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编队卫星模拟器运动参数视觉测量方法及试验研究

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编队卫星模拟器运动参数视觉测量方法及试验研究

作者：夏齐哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

21世纪以来,高新技术在空间信息领域飞速发展,小型卫星编队组网的优势越来越明显,它不仅可以收集到更多的数据,而且执行任务的灵活性比单颗卫星要高。编队卫星协同飞行作为航天器的一种全新空间应用,存在诸多的关键技术需要进行地面仿... 详细信息

21世纪以来,高新技术在空间信息领域飞速发展,小型卫星编队组网的优势越来越明显,它不仅可以收集到更多的数据,而且执行任务的灵活性比单颗卫星要高。编队卫星协同飞行作为航天器的一种全新空间应用,存在诸多的关键技术需要进行地面仿真验证工作,各国的研究机构也将编队卫星物理仿真验证平台列为了重点的研究方向。外部视觉测量手段实现卫星运动模拟器运动参数的测量确定,是编队卫星验证平台的一项关键技术,有着深远的研究意义和广泛的应用前景。本文以编队飞行物理仿真验证平台项目为依托,重点对该项目中外部视觉测量系统的硬件搭建、算法建模及试验方法等进行了研究。在综述国内外编队飞行地面模拟平台及视觉测量发展现状的基础上,通过比较各种视觉测量技术方案的特点,结合实际工程的环境约束,分析并确定了外部视觉测量系统以单目视觉为工作方式的总体实施方案。依据该实施方案,以获得卫星运动模拟器高精度、高实时性的运动参数为根本目的,选定了搭建工作所必需的硬件系统,其中包括测量标志器、外部测量相机(含配套镜头)及综合控制台等。此外,开展了相关算法的建模工作,研究了基于亚像素精确定位技术的灰度平方加权中心定位算法、外部测量相机的内参数标定算法及运动参数求解算法。在上述研究的基础上,本文对测量标志器标志点的单点定位精度、测量标志器的静态重复定位精度及系统的动态测量精度进行了具体的试验研究,并获得了较为理想的系统性能参数。

关键词：卫星模拟器视觉测量立体标志器运动参数

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基于非线性预测策略的多卫星模拟器编队控制

基于非线性预测策略的多卫星模拟器编队控制

作者：杨瑞恺哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着人类成功步入太空,卫星的应用领域越来越广泛,而多个卫星组成的卫星编队较单个卫星更容易完成复杂的航天任务。在组成卫星编队的系统中就需要考虑到系统的结构特性,即控制器单元、传感元器件、执行机构在空间中独立分布,因此想要在... 详细信息

随着人类成功步入太空,卫星的应用领域越来越广泛,而多个卫星组成的卫星编队较单个卫星更容易完成复杂的航天任务。在组成卫星编队的系统中就需要考虑到系统的结构特性,即控制器单元、传感元器件、执行机构在空间中独立分布,因此想要在各个单元之间实现控制信息和状态信息的传递,就需要借助无线网络来实现。本文提出一种用于网络化非线性多智能体控制系统的成本函数,该成本函数不仅考虑了智能体之间的协调性能,还考虑了各个单体自身的性能。文中使用气浮台作为被控智能体,设计合适的编队方法,提出了基于数据驱动的预测控制的方案来对编队系统进行控制,主动考虑通信约束,最小化成本函数,并对该控制算法进行了仿真实验验证其控制效果,并使用NCSLab实验平台上对气浮台进行了全物理仿真实验,证实了该方法的有效性。首先对卫星模拟器的构造和运行特点进行了介绍,并通过实验的方式对卫星模拟器的部分参数进行了直接或间接的测量,得到实物数据。借助基础力学和刚体动力学的知识,以实验所用的大理石平台为基础建立起了惯性坐标系和卫星模拟器的体坐标系,对其在实验台上的运动状态进行描述,并介绍了编队理论和预测控制理论相关的基础知识,提出了基于数据驱动的预测控制中所用到的成本函数的概念。其次根据卫星模拟器的物理学特性,以质点平动和刚体转动两种运动方式为基础建立卫星模拟器的运动学和动力学方程,并选取了合适的物理量作为状态变量建立了卫星模拟器的状态空间模型,再对其进行离散化处理,建立了卫星模拟器的非线性模型,设计了参数设计界面。针对控制器特点和编队需要,结合领航跟随者法和虚拟结构法的优势设计了虚拟轨迹法,接着对基于数据驱动的预测控制的控制器进行设计,并根据卫星模拟器的非线性模型的输入输出量,确定了控制器模块的输入输出信号,对控制器的稳定性进行了验证,根据所需设计出辅助控制器模块。然后使用基于数据驱动的预测控制控制器对单个卫星模拟器进行控制,完成了对直线轨迹和正弦曲线轨迹的轨迹跟踪仿真实验,通过实验确定了跟踪不同轨迹的最佳控制器参数。使用所设计的编队方法确定编队队形后,对卫星模拟器进行编队控制跟踪目标轨迹,分别选取直线轨迹和正弦曲线轨迹为目标轨迹,确定编队控制中的最佳控制器参数,并且考虑主动补偿可能存在的网络延迟和数据丢失等造成的数据缺失的影响,验证了该控制器具有较好的控制效果。最后通过NCSLab网络化实验室和气浮台全物理仿真实验平台,使用基于数据驱动的预测控制对卫星模拟器进行了全物理实验,使得卫星模拟器可以稳定快速的跟踪上目标直线轨迹,并且具有较好的抗干扰能力。

