基于SPIS地球同步轨道航天器表面充电仿真

航天器在地球同步轨道(GEO)运行时与空间中的大量等离子体相互作用,使航天器表面具有充电效应。当表面电位足够高时发生静电放电现象,产生的电磁脉冲对航天器内部敏感设备正常工作产生影响,甚至威胁航天器工作安全。文章基于欧空局开发的航天器静电仿真软件SPIS,基于PIC粒子分室算法对运行在地球同步轨道上的航天器表面充电效应进行仿真计算,得到航天器表面带电规律。结果表明,地球同步轨道航天器充电103s后达到电位平衡,最高电位达-1.05×104V;太阳能电池板外侧与内侧、内侧与航天器主体间存在数千伏电位差,易产生静电放电现象。     

地球同步轨道双基SAR成像方法

地球同步轨道发射、低地球轨道接收体制的天基雷达系统具有观测范围广、抗摧毁和抗干扰能力强、组网灵活等优点.分析发现,该系统中回波的包络不仅与地表场景的斜距有关,还与其方位位置有关,传统的单基SAR成像方法不再适用.本文分析了回波包络的历程,给出了适用于该系统的SAR成像方法.该方法根据多普勒参数以及目标像的几何形变量随接收卫星与发射卫星几何位置关系的变化特征对数据沿方位以及距离向进行分块,并重新构造距离徙动校正和方位匹配函数对回波信号聚焦,最后进行几何形变校正.仿真数据的成像结果证明了方法的可行性.     

地球同步轨道SAR快速BP成像算法

地球同步轨道合成孔径雷达（Geosynchronous Synthetic Aperture Radar,GEO SAR）轨道高,合成孔径长,采用局部近似处理的后向投影算法（Local Back Projection,LBP）不再适用。结合传统LBP算法原理,构建了基于LBP的GEO SAR相位误差模型,提出了适用于GEO SAR的LBP成像处理方法。仿真结果表明改进后的LBP算法在保证成像质量与传统BP算法基本相近的同时,将计算效率提升了75倍。     

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.     

地球同步轨道毫米波大气温度探测仪

10月12日，“十一五”重点项目“地球同步轨道毫米波大气温度探测仪”项目验收会在北京召开，国家遥感中心总工程师李加洪、中科院国家空间科学中心主任吴季，中科院高技术局光电窄问处等单位的专家领导出席会议。     

绕月自由返回轨道的应急自主制导算法

嫦娥五号飞行试验器是我国首个采用绕月自由返回轨道飞行的航天器,为了提高其自主运行能力,嫦娥五号飞行试验任务的星上软件需要在出现入轨大偏差情况下,具备在轨自主应急制导策略生成与轨道重构的能力.针对此需求,本文提出了一种适用于在轨自主生成和实施的绕月自由返回轨道应急制导策略.该策略将应急制导策略自主生成问题转化为三体Lambert问题在轨自主求解问题.发展了经典三体Lambert算法,在原算法中引入Quasi-Lambert算法解决了算法边界条件问题.该算法计算量小、计算精度高,可直接瞄准再入点参数,可显著提升探测器的自主运行能力,对未来月球探测和载人登月任务有重要的应用参考价值.     

非合作目标绕飞任务的航天器鲁棒姿轨耦合控制

本文研究了非合作目标强迫绕飞过程中存在外部干扰和参数不确定性以及控制输入饱和约束下的航天器鲁棒姿轨耦合控制问题.首先,根据视线坐标系下的轨道动力学方程和本体坐标系下的姿态动力学方程,建立了满足视线指向要求的航天器相对姿轨耦合动力学模型.其次,针对姿轨耦合模型,基于反步法设计了具有抗饱和能力的鲁棒自适应姿轨耦合控制律,其中利用抗饱和技术设计了饱和补偿器,并结合自适应方法对未知参数和扰动上界进行估计,并基于Lyapunov方法给出了闭环系统的稳定性证明.最后,将提出的控制方案进行了数值仿真和比较,验证了其有效性.     

电波传播对L波段地球同步轨道圆迹SAR重轨干涉性能的影响

不同于常规星载SAR,L波段地球同步轨道圆迹SAR(GEOCSAR)轨道高度高、合成孔径时间长、观测面积大,对流层折射率和电离层电子含量的时空变化将严重影响GEOCSAR重轨干涉性能。基于大气介质时空变化及GEOCSAR干涉信号的特点,从对流层和电离层相位延迟误差、电离层水平变化引起的图像方位向偏移、对流层折射率周日变化和电离层时空随机起伏引起的方位向聚焦性能下降、以及法拉第旋转效应几个方面分析了对流层和电离层对GEOCSAR重轨干涉相干系数、干涉相位的影响,并进行了仿真实验验证。分析以及实验结果表明,对流层和电离层均会对GEOCSAR干涉性能造成不可忽略的影响,其中电离层的周日时间变化和电离层起伏会导致图像散焦,进而严重降低干涉相干性。     

基于地球同步轨道卫星的输电线路山火监测方法研究与应用分析

为了满足输电线路山火易发地区的低漏检、高精度、大范围、高时效性火点近实时监测需求,本文以地球同步轨道卫星影像为基础,提出了一种基于MC-CNN的山火检测算法。通过结合大津算法(OTSU)和上下文算法来增加潜在火点,从而在一定程度上降低火点检测的漏检率;引入PCA算法对输入特征进行优化,构建多通道网络结构,并利用联合概率和PSO参数寻优算法获取不同通道火点识别权重,在加权平均的基础上最终判定火点;同时,采用固定高温热源和太阳耀斑对虚假火点进行去除,以降低误报率。为了验证所提算法的有效性,本文随机选取了2019年至2022年期间输电线路附近历史卫星监测山火案例,并利用已知火点样本对火点反演结果进行验证。计算结果显示,该算法的火点检测精度达到了89.4%。     

