微纳卫星姿态确定与控制半实物仿真系统设计

航天器姿态控制系统需要特殊的运行环境,在地面很难考核,这给系统可靠性带来一定的风险。针对微纳卫星的特点,设计并研制了一套面向微纳卫星的姿态确定与控制半实物仿真系统。该系统通过数字化模型模拟卫星姿态轨道运动、敏感器模型产生敏感器测量数据、执行器模型生成控制力矩、敏感器模拟器实现通信协议,最终实现姿态控制系统的全系统仿真。这套系统可以接入卫星控制系统回路,实现对姿控系统软件、硬件的考核,同时验证算法的性能。基于该系统,对天拓三号卫星姿控系统进行地面半实物仿真,并对比在轨试验数据,结果表明系统设计合理,仿真结果可信。     

基于代理模型的卫星系统仿真优化平台

针对既定目标,采用卫星系统进行协同观测可以最大化卫星系统的整体效能,如何对卫星系统的轨道或载荷参数设计是一个设计空间大、设计变量多的优化问题。对此,采用基于代理模型的仿真优化,通过改进广义模式搜索算法在设计空间中搜索最优解,并以此为核心设计开发卫星系统仿真优化平台。该平台集成问题建模、仿真优化和结果评估显示,为用户提供设计和改进卫星系统方案的方法和依据。采用该平台对卫星系统设计实例进行优化,通过对比发现,平台的优化结果稳定性和优化效率优于STK-Analyzer。     

基于LSTM模型的卫星电源系统异常检测方法

针对卫星电源系统在轨运行状态检测问题,提出一种基于长短期记忆(Long-Short Term Memory,LSTM)模型的卫星电源系统参数异常检测方法。在利用LSTM模型对卫星电源系统参数进行预测的基础上,以预测参数数据与实际参数数据差的绝对值最小为目标对模型进行训练,采用模型预测的参数时间序列与模型训练误差生成的动态检测门对实时参数进行检测,从而实现卫星电源系统的异常检测。通过对实际在轨某卫星电源系统参数遥测数据的验证,结果表明:该方法能有效地对卫星电源系统进行异常检测。     

近极轨微纳卫星星座高速数传模型路由算法

基于近极轨微纳卫星星座在高速数据传输模型下的网络特点，给出近极轨微纳卫星星座的高速数据传输的模型，分析适用于该模型的路由算法，推导该路由算法开销的计算方式，说明了算法在高速数传模型下的不足；给出算法的改进策略；利用NS3网络仿真平台建立微纳卫星星座高速数传网络场景，仿真了该场景下采用改进路由算法前后的关键性能指标。研究结果表明：在近极轨微纳卫星星座构建的高速数据传输网络中，改进算法在使得吞吐率和分组到达率有所提升的同时，显著降低了网络系统路由开销，微纳卫星高速数据传输网络的性能得到优化。     

基于HLA的卫星探测能力仿真评估系统研究

根据卫星探测舰船目标的特点以及高层体系结构(HLA)的原理,研充卫星探测能力仿真评估问题.提出了分布式、模块化、易扩展的卫星探测能力仿真评估系统结构,并根据该系统的功能结构进行了对象类和交互类的设计开发,并具体介绍了联邦成员的实现过程.仿真结果充分验证了模型和方法的有效性.仿真系统的研究开发可以为整个卫星应用系统作战效能的分析评估提供平台和依据.     

天基红外预警卫星系统及其探测能力分析

天基预警卫星系统是防御系统的重要部分,对其发展现状和探测能力的研究具有重要意义.主要针对美国NMD系统中的天基红外预警卫星系统,介绍了天基红外预警卫星系统的发展现状、系统组成及其工作过程.根据已知的卫星本身及星载探测器的性能参数,利用STK软件建立了天基红外预警卫星系统的仿真模型,并根据仿真结果分析了天基红外预警卫星系统对目标的探测能力.     

