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宇航学报杂志 2015年第04期

Journal of Astronautics

主管单位:中国科学技术协会
主办单位:中国宇航学会
国际刊号:1000-1328
国内刊号:11-2053/V
审稿时间:1-3个月
全年订价:¥ 984.00
创刊:1980
类别:工程科技II
周期:月刊
发行:北京
语言:中文
起订时间:
曾用名:宇航学报
出版社:协会类
邮编:100048
主编:马兴瑞
邮发:2-167
库存:200
主要栏目:
  • 论文
  • 实验研究
  • 研究简报
  • 评述
  • 综述
  • 工艺
  • 动态
  • 信息集成在航天运输控制系统中的应用研究

    作者:宋征宇 期刊:《宇航学报》 2015年第04期

    文章从信息集成的角度提出四项一体化设计方法。制导与弹道的一体化设计,采用联立法实现用统一的架构解决复杂约束下飞行器自主动态轨迹规划问题。结果表明这种架构能够灵活处理各种约束条件并具有很高的控制精度,后续的重点是进一步提高计算效率。自检测BIT与地面测试的一体化设计,通过基于高速测量总线的窃听技术、基于模型和数据驱动的自动判读技术以及系统在回路的综合测试技术,实现快速发射和减少技术保障人员的目标,并已逐步开始应用。控制与测量系统的一体化设计,通过平台化的设计方案实现功能模块的集成、重用和重组,降低开发成本,避免重复投资。模型驱动的软硬件一体化设计,通过构建软硬件协同设计平台,实现算法、软件、硬件的并行设计和综合仿真,为系统方案的选择提供定量分析工具。上述信息集成技术为基础理论研究、系统实现和设计方法学等提供新的思路,提升控制系统的自主性和适应性,拓展控制系统的作用,增强快速反应能力,并能有效降低成本。

  • 嫦娥三号月面巡视器机械臂就位探测规划

    作者:吴克 冷舒 李群智 申振荣 居鹤华 期刊:《宇航学报》 2015年第04期

    提出了一种基于SA*算法的嫦娥三号月面巡视器机械臂就位探测规划方法。建立了机械臂的正逆运动学模型,满足机械臂与环境不存在干涉的约束条件,并通过碰撞检测避免机械臂与环境和巡视器本体发生干涉;利用SA*算法在机械臂的工作空间进行搜索,在机械臂位形切换次数最少的优化条件下,实现了月面巡视器机械臂就位探测规划;通过月面巡视器在轨任务执行数据验证了基于SA*算法的月面巡视器机械臂就位探测任务的可行性。

  • MSL火星探测器高超声速流场预测及气动性分析

    作者:杨肖峰 唐伟 桂业伟 期刊:《宇航学报》 2015年第04期

    为获取火星探测器升力-弹道式进入火星大气层的气动特性,以火星科学实验室探测器(MSL)为研究对象,开展基于有效比热比方法的高超声速流动的数值模拟研究,并建立探测器进入过程的气动性能分析方法。计算分析表明,探测器绕流流场因有效比热比较小而具有很薄的激波层,物面气动力与文献值吻合良好;气动分析表明,对特定飞行状态,质心位置决定配平升阻比和俯仰静稳定度,合理的质心法向偏移和纵向移动可满足探测器的升阻特性和静稳定性,同时给定的配平特性和静稳定性要求也可指导质心位置调整,进而为探测器的气动布局设计和舱内设备布置提供建议。

  • 空间机器人抓捕目标星碰撞前构型优化

    作者:郭闻昊 王天舒 期刊:《宇航学报》 2015年第04期

    空间双臂机器人抓捕目标星会导致碰撞,针对碰撞引起机器人系统基座姿态变化的问题,提出一种基于粒子群算法的碰撞前构型优化方法。该方法首先给出了碰撞前和碰撞后的动力学模型,然后根据冲量—动量方程推导出碰撞阶段动力学方程,最后提出基于粒子群算法的最优碰撞前构型规划数值方法,使碰撞对机器人系统角动量的影响尽量小。通过计算校验了该方法的有效性,找到了用于空间机器人抓捕目标星的较理想的碰撞前构型。

  • 高超声速滑翔飞行器典型弹道特性分析

    作者:李广华 张洪波 汤国建 期刊:《宇航学报》 2015年第04期

    研究平衡滑翔和跳跃滑翔两种高超声速滑翔飞行器典型弹道模式的纵向弹道特性。首先建立高超声速滑翔飞行器的纵向运动模型。在平衡滑翔条件下,导出速度、高度与速度倾角之间函数关系式,分析动压、过载与热流密度随速度变化的规律,并给出常升阻比时运动状态参数之间的解析表达式。针对跳跃滑翔弹道,采用数值仿真方法分析初始速度、高度与速度倾角对弹道的影响。本文的研究有利于提高对高超声速滑翔飞行器弹道特性的认识水平,并能为弹道预报、轨迹规划与制导系统设计等提供参考。