利用近景摄影测量制作日照分析用图

随着城市化进程日益加快,人民生活水平不断提高,住房的日照采光逐渐被人们所重视。在为居民、开发商以及相关管理部门提供科学、规范的房屋采光情况时,日照分析起着举足轻重的作用。而如何快速、准确、高效地制作日照分析所需的用图,已经成为日照测量中亟待解决的问题。传统的日照分析用图制作是基于电子全站仪和水准仪实现的,制作过程简单,外业工作量大。本文探讨利用近景摄影测量方法制作日照分析用图,并通过理论和实践证明此方法可行。     

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。     

基于动态约束网络的约束优化分解

约束网络通过对较大规模的任务和问题的分解,传递了并行工程产品开发过程中的各多功能小组之间必然存在的相互制约、相互依赖的关系。在任务和问题简单分解的过程中,由于所得到的子问题之间通常是不能完全独立的,因而只能在有限程度上降低难度、简化问题。在分析了约束求解的研究现状和不足的基础上,提出了一种基于动态约束的约束优化分解方法,使得各个子任务、子问题间的关系得到进一步的分解,从而在满足原要求的基础上,得到优化的结果。     

航天器近距离相对运动的鲁棒约束模型预测控制

航天器在轨服务对近距离相对运动精确控制的需求越来越强.通过引入集合理论,采用鲁棒可变时域模型预测控制和混合整数线性规划,解决了航天器近距离相对运动的鲁棒控制问题,便于处理控制约束和状态约束,对未知有界干扰、推力误差和导航误差具有鲁棒性.首先,针对航天器近距离相对运动过程中向任意目标集的有限时间机动问题,采用离散化C-W(Clohessy-Wiltshire)动力学模型、时间一能量组合优化目标函数和线性约束表示建立了控制问题模型;其次,给出了基于约束压缩的鲁棒可变时域模型预测控制算法,可以确保鲁棒可行和鲁棒完成;引入i-步鲁棒可控集分析问题可行性,通过集合运算将导航误差处理成有界干扰,采用混合整数线性规划完成了控制器设计.最后,数值仿真验证了模型的有效性.     

虚拟环境中基于约束动态解除的产品拆卸技术研究

虚拟拆卸是验证产品可拆卸性与可维护性、确定产品装配序列的有效手段．提出虚拟拆卸过程中配合约束的自动解除方法．随着拆卸过程的递进，根据设计者的交互意图，适时取消零件所受的配合约束．实现了虚拟拆卸过程中零件的约束运动，将运动传感器检测到的设计者手的实际运动映射到虚拟环境中零件的可自由运动空间，以有效地支持虚拟环境中交互拆卸的完成．相关方法在虚拟设计与装配原型系统的研究与开发中得到实现．     

针对GEO目标带的天基光学观测姿态规划研究

为了提高太阳同步轨道卫星对GEO轨道带目标的观测效率,在分析观测位置和传感器视轴指向与太阳同步轨道卫星对静止轨道带扫描速度基础上得到传感器视轴的最佳指向以及对应的GEO带上的最佳观测点,并提出了关于最佳观测点的姿态规划策略,并对在地影影响下有/无姿态机动时的观测效率进行了对比仿真分析.仿真结果表明:对于SBV传感器视场在1.5°×1.5 °时,最佳观测点的控制策略就能够完成对GEO轨道带的完全覆盖,相较于无姿态机动时,对静止轨道带的观测时间可提高一倍.     

基于约束满足搜索算法的测试用例生成策略

针对约束系统中非线性谓词函数、指针、数组等复杂运算的求解问题,运用约束满足搜索算法,通过减少约束方程组中参数变量的个数,逐步缩小参数变量的取值范围,提出基于符号法求解约束的改进算法。对含有非线性谓词、数组的程序实例进行实验,结果表明改进算法能有效生成测试用例。     

基于关联约束非二元弧一致性的约束满足问题求解

弧一致性算法在二元约束满足问题中取得了成功的应用,但并不能被有效泛化至预处理非二元约束满足问题(NCSP).本文提出了处理NCSP的关联约束非二元弧一致性算法.通过随机NCSP生成器产生问题实例,分别采用关联约束非二元弧一致性算法和非二元弧一致性算法进行预处理,并对预处理后的问题实例应用回溯算法进行求解.对比分析采用两种预处理算法和不采用预处理下回溯算法的求解性能,仿真实验结果表明关联约束非二元弧一致性算法可以有效地剔除冗余的约束元组和变量域值,使关联约束非二元弧一致性回溯算法具有更良好的鲁棒性.     

基于活动约束系统的变量化设计

在变量化设计过程中设计对象可以看作是一个几何约束系统,这个系统由几何元素以及作用于几何元素之间的各种约束关系构成。一个复杂的设计对象所对应的几何约束系统往往包含大量几何元素和约束关系,如果不加区别地把所有的几何元素和约束关系纳入变量化求解的范围,则很难满足交互设计的需要。而另一方面几何约束系统又往往是稀疏系统：（1）作用于任一几何元素的约束很少;（2）与任一约束相关的几何元素很少。基于这一事实给出了一种预处理策略从原始几何约束系统中搜索得到一个规模较小的活动约束系统,变量化求解在活动约束系统上进行。该方法已在自行研制的参数化造型系统GEMS5．0中实现。