仿真卫星军事应用效能评估系统的设计与实现

卫星应用系统在现代战争中的应用日益增多,卫星应用效能评估有着重要的现实意义。设计并实现了一个基于仿真的卫星军事应用效能评估系统。该系统根据评估目标编辑效能评估方案,从数据库中选择评估指标并从相关联的仿真实验中提取仿真数据,然后对仿真数据的处理分析和对评价结果进行图形化的表示。     

基于路径规划的敏捷卫星姿态机动反馈控制方法

为了避免奇异状态,单框架控制力矩陀螺(SGCMG)操纵律要求框架角进行快速转动,需要消耗较多的能量,并会对SGCMG和卫星系统带来一系列潜在危害。针对该问题,提出基于路径规划和反馈控制相结合的姿态机动控制方法。根据固定时间姿态机动的任务需求,以能量为优化指标,采用伪谱法优化机动路径并回避奇异状态;将最优控制量作为参考数输入,并利用基于系统限制状态的反馈控制方法消除不确定性和扰动的影响。反馈控制基于名义输入进行数值积分得到的预测状态量,并与期望终端状态比较形成控制误差信号。该方法将卫星和SGCMG作为整体规划姿态运动,能够有效避免奇异状态。结合工程实际,在闭环控制仿真中考虑了卫星角速度和SGCMG框架角的初始偏差。仿真结果表明:本文算法能够有限避免奇异状态,且能消除初始姿态角速度和框架角不确定的影响。     

多全球导航卫星系统联合的探月飞行器轨道定位分析

针对探月飞行器月球公转轨道上的卫星导航定位问题,以高轨道飞行器卫星导航定位的研究为基础,采用多全球导航卫星系统联合定位的方法进行仿真。分析了载波功率与噪声功率密度比为15d BHz的弱信号捕获门限下,各系统联合定位时波束主瓣和旁瓣的可用性,同时对各系统联合情况下的精度因子值进行分析。仿真结果表明:当接收到的卫星天线辐射的主瓣和旁瓣信号均高于载噪比门限时,全球导航卫星系统的三系统或四系统的联合能满足实时定位条件;而旁瓣损耗不加以补偿时,接收信号载噪比低于门限并导致任意联合方式均无法完成定位。各系统联合的精度因子分析表明:单系统或双系统联合的几何精度因子变化剧烈,四系统联合相比三系统联合的几何精度因子下降16.93%;三系统联合定位方案中,美国全球定位系统、中国的北斗卫星导航定位系统与欧洲的伽利略卫星导航定位系统联合方案的几何精度因子值变化最平稳,为最佳选择。理论分析和仿真结果为探月飞行器定位技术研究和星载多系统接收机设计提供参考。     

舰艇新型平衡变压器及其应用

针对舰船电力系统带单相负载运行引起的三相不平衡问题,首先设计了一种适用于舰艇电力系统的新型平衡变压器,给出了变压器的基本结构,并推导出其数学模型,分别建立了电磁关系和原副边电流关系,有限元仿真证明了所设计的平衡变压器能够实现两相对称系统到三相对称系统的转换,验证了理论推导的正确性;然后,提出了一种基于新型平衡变压器的舰船单相负载供电方式,开展了MATLAB仿真,结果表明:应用平衡变压器后电网电流不平衡度更低,负序特性更好;最后,研制了1 kW实验样机,并进行了性能测试,实验结果与理论分析、仿真结果是一致的。     

锂电池储能在电磁发射中的应用

随着电磁发射技术的发展，储能环节成为其中不可或缺的一部分。对基本储能单元需求进行分析，以用电系统功率和能量需求为牵引，以储能系统体积重量适装性最优为目标，充分对比现有各类电池参数指标，从安全性、功率密度、能量密度和循环寿命四个方面进行考虑，确定基本储能单元类型为锂电池。面对舰上不同电磁发射设备电压、电流的需求，需要研究能够实现锂电池组快速灵活串并转换的拓扑结构。在实现电池组稳定并联之前，需保证电池组的一致性，因此需计算出电池荷电状态并进行均衡；针对短脉冲大倍率连续放电工况下荷电状态估算不准确的问题，提出以蓄电池组作为研究对象，采用动态辨识方法进行估算。由于各电池组之间存在不一致性，并联起来放电时可能导致输出电流不均衡，使得本来就处于高倍率放电的电池组超限使用，因此将提出一种电池组均流方法来解决此问题。     

基于SVPWM的军用储能电源双闭环模糊控制

传统整流器的接入会给电网带来大量谐波和无功污染,为了削减电网侧的电压谐波分量,提高军用储能电源充电系统的功率因数,提出一种基于空间电压矢量PWM的新型闭环控制方法。在建立三相电压型PWM整流器的数学模型的基础上,分析了储能电源整流环节的双闭环控制结构,引用模糊逻辑对双闭环控制方法进行改进,利用模糊比例积分(PI)控制算法设计电流内环,系统可以实现PI参数的自适应调整。通过仿真验证了该方法的有效性,采用双闭环模糊PI控制的PWM整流器可以实现单位功率因数运行,保证输出的直流电压稳定,抗干扰能力强,具有良好的动态响应。     