  • FASTMast伸展机构屈曲模式的理论分析与试验

    作者:刘涛 金玉龙 吕榕新 彭志龙 期刊:《宇航学报》 2015年第04期

    针对空间站盘绞式(FASTMast)伸展机构在轨工作的承载与变形特点,从理论角度对以伸展机构后屈曲柔性条作为弹性支承的屈曲模式进行了分析。结果表明:在后屈曲柔性条达到临界刚度之前,伸展机构屈曲模式表现为肘关节运动,与伸展机构对角拉索无关;达到临界刚度之后,屈曲模式表现为欧拉屈曲,而后屈曲柔性条的刚度与其截面惯性矩成正比。通过与试验结果的对比,验证了理论分析的正确性,同时也为其它同类机构的设计和试验提供了参考依据。

  • 一种基于切换控制律的机器人双边遥操作方法

    作者:陈章 梁斌 张涛 宋海涛 张博 期刊:《宇航学报》 2015年第04期

    针对变时延下多自由度机器人在任务空间的遥操作问题,为在保证时延稳定性的同时提高其透明性和跟踪性,在一种比例微分+阻尼的任务空间双边控制器基础上,加入变增益切换控制律。结合性能需求,为不同操作模式设计合适的控制增益。在切换律中引入临界模态,保证系统在碰撞发生时切换控制的稳定性。利用李雅普诺夫理论证明系统在各模态下以及切换过程中的稳定性。通过对一个典型任务的仿真,校验该方法的有效性;同时,几组对比仿真试验也展示了该方法在稳定性和操作性上的优势。

  • 欠驱动挠性航天器的全姿态控制

    作者:张洪华 王芳 胡锦昌 王泽国 期刊:《宇航学报》 2015年第04期

    考虑欠驱动挠性航天器姿态控制问题,其中执行机构配置为两轴喷气和飞轮执行机构。提出了"喷气消旋+飞轮机动"的分段控制方法,其基本思想是:首先利用喷气推进执行机构使航天器整星角动量趋于零,为飞轮控制做准备;然后利用飞轮执行机构使航天器从任意姿态转向指定姿态并维持。针对"喷气消旋",说明了提出的控制规律能够保证航天器角动量全局渐近收敛于任意小量;针对"飞轮机动",证明了航天器全姿态具有大范围渐近稳定性;针对"喷气消旋+飞轮机动"的完整过程,采用扰动系统理论分析了闭环控制系统的大范围终端有界性。

  • 航天器新型非奇异饱和终端滑模姿态控制

    作者:胡庆雷 王辉 石忠 高庆吉 期刊:《宇航学报》 2015年第04期

    针对刚体航天器姿态机动过程中存在的控制饱和与外部干扰问题,提出一类基于新型非奇异饱和终端滑模面的有限时间控制器设计方法。该控制方案不仅保证姿态机动过程的快速性,而且避免了传统的终端滑模面所带来的奇异性问题。此外,本文建议的控制器不仅显式考虑执行器输出力矩的饱和幅值要求,使航天器在饱和幅值的约束下完成姿态控制任务,而且控制器的设计对外部干扰的上界没有任何要求,也无需作任何小角度的假设。进一步的稳定性分析表明,通过引入新型非奇异饱和终端滑模,该控制器使得闭环系统能够快速收敛到滑模面的微小邻域内,继而收敛到平衡点的微小邻域内,并且系统对外部干扰具有较强的鲁棒性。数值仿真校验了该控制器在姿态机动过程中的性能。

  • 空间挠性结构的Stewart平台主动基座振动控制

    作者:徐高楠 黄海 李伟鹏 马炜 期刊:《宇航学报》 2015年第04期

    研究基于Stewart平台主动基座的挠性结构振动控制。首先,建立含Stewart平台主动基座的柔性梁刚柔耦合动力学模型;随后,在模态空间上分别针对挠性结构的一阶和二阶模态设计由线性扩张状态观测器(LESO)和PD控制器组成的自抗扰控制器(ADRC);最后,基于独立模态控制(IMSC)中的模态滤波器从物理坐标中提取模态坐标,建立振动主动控制实验系统,基于模态空间的自抗扰控制方法完成挠性结构的前两阶模态振动主动控制实验。研究结果表明,利用Stewart平台作为主动基座,采用自抗扰控制方法实现挠性结构的振动抑制是一种高效的振动主动控制方法,在空间振动主动控制领域具有广阔的应用前景。

  • 航天器集群构形控制的虚拟弹簧阻尼网络方法

    作者:陈琪锋 石永峰 许展鹏 期刊:《宇航学报》 2015年第04期

    针对航天器集群质心相对运动构形控制问题,提出了一种基于虚拟弹簧阻尼网络的分布式控制方法。航天器间以虚拟的弹簧阻尼器相互连接,弹簧的原长根据期望的相对运动构形来设定。各航天器的控制输入是与其相连的所有弹簧阻尼器的合力。在线性动力学模型和拓扑结构连通且固定的假设下,基于代数图论的方法推导出了闭环系统稳定性条件。对近地轨道上100个航天器形成格点相对运动构形和20个航天器形成时变距离的椭圆构形的实例进行了仿真,考虑了轨道摄动的影响,结果表明,集群通过虚拟弹簧阻尼网络控制可实现期望构形,并能达到厘米量级的构形保持控制精度。该控制方法不改变集群的质心,只需施加很小的控制加速度;仅基于局部的邻居交互,能够适应大规模集群对分布式控制的要求。