关键词：卫星模拟器数据驱动预测控制轨迹跟踪编队控制

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旋翼式卫星模拟器动力学分析与控制系统设计

旋翼式卫星模拟器动力学分析与控制系统设计

作者：魏彦彪哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

卫星模拟器作为卫星地面仿真实验必要的部分,近年来应用广泛。高校争相研发微小卫星的形势,也促进了卫星模拟器的发展。但传统卫星模拟器由于采用喷气和动量轮,其造价昂贵,实验过程繁琐,难以广泛应用。而旋翼造价低廉,使用方便,可以替... 详细信息

卫星模拟器作为卫星地面仿真实验必要的部分,近年来应用广泛。高校争相研发微小卫星的形势,也促进了卫星模拟器的发展。但传统卫星模拟器由于采用喷气和动量轮,其造价昂贵,实验过程繁琐,难以广泛应用。而旋翼造价低廉,使用方便,可以替代喷气和动量轮作为卫星模拟器的机动和调姿执行器。本文针对卫星地面试验方案设计,提出了一种以旋翼作为执行器的卫星模拟器。首先,完成了对于卫星模拟器的结构设计,为未来的地面试验提供了一套完整的实施方案。本系统设计了基于八个旋翼的卫星姿态执行系统和基于气浮系统的零重力仿真环境,主要由卫星模拟器,双目视觉系统和无线通信系统等子系统组成。针对各子系统,分别介绍了卫星模拟器的结构,双目视觉系统的组成和工作模式,无线通信系统的组成和工作模式。接着,完成了旋翼式卫星模拟器的动力学模型的建立,包括旋翼动力学,气足动力学、碰撞动力学和基体动力学。首先基于空气动力学完成旋翼动力学中的推力模型、推力逆模型、转矩模型和接触碰撞的推导。接着基于赫兹理论,提出以气膜替代物来模拟压缩气体消除摩擦、提供微重力环境的功能,并经过对气足气膜的分析,得出其替代物所需的刚度及承载能力。最后在动力学建模软件MBSim中完成了对卫星模拟器动力学模型的精确搭建,为后续的仿真实验建立了理论基础。最后,基于旋翼式卫星模拟器的特点,设计了旋翼式卫星模拟器的控制系统,包括了三种控制策略和三种旋翼输出策略,并基于旋翼式卫星模拟器控制系统的冗余驱动特性,设计了控制分配策略。结合MBSim中建立的卫星模拟器动力学模型,应用Simulink软件建立了控制程序,并实现了MBSim和Simulink的联合仿真。通过对控制策略的组合和仿真,得到了各控制策略的控制效果,并对控制效果产生的原因进行了分析。经过仿真和分析得出带死区的PD控制策略+无死区旋翼输出策略仿真效果最好,可以进行试验验证控制效果;基于神经网络的PID控制,提出了两种方法,单神经元自适应PID控制和基于BP网络的PID控制,都取得了良好的控制效果,实现了参数的自适应整定;同时不带死区的PD控制策略+PWM旋翼输出策略也是一种可以考虑的旋翼式卫星模拟器控制策略。以上结论为未来的地面试验提供了可行的控制系统方案。

关键词：旋翼卫星模拟器气浮台冗余控制运动仿真

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卫星模拟器在卫星授时接收机测试中的应用

电信网技术 2017年第9期 42-46页

作者：李曙方胡昌军潘峰中国信息通信研究院技术与标准研究所宽带网络研究部

首先介绍了采用卫星模拟器进行授时接收机测试的优势,然后对基于卫星模拟器的授时接收机功能测试项目进行了说明,并给出基于卫星模拟器性能测试结果并与真实环境下的测试数据进行了比较,最后提出了卫星模拟器应用于授时接收机测试的若... 详细信息

首先介绍了采用卫星模拟器进行授时接收机测试的优势,然后对基于卫星模拟器的授时接收机功能测试项目进行了说明,并给出基于卫星模拟器性能测试结果并与真实环境下的测试数据进行了比较,最后提出了卫星模拟器应用于授时接收机测试的若干注意事项。

关键词： 5G 卫星模拟器卫星授时接收机测试

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卫星模拟器技术分析及应用

卫星模拟器技术分析及应用

第三届全国虚拟仪器大会

作者：朱杰郎宏山刘爱民中国气象局国家卫星气象中心

卫星数据模拟器是卫星地面接收系统、运行控制系统、计算机与网络系统及数据预处理系统联调和测试的重要依据。本文介绍了卫星模拟器的组成,阐述了模拟器的工作原理,分析了模拟器研制涉及到的部分关键技术,并对其在国家卫星气象中心北... 详细信息

