星载TDI CCD动态成像全物理仿真系统设计

基于高精度卫星姿态控制仿真三轴气浮台,研制了高精度卫星姿态控制仿真子系统,用于为地面TDI CCD动态成像仿真系统提供真实的仿真环境。根据TDI CCD实际成像原理,采用软件模拟替代实际线阵相机的TDI电荷转移迭加过程,研制了基于面阵CCD的星载TDI CCD动态成像仿真系统。利用该系统,实现了最高指向控制精度为0.1°,姿态稳定度为0.01(°)/s的卫星姿态控制仿真实验,模拟了积分时间为0.1 s的TDI CCD相机4~16级动态成像过程。研究了卫星姿态对TDI CCD相机拍照的影响,分析了实际航天高性能TDI CCD相机成像建模理论。像移速度匹配误差为0,姿态稳定度大于0.01(°)/s的实验显示了物理仿真与数学仿真结果与理论分析基本一致,不仅验证了该平台物理仿真方案的正确性,也初步验证了航天CCD成像建模理论的正确性。     

视频小卫星凝视姿态跟踪的仿真与实验

对视频卫星实现对地凝视成像时的数学模型、姿态跟踪控制器设计和全物理仿真进行了研究.首先,根据卫星轨道运动与姿态运动相关理论,推导了对地凝视时视频小卫星相对轨道坐标系的期望四元数和期望姿态角速度的变化规律.设计了基于误差四元数和误差姿态角速度的PD控制器,并采用李雅普诺夫稳定性理论证明了所设计控制器的稳定性.然后,以在曝...     

飞行姿态模拟器建模及输入受限混杂控制

为进行飞行姿态仿真研究,基于dSPACE建立了地面飞行姿态半物理仿真模拟系统,运用混杂不变集原理和无源控制器设计方法对有界高阶耦合非线性系统进行鲁棒控制器设计.使用Lagrange法建立了具有控制约束的非线性Euler-Lagrange (EL)动力学模型;利用EL系统内在特性,基于非线性状态依赖动态脉冲系统的不变集原理的有关结果和混杂能量控制方法,设计了输入受限的非线性混杂控制器,并进行了数学仿真.最后,将所设计的混杂控制器应用于地面飞行姿态模拟器中进行了半物理仿真实验,得到的动态响应时间为20 s,稳态精度优于5%,超调量约为25%,在外加扰动作用时仍能实现稳定调节.结果表明,给出的饱和控制算法可靠性较强,对系统参数误差和外干扰具有鲁棒性.     

ISA数据采集卡的WDM驱动开发与中断实时数据采集的实现

ISA设备在Windows新的驱动程序模型WDM(Windows Driver Model)中没有获得很好的支持，使用WDM实现需要一些特殊处理。本文主要针对一具体型号的数据采集卡给出了在Windows XP下基于ISA总线WDM驱动程序的开发及从系统实现的角度阐述了采用硬件中断申请事件通知的数据采集的实现。     

基于Lyapunov理论的卫星大挠性太阳能帆板分布式自适应振动抑制控制方法

提出了一种分布式自适应振动抑制控制方法,有效抑制了卫星大挠性帆板在轨振动问题。考虑作动器和传感器的安装位置对控制效果的影响,通过分析邻接子模块之间振动和输出力的耦合影响,基于Lyapunov理论设计了完整的分布式自适应控制器。仿真结果表明,在外界持续干扰等情况下,本文设计的分布式控制系统与基于线性二次型调节器（LQR）的分布式控制方法相比抑振时间缩短了40%,与集中式控制方法相比抑振时间缩短了50%,得到了更良好的在轨抑振效果,对于卫星的稳定运行具有重要意义。     

光学遥感卫星凝视成像姿态规划及快速仿真方法

目前,遥感卫星凝视成像姿态规划通常只考虑横滚轴和俯仰轴,导致仿真图像出现小,角度旋转,降低了视频成像质量;仿真过程多数未考虑仿真实时性,仿真时间过长,难以满足工程应用.针对上述问题,进行了修正图像旋转的偏航补偿,并提出了一种针对平坦地形的凝视成像快速仿真方法.首先,推导了对地凝视成像时航天器三轴姿态的计算公式;然后,基...     

空间立体角“准均匀分布”导航星表划分

为了建立更高性能的导航星表,分析了现有导航星表划分方法的优缺点,提出了一种合理划分导航星表的新方法。该方法以块空间立体角"准均匀分布"为原则,以天球赤道某区域所对应空间立体角大小为基准,将全天球依序划分为若干个子块,从而实现了一种分布均匀性更好的导航星表。仿真实验数据表明:以赤道上15°×15°所对应空间立体角为例,按空间立体角"准均匀分布"法划分天球后,最大子块和最小子块所对应的空间立体角变化范围相差22.86%,均方根(RMS)值为0.060 3,其均匀性远高于内接正方体法划分天球的均匀性。该方法为验证星图识别环节中模拟星图的快速生成和进一步筛选导航星奠定了基础。     

基于Offner凸面光栅星载CO2成像光谱仪光学系统设计

星载CO₂成像光谱仪具有图谱合一、高空间分辨率、高时间分辨、非接触和长期监测的优点,已成为监测全球温室气体变化的重要手段之一。为解决大视场因入射狭缝较大,信噪比低,成像质量不佳的问题,文中对Offner成像光谱仪的光学系统初始结构设计提出了一种新方案。该方案基于在30 mm狭缝处发出的子午光线、弧矢光线在中心波长处相切,提高入射光线在整个光谱范围内的利用率。利用光学设计软件,设计在1594~1619 nm波段范围内,F数为2.5,光谱系统分辨率为0.1 nm的成像光谱仪。设计结果表明,点列图均方根（RMS）半径小于5 μm,系统在33 lp/mm处的传递函数优于0.7。此外,该系统采用像元合并（即扩展像元）的方法,进一步提高光谱信号的探测强度,该设计方案能够满足应用于星载CO₂成像光谱仪大视场、高光谱分辨率和高信噪比的遥感探测需求。     

空间目标图像的天基动态识别

为了能够实现对空间人造目标进行实时识别,提出了一种人造目标检测和识别的方法。该方法首先利用恒星相对位置基本不变的特点,采用图像的帧间配准和智能帧差法剔除视场内的恒星。再利用天然星与人造星之间的轮廓特征上的不同区分人造星与天然星,从而实现对运动人造目标的动态识别。实验结果表明,文章提出的方法与传统方法相比,在工程允许误差范围内,运算量减少了约30%,可靠性得到了提高,从而在工程上实现了空间人造目标的实时识别。