摘要：在地面运控子网和载荷信息网中设计IPsec、GRE或RFC2003三种IP隧道协议,通过平台信息网和天地测控网,封装的用户数据包能在天地通信链路中路由,以支持在轨载荷和地面运控终端之间端到端的灵活通信。设计支持IP隧道协议通信的天地一体化信息网络架构,给出各级路由器的设置和网段IP地址分配,计算和分析出三种IP隧道协议的通信效率与实时性。分析结果表明,采用IP隧道协议对改变传统地面运控模式、提高运控效率具有重要意义。

摘要：天宫二号紫外前向光谱仪是一种对全球中层大气进行大气痕量气体垂直分布探测的新型光谱仪,在对大气痕量气体进行反演中,需要高精度地计算观测大气的高度参数等几何位置参数。本文针对该光谱仪的几何成像特点,设计并提出了一种高精度的大气高度的计算方法。首先,计算传感器坐标系下的观测矢量;其次,利用平台的轨道参数、姿态及成像时间等成像几何参数,推导出传感器坐标系到地心固定坐标系的转换矩阵,同时将观测矢量转换到地心固定坐标系下;再次,以标准地球椭球体为基准,建立经过临边切点的虚拟椭球体模型,并计算切点的地理坐标;最后,依据切点坐标推导出切点的临边高度。与理论值对比分析,在相同地球临边高度对应的散射光谱幅亮度分布保持一致,并且与美国OMPS载荷反演的O3结果进行定位误差分析,高度误差小于1pixel,在2km范围内,从而验证了本文所提算法的可行性和正确性。

摘要：利用较少数目低轨卫星构建星座实现对特定区域的密集观测任务是2016年第8届中国力学学会全国空间轨道设计竞赛乙组题目的主要内容.本文描述了中国科学院空间应用工程与技术中心的设计方法与结果(该设计结果获得本届竞赛一等奖).针对地面特定区域内225个目标点重访周期小于1 h的观测需求,采用了基于多条共星下点轨迹构建卫星星座的设计方法,旨在使得所需要的低轨卫星颗数最少.星座设计方法包括建立"圆形回归轨道-目标点"数据库、全局搜索可观测所有目标点的圆形回归轨道以及共星下点轨迹卫星星座轨道参数求解等3个主要步骤.设计结果验证了该方法在求解较少卫星颗数、地面特定区域多目标点密集观测问题的有效性.该设计方法有望拓展为低轨卫星星座设计的一类通用方法.

摘要：面向天宫二号应用任务各类不同机理的先进科学实验类载荷和对地观测载荷的数据处理、存档管理、质量分析、运营服务和数据应用研究等方面的需求,研制建设了一套业务功能覆盖全面、支持能力突出、技术特色鲜明的一体化地面数据处理与服务系统,实现了多源海量数据自动化并行处理、高精度标准化产品生产、高效数据存档与可视化管理、数据质量分析与控制、在线分发服务及运营等功能.本文总结了国内外航天地面数据处理与服务系统现状及发展趋势,分析了天宫二号应用任务空间科学与应用数据在处理、管理、共享服务等方面的技术要求,系统性地设计了地面数据系统的整体架构、业务流程、功能与接口等,详细设计并实现了数据并行处理与产品生产、可视化数据存储与管理、系统运行管理与控制、数据质量分析与控制及数据在线共享服务等方面的业务功能,进一步分析了新型对地观测载荷高精度数据处理、业务流程高并发调度与管控技术等关键技术问题并阐述了具体解决方案.该系统已稳定运行三年,为国内外广大科研工作者累计提供了超过48 TB的数据产品,为中国载人航天工程空间应用各领域科学研究、成果产出及应用推广发挥了重要的地面数据系统技术支撑与保障作用.

摘要：远距离逆行轨道(DROs)是地月空间中一族稳定的周期轨道,适用于地月空间站等长期任务。为维持任务的长期存在,交会对接及编队飞行等任务是必要的。因此有必要分析远距离逆行轨道上的近距离相对运动解,并进行编队设计。首先,基于Floquet理论得到了远距离逆行轨道上的近距离线性化相对运动的基础解集,并对其解进行了分类与分析。其次,以基础解集中的自然周期解为基础设计了伴飞编队,并对其特性进行了全面分析。之后,针对圆形受控绕飞编队做了详细的分析,可用于指导后续受控编队的设计。最后,设计了两点之间的安全转移编队,可用于任意两点之间的转移,并保证转移过程中主星与副星之间具有足够的安全距离。