  • 一类非线性系统的故障可诊断性量化评价方法

    作者:李文博 王大轶 刘成瑞 期刊:《宇航学报》 2015年第04期

    为将提高卫星控制系统故障诊断能力的工作重点前移到地面设计阶段,针对其中的关键问题——可诊断性评价,提出一种适用于非线性模型的可诊断性量化评价方法,对传统定性评价研究进行了有效的扩展和延伸。鉴于线性化处理导致非线性因素引起的故障被忽略,将卫星控制系统描述成一类仿射非线性模型;并基于微分几何理论,给出可诊断性(包括可检测性和可隔离性)的定义和定性评价指标——不变最小对偶分布。通过子空间相似度判别准则,根据故障方向矢量和所得不变分布以及不同故障方向矢量之间的夹角关系,分别设计可检测性和可隔离性的量化指标,并给出具体评价流程;该指标能够明确故障被检测和隔离的难易程度,并可用于指导诊断算法的设计和传感器的优化配置。最后,以动量轮为仿真实例校验本文所提方法的正确性;仿真结果表明:该方法在不依赖任何诊断算法和具体故障模式的前提下,可以实现可检测性和可隔离性的准确量化评价。

  • 一种具备星间链路的中轨对地观测星座设计

    作者:黄缙 张莎莎 张新伟 刘希刚 期刊:《宇航学报》 2015年第04期

    采用轨道高度为2165.6 km、回归周期为1天的太阳同步回归轨道建立了一个包含6颗卫星、具备星间链路的中轨对地观测星座。通过卫星自身的侧摆姿态机动功能,可以实现对同一目标1天之内的多次观测,以完成区域性准实时成像、灾害灾情监测等任务,极大地提高了观测的时间分辨率。在星座内部,相邻两颗卫星之间建立了5000 bit/s码速率测控和250 Mbit/s码速率数传的星间链路,能够充分利用单颗卫星在境内的可视弧段,通过地面与单颗卫星建立星地链路就可以同时完成与所有卫星的星地通信。

  • 导航星座自主时间基准的相对论效应

    作者:刘丽丽 王跃科 陈建云 周永彬 期刊:《宇航学报》 2015年第04期

    从相对论框架下导航星座自主时间基准定义及其生成原理出发,对其实现要素进行了相对论分析及改正,包括卫星原子钟和星间链路测量量相对论效应,并以GPS、BDS为例计算说明。得出以下结论:1)卫星钟相对论常值由地面频率调整实现预修正,周期累积钟差则根据卫星星历实现实时计算和改正;在此基础上,2)星间链路伪距测量相对论效应主要是星间信号传播相对论效应,对中高轨卫星其最大影响为cm量级;3)星间链路多普勒测量相对论效应则是由卫星钟周期项频率变化引起,对小偏心率中高轨卫星而言,其对星间径向相对速度最大影响量在1 cm/s左右。分析结果有助于提高导航星座自主时间基准的准确度,并对深空测量和天基时间基准研究具有一定参考意义。

  • 一种新的亚米级星载GPS伪距实时定轨方法

    作者:龚学文 王甫红 期刊:《宇航学报》 2015年第04期

    提出了一种新的星载GPS实时定轨方法,该方法以伪距作为主要观测值,通过在卡尔曼滤波模型中设置参数来吸收广播星历中的轨道误差与钟误差,从而实现亚米级精度的实时定轨。采用自主研制的实时定轨软件SATODS对GRACE-A卫星的实测数据模拟实时处理,结果表明:采用本文方法后,实时定轨的位置精度和速度精度(3DRMS)分别可达0.4~0.6 m与0.4~0.6 mm/s;相比于传统的伪距实时定轨精度可提高40%。

  • 双向互选最近邻准则下的多目标TDOA无源定位

    作者:修建娟 汪望松 孙鹏 期刊:《宇航学报》 2015年第04期

    为有效解决多目标无源定位中的数据关联难题,提出双向互选最近邻多目标数据关联算法。该算法借鉴全局最近邻思想解决多目标到达时差(TDOA)测量数据关联问题,在设置检测门限对时差测量数据进行关联初选的基础上,将所有目标和初选后数据的关联配对关系进行全局考虑,通过对初选后数据的前后向互选来解决多目标时差测量数据的正确关联问题。该算法在从众多时差测量数据关联配对点中提取真实目标位置的同时,可有效解决时差无源定位中的定位模糊问题,算法模块也可应用到多星测时差、测向-测时差等无源定位系统中。仿真结果表明,该算法能有效解决多目标时差测量数据的关联问题,最终实现对多目标的无源定位。

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