卫星数据模拟器是卫星地面接收系统、运行控制系统、计算机与网络系统及数据预处理系统联调和测试的重要依据。本文介绍了卫星模拟器的组成,阐述了模拟器的工作原理,分析了模拟器研制涉及到的部分关键技术,并对其在国家卫星气象中心北京气象卫星地面站卫星地面接收系统联调期间的应用情况做了总结,对出现的故障予以分析,同时给出了切实可行的解决方案。

关键词：卫星模拟器技术分析应用

来源： cnki会议评论

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可实时重构的国际C站卫星模拟器

飞行器测控学报 2004年第1期23卷 15-20页

作者：杨再兴中国西安卫星测控中心厦门站，福建厦门361023

我国自行研制的国际标准C频段统一测控系统,配置了功能齐全的卫星模拟器,但其一星一模拟器的方式已不能适应当前多星管理和未来星座管理的需要.本文旨在探讨利用现有的微波宽带器件技术和软件无线电技术,用一套硬件系统,根据需要实时重... 详细信息

我国自行研制的国际标准C频段统一测控系统,配置了功能齐全的卫星模拟器,但其一星一模拟器的方式已不能适应当前多星管理和未来星座管理的需要.本文旨在探讨利用现有的微波宽带器件技术和软件无线电技术,用一套硬件系统,根据需要实时重构成所需卫星的模拟器,达到多星共用一套模拟器,实现小型化、实时性的目的.

关键词：卫星模拟器国际标准 C频段统一测控系统卫星管理实时重构

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静止轨道风云四号气象卫星模拟器研究

测控技术 2023年第9期42卷 38-43页

作者：郭强韩琦谢利子国家卫星气象中心运行控制室北京100081 中国气象局中国遥感卫星辐射测量和定标重点开放实验室北京100081

为满足气象卫星地面系统工程研制和应用过程中的卫星模拟仿真需求,分析了新一代静止轨道气象卫星的功能特点和仿真需求,采用模块化集成原则设计了一种气象卫星模拟器技术架构,实现卫星平台、有效载荷和星地接口的综合模拟。研究了遥测... 详细信息

为满足气象卫星地面系统工程研制和应用过程中的卫星模拟仿真需求,分析了新一代静止轨道气象卫星的功能特点和仿真需求,采用模块化集成原则设计了一种气象卫星模拟器技术架构,实现卫星平台、有效载荷和星地接口的综合模拟。研究了遥测遥控、高速数传、姿轨控和数据管理等卫星功能的模拟方法,实现卫星平台系统核心功能和接口模拟,讨论了有效载荷的功能模拟与载荷数据仿真方法,模拟仪器工作模式,并行实时输出载荷仿真数据。根据风云四号气象卫星星地系统特点,研究了系统评估方法和联试方法,从功能完整性、设计指标符合性、系统可用性等方面对系统效益进行评价。综合评估结果表明,该系统能够达到设计和应用要求。

关键词：气象卫星卫星模拟器卫星平台有效载荷数据仿真

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基于软件无线电技术的通用卫星模拟器设计

电子设计工程 2014年第3期22卷 117-119页

作者：金华松鲁新龙邱冬冬中国卫星海上测控部江苏江阴214431

航天测控站配备的传统的卫星模拟器功能单一,通用性差,已经不能满足目前卫星发展的多种测控体制、多种卫星平台的实际需求。为满足这一需求,研究了一种基于软件无线电技术的通用卫星模拟器,在70 MHz中频上进行数字化处理,实现了多体制... 详细信息

航天测控站配备的传统的卫星模拟器功能单一,通用性差,已经不能满足目前卫星发展的多种测控体制、多种卫星平台的实际需求。为满足这一需求,研究了一种基于软件无线电技术的通用卫星模拟器,在70 MHz中频上进行数字化处理,实现了多体制、多星共用的功能。该卫星模拟器具有体积小、精度高、稳定性好、操作维护简单的特点。

关键词：通用卫星模拟器软件无线电 DSP FPGA

基于卫星模拟器的卫星故障仿真系统设计与实现

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装备指挥技术学院学报 2011年第5期22卷 63-67页

作者：陈琦于少霖关晖 63999部队

为了对卫星故障进行全面的模拟,并出于对不可预测的卫星故障的考虑,本系统特对如何开发一套灵活、易扩展、可配置、易理解的描述语言来全面表现基于卫星模拟器的卫星故障进行了研究,并对不同型号卫星遥测参数的组帧多样性进行了分解,以... 详细信息

为了对卫星故障进行全面的模拟,并出于对不可预测的卫星故障的考虑,本系统特对如何开发一套灵活、易扩展、可配置、易理解的描述语言来全面表现基于卫星模拟器的卫星故障进行了研究,并对不同型号卫星遥测参数的组帧多样性进行了分解,以＂位＂为单位细化遥测信息配置表,设计了通用且扩展性好的卫星故障脚本语言、描述器及遥测处理组件,实现了基于卫星模拟器的高效、易扩展、灵活可配的卫星故障仿真系统。

关键词：卫星模拟器故障仿真脚本语言