用偏振光传感器测量的偏振方位角,及通过观测位置和观测时间计算得到的太阳方位角,可以求得当前的航向角.利用太阳矢量在导航坐标系和载体坐标系中的投影,通过解算姿态方程解算出当前的俯仰角与横滚角,实现全姿态角的解算.通过仿真实验证明了该方法的有效性,解算出的姿态角误差在1°以内,能够有效地满足小型无人机的需求,为无人机导航提供一种全新的导航方法.     

基于星敏感器的卫星对地定姿误差分析

风云三号气象卫星上携带的一台星敏感器解算出的卫星对地姿态呈现出非正常的幅值约为0.15°的正弦周期性偏差。为解决上述问题,分析了影响卫星对地姿态的误差因素,对星敏感器本身的主点偏差、焦距误差、光轴不垂直、CCD面旋转、星表位置误差等对卫星对地姿态误差的影响规律进行了仿真和分析。结果表明:对于CCD为512×512、象元大小为17μm、视场为16°×16°、安装方位角、高角分别为107°、29°的星敏感器而言,主点偏差5像素,会对卫星对地姿态带来最大约为0.17°的固定系统偏差;焦距误差0.1mm、光轴不垂直0.1°、CCD面旋转0.1°等对卫星对地姿态的影响较小,误差不超过30";星表中恒星位置在不加岁差、章动修正的情况下,会造成卫星对地三轴姿态误差呈正弦周期性变化,且周期与卫星轨道周期一致。风云三号气象卫星的对地姿态周期性偏差现象是由于星敏感器的星表恒星位置未进行岁差、章动等修正引起的。     

Satellite attitude stabilization using solar radiation pressure and magnetotorquer

The paper presents three-dimensional (3-D) attitude stabilization of a geosynchronous satellite. The solar radiation pressure is considered for the satellite pitch and roll stabilization while the yaw attitude is stabilized by a magnetotorquer. The general formulation of the system comprised of a satellite body, two solar flaps, and a magnetotorquer is obtained through Euler's equations. The linearized system model is derived and then the control laws are developed for suitable rotations of solar flaps and variations in magnetic moment. The numerical simulation of the governing nonlinear system equations of motion establishes the feasibility of achieving the desired 3-D satellite attitude. The controllers are successful in stabilizing the satellite attitude even in the presence of orbital eccentricity and variations in system parameters.     

Quadrotor Control Via Robust Generalized Dynamic Inversion and Adaptive Non‐Singular Terminal Sliding Mode

A robust two‐loops structured control system design for quadrotor's position/attitude trajectory tracking is proposed. The aim of the outer loop is to provide the roll/pitch tilting commands to the inner loop, which in turns generates the tilting angles that control the quadrotor's center of gravity in the horizontal plane. The outer loop utilizes Robust Generalized Dynamic Inversion (RGDI) of a prescribed asymptotically stable differential equation in the deviation function of the horizontal position coordinates from their reference trajectories. The inner loop employs an Adaptive Non‐singular Terminal Sliding Mode (ANTSM) to control the tilting angles, in addition to controlling the yaw attitude angle and the vertical position coordinate. The proposed scheme solves the singularity avoidance problems of generalized inversion and terminal sliding mode control. The stability of outer and inner loop is ensured by utilizing positive definite Lyapunov energy function for stable tracking performance against parametric variations and bounded unknown external disturbances. Numerous simulations are conducted on a six Degrees of Freedom (DoF) quadrotor model in the presence of parametric variations, un modeled dynamics, and external disturbances.     

Real-Time Attitude Estimation by Using Parallax Observation System

With the development of the satellite spatial resolution, high-resolution and high-quality remote sensing images require high stability of the observation satellite platform. Therefore, real-time attitude information is essential to enhance the accuracy and the robustness of the attitude control system in observation satellites. Through the use of the parallax observation system, this paper designs a novel framework to estimate the on-orbit attitude, which includes a complete deconvolution process, a detailed camera motion model, and a support vector regression algorithm to detect the attitude and deal with the latency. The proposed framework is testified by realistically simulated data and remote sensing images from the JL-1 satellite. Simulation and experiment results demonstrate that the proposed framework can detect and predict the attitude in real-time while the error is lower than \(1.125\,\upmu \mathrm{rad}\).     

地磁组合重力矢量权值的优化算法

利用惯性-地磁测量组合实现载体定姿遇到的主要问题是在载体运动时重力加速度观测精度很低,导致扩展卡尔曼算法在此情形下姿态估计精度非常差。optimal-REQUEST算法功能与扩展卡尔曼算法类似,也适用于惯性-地磁测量组合,但是同样受载体线加速度影响,为了消除这一影响,实时地估计重力加速度矢量的观测精度,并在精度逐步降低时指数衰减其参与新息计算时的权值,进而利用该算法所具有的单矢量姿态更新能力降低姿态估计误差。仿真结果表明,在做平面圆周运动时,如果动态调整重力加速度观测矢量的权值,即使载体线加速度达到200m/s^2,仍然能够保证俯仰角、滚转角及方位角估计误差在2°以内,证明了文中算法的有效性。     

Fuzzy ART研究及在银行信用风险评估中的应用

探讨了Fuzzy ART神经网络的聚类功能及其参数对网络的影响。提出了一种基于该聚类理论的银行信用风险评估聚类模型。采用ASP.NET+MS SQL Server 2000的B/S构架实现了银行信用风险评估系统。通过上市公司财务数据验证了聚类结果的有效性和合理性。     

基于GEO的低轨航天器星间通信链路控制系统设计

目前提出的低轨航天器星间通信链路控制系统控制速率低,导致俯仰角和方位角响应能力差,角速度、角加速度、角度指向的误差较大。针对上述问题,基于GEO设计一种新的低轨航天器星间通信链路控制系统,分析低轨航天器星间通信链路,利用星间信号发射器、信号接收传感器、发射天线、接收天线和高增益天线,确定数据编码,确定数据传输方式。分别设计星地链路协议控制程序和星间链路协议控制程序,实现协议之间的控制。实验结果表明,基于GEO的低轨航天器星间通信链路控制系统控制速率高,具有较强的响应能力,控制参数鲁棒性强,能够有效降低角速度、角加速度、角度指向的误差。     

Constructive feedforward ART clustering networks. I

Part I of this paper proposes a definition of the adaptive resonance theory (ART) class of constructive unsupervised on-line learning clustering networks. Class ART generalizes several well-known clustering models, e.g., ART 1, improved ART 1, adaptive Hamming net (AHN), and Fuzzy ART, which are optimized in terms of memory storage and/or computation time. Next, the symmetric Fuzzy ART (S-Fuzzy ART) network is presented as a possible improvement over Fuzzy ART. As a generalization of S-Fuzzy ART, the simplified adaptive resonance theory (SART) group of ART algorithms is defined. Gaussian ART (GART), which is found in the literature, is presented as one more instance of class SART. In Part II of this work, a novel SART network, called fully self-organizing SART (FOSART), is proposed and compared with Fuzzy ART, S-Fuzzy ART, GART and other well-known clustering algorithms. Results of our comparison may easily extend to the ARTMAP supervised learning framework.