摘要：针对参数未知的空间目标操控问题,考虑空间机器人负载不确定性、系统动力学不确定性和环境扰动等因素,为实现操作过程的稳定控制及机器人轨迹的有效跟踪,提出一种基于径向基神经网络估计不确定项的自适应增益非奇异终端滑模变结构控制器。首先基于拉格朗日法建立空间机器人的刚体动力学模型。考虑空间机器人基座姿态主动控制模式,使用径向基神经网络对模型中的不确定项进行估计。进而提出基于神经网络估计的非奇异终端滑模控制器,并针对不确定性和扰动的估计误差设计自适应增益,以期实现空间机器人系统轨迹跟踪控制的收敛。仿真校验结果表明所设计的控制方法具有较好的误差收敛速度和控制精度。

摘要：针对中国空间站舱内悬浮实验台微重力水平最优的控制问题,考虑舱内运动行程空间约束及各类不确定性因素的影响,以不同时长下的最优微重力水平为目标,提出基于凸优化的空间站舱内悬浮实验台自主轨迹规划方法和基于误差反馈控制的轨迹跟踪方案。介绍悬浮实验台的结构,建立空间相对运动动力学模型,并将其线性化;通过凸优化的方法求解微重力水平最优的运动轨迹及相应的控制力序列;设计基于误差反馈的PID跟踪控制律,兼顾微重力水平的同时实现对优化轨迹的快速跟踪控制。数值仿真结果表明:当微重力科学实验时长需求为1 h时,最优微重力水平可达9.121×10^(−6)m/s^(2)。基于凸优化的空间站舱内悬浮实验台自主轨迹规划方法和基于误差反馈控制的轨迹跟踪方案,能够实现指定时长需求的最优微重力水平,给当前中等时长(1 h)最优微重力水平问题提供了解决思路,提升了中国空间站舱内悬浮实验台的应用价值。

摘要：为了满足空间任务实施过程中对航天器部件的精细定位需求,针对相同类别部件易出现的混淆问题,本文提出了一种基于孪生网络结构的航天器部件追踪算法。首先通过神经网络模型将航天器部件追踪问题描述为基于数据驱动的航天器部件相似性度量问题,以改进AlexNet网络结构为孪生单元设计本文所用孪生网络模型。其次,使用公开大型数据集GOT-10k训练孪生网络,以随机梯度下降作为网络优化方法,提升网络表征能力。最后针对航天器同类部件外观相似造成的定位混淆问题,提出一种结合运动时序特征的追踪策略,提高了追踪精度。以ESA公开的航天器视频数据作为测试数据,验证所提出算法性能,实验结果表明:本文所提出算法在未使用航天器相关数据训练的条件下,在舱体与太阳能帆板追踪结果交并比达到57.2%与73.1%,速度达到38 FPS,基本满足航天器部件追踪稳定可靠、精度高、抗干扰能力强等要求。

摘要：在微重力落塔释放载荷舱时,由于机械应力、摩擦力等的干扰,会产生旋转力矩和加速度突变,影响载荷舱内的微重力水平。为此,提出了通过主动控制释放电磁力减缓应力影响以提高微重力水平的工作方式。首先对舱体的姿态与位置进行了动力学解耦分析。然后对三自由度控制模型进行了研究,并提出了优化的释放过程运动规划曲线。对比了多种不同释放方式和释放策略的仿真结果,最后设计了释放系统样机,实现了上述电磁释放的运动规划与闭环控制。实验结果表明,与直接释放相比较,所提出方案可以实现载荷舱在0.15 s内从零加速度到重力加速度的平稳过渡,水平方向的加速度扰动幅值降低到3.7%,有效减缓释放过程中的转动干扰,提高载荷舱内的微重力水平。

摘要：在空间科学探测中,通常采用静电悬浮加速度计测量低频准稳态微重力信号,但其体积较大、成本较高。高精度石英挠性加速度计体积小,技术成熟,但用于微重力信号测量时,高频噪声抑制不充分将导致频谱混叠、微重力低频测量精度降低。提出了一种将石英挠性加速度计改造为小量程、高精度的微重力加速度测量系统方案,其核心指标是噪声抑制和抗混叠性能。通过电路建模、仿真,验证了频谱混叠对低频微重力测量的影响以及抗混叠滤波器和过采样技术的有效性。测试实验结果表明,该加速度测量系统的低频噪声水平可以达到10^(-7)g/√Hz,分辨率0.12μg,低频至0.001 Hz,显示出了石英挠性加速度计用于微重力测量的精度潜力。