新型串联锂离子电池组主动均衡电路设计

为解决串联锂离子电池组电压均衡问题,提出了一种新型主动电池到电池均衡电路。该电路主要包括N+5个双向开关以及一个LC谐振电路,其中,N表示电池组中电池的数量。利用LC串联谐振电路能够直接将能量从最大充电电池传输至最小充电电池,无需使用多绕组变压器。并且在零电流开关条件下,运行电路中的所有开关能够减少平衡所用功耗。通过10节串联锂离子电池的实际测试,结果显示相比常规均衡电路,提出的电路能够实现快速平衡并且传输效率更高。当均衡功率为0.48 W和2.04W时,实测功率传输效率分别为92.7%和79.2%。     

星上路由查找设计与算法实现

针对星上路由器的路由查找功能展开研究。通过分析比较多种路由查找算法,利用软硬件协同设计的思想,给出了星上路由查找的设计与适合硬件查找的Trie树实现。给出了算法实现程序,通过实例分析了算法的优点。结果表明设计可以满足宽带卫星通信系统业务的需求。     

采用多模式控制的电磁发射蓄电池充电谐波抑制方法

针对电磁发射蓄电池组大倍率快速充电过程中的电网谐波陡增问题，提出多模式模糊滞环控制谐波抑制方法。结合电磁发射混合储能系统的时序串联拓扑结构，说明蓄电池的超大倍率充电应用工况和策略，进而介绍蓄电池充电的拓扑结构，明确谐波的来源、特点和产生原因。在分析单台充电机充电时的电网谐波电压和谐波电流的基础上，研究不同充电机并充台数、不同充电电流情况下电网谐波电压和谐波电流的分布规律。设计多模式控制方法的组成方式和切换判据，建立蓄电池充电机、瞬时无功功率检测、谐波抑制、多模式控制的仿真模型。仿真和试验数据表明：谐波抑制方法能够快速抑制电磁发射蓄电池充电机大规模启停、波动时的谐波陡增问题，补偿效果满足国家标准。     

基于混合星座的卫星导航系统功率增强服务性能分析

在导航战中,卫星功率增强技术是提高战区卫星导航系统生存能力的重要措施.针对导航战背景下如何保持Compass系统对我国领土及周边区域导航服务能力的问题进行了研究,提出了一种基于混合星座和最优GDOP值准则的卫星导航系统功率增强方案,并就功率增强覆盖区域在不同实现方式条件下的覆盖性、可用性和实现复杂度等性能进行了对比分析.分析结果表明,采用“5GEO +4MEO”的功率增强组合形式,可以实现对我国领土及近海区域的全天时覆盖,可用性水平达到100％( GDOP ＜6.3),同时具有实现复杂度低和系统稳定性好等特点,可作为我国区域功率增强的备选方案.     

方波电机驱动装甲车制动过程泵升电压研究

再生制动是电动车辆最常见的制动方式.然而,在没有大容量蓄电池吸收能量的情况下,再生制动将产生很高的泵升电压.通过分析再生制动过程,提出了用控制占空比的办法抑制泵升电压.该方法通过数字控制实现,无需改动硬件,控制简便.计算机仿真和样机实验结果表明,该方法可迅速抑制泵升电压,并具有很好的制动效果.     

基于粒子群优化算法的平流层飞艇总体设计

平流层飞艇总重最小化能一定程度上反映总费用最低的设计目标,满足有效载荷功率需求是飞艇总体设计的出发点和落脚点。本文在飞艇参数建模中引入了太阳电池曲面铺装模型以及昼夜能源闭环模型;以整艇重量最小为设计目标,以昼夜能源供需平衡、浮重平衡、推阻平衡三大平衡问题为约束条件,运用粒子群优化（PSO）算法对飞艇的外形尺寸参数进行优化设计;分析了有效载荷功率需求和功率密度对于飞艇总体设计结果的敏感性。分析结果表明：（1）飞艇总重随有效载荷功率线性增加;（2）飞艇总重随有效载荷功率密度增加而迅速减小,但变化率逐渐变小,飞艇总重趋于稳定。最后,能源系统仿真的结果表明了飞艇总体设计方法的有效性和设计结果的临界特性。