基于倾斜开关曲线的小推力器姿态控制方法分析与准极限环控制方法

研究了利用小推力器进行航天器姿态控制问题。从理论上推导了在给定姿态控制精度、小推力器参数以及倾斜开关曲线参数的前提下,能够形成理想极限环控制效果的充分必要条件。对相关文献中倾斜开关曲线设计方法不能形成理想极限环的情况进行了理论分析,提出了一种新的基于倾斜开关曲线的准极限环控制方法,并推导了其控制精度。研究对于航天器应用小推力器实现高精度姿态控制具有较大的工程应用价值。     

基于磁强计和光纤陀螺的小卫星姿态确定非线性滤波算法

提出了一种小卫星姿态确定的非线性滤波算法,该算法利用三轴磁强计和光纤陀螺作为姿态敏感器。在非线性滤波器的设计中,从两个方面对平方根sigma点卡尔曼滤波方法进行改进。第一,把姿态四元数的矢量部分、光纤陀螺的漂移和噪声组合,得到滤波器的增广状态向量;第二,分别建立向量旋转模型、最优化模型和误差四元数乘法模型来确保非线性滤波过程中四元数的归一化约束。仿真分析结果表明,本文提出的非线性滤波算法能够有效地提高小卫星的定姿性能,与扩展卡尔曼滤波相比,具有较高的精度、稳定性和较快的收敛速度;与无迹卡尔曼滤波相比,收敛性相当,但是精度略优,稳定性和计算效率较高。     

脉冲轮廓建模仿真与去噪

脉冲轮廓是脉冲星的一个重要物理特性,是脉冲星导航的关键观测量。为深入研究脉冲轮廓的理论特性,建立了脉冲星的标准脉冲轮廓数学模型与观察脉冲轮廓数学模型,用指数函数拟合了蟹状星云脉冲轮廓的轮廓函数,并以此为基础模拟了蟹状星云的标准脉冲轮廓。通过模拟非齐次泊松随机打靶实验获得了光子到达时间的仿真测量值,模拟了蟹状星云的观察脉冲轮廓,仿真结果表明该模型能很好地描述巡天观测的脉冲轮廓。对含噪声的脉冲轮廓进行小波阈值去噪,通过数值分析,认为GCV阈值去噪方法对观测脉冲轮廓有很好的去噪效果。     

基于对偶四元数的航天器六自由度相对运动输入有界控制

利用对偶四元数的理论来分析航天器六自由度的相对运动,设计了一种考虑输入有界的姿轨一体化控制器。在介绍对偶数和对偶四元数的基础上推导六自由度相对运动的姿轨耦合模型;利用双曲正切函数绝对值小于1的特性来显式地构造有界控制器,分别设计两个相互耦合的自适应调节律来动态地改变控制器的输出,并基于李雅普诺夫稳定性理论严格证明了闭环系统的全局渐近稳定性;利用数学仿真实验来验证该控制器和控制力满足给定的约束条件,能够实现航天器六自由度相对运动的精确稳定控制,并且对模型参数不确定性和外界扰动具有鲁棒性。与其他方法相比,由该控制器计算得到的控制力矩器的收敛速度更快,输出的控制力矩和控制力的最大幅值更小,且消耗的能量也更少。