空间机器人组装超大型结构的动力学分析北大核心CSCD

超大型航天结构具有超大柔性、超低固有频率的特点,空间机器人在轨组装时应尽可能避免激起超大型结构的柔性振动.空间机器人组装超大型结构模块的过程分成抓捕阶段、位姿调整与稳定阶段、安装阶段和爬行阶段.通过对安装阶段的动力学与控制研究,提出共线安装的轨迹规划方法,有效避免了柔性结构振动.首先,采用自然坐标法和绝对节点坐标法建立主结构-空间机器人-待组装结构的在轨组装系统动力学模型.然后,将共线安装的要求转化为空间机器人的轨迹规划约束,要求空间机器人质心到主结构/待组装结构的距离保持不变,实现共线安装的轨迹规划.数值仿真表明:提出的组装方法在组装过程中可有效避免超大型结构的横向运动,降低夹持力矩.最后,分析了系统参数对组装过程动力学响应的影响,为超大型航天器的在轨组装提供了参考.     

在轨组装空间结构面向主动控制的动力学建模

在轨组装是未来超大型空间结构最有发展潜力的构建方式之一,组装过程中空间结构尺寸逐渐增长、动力学特性也随之改变,给结构主动控制任务带来了新的挑战.针对这一问题,提出一种在轨组装空间结构面向主动控制的动力学建模方法.首先,建立不同类别组装模块的基础模型库,以用于后续直接调用;然后,定义模块的邻接关系矩阵以描述在轨组装过程中空间结构的变化,并根据在轨组装任务特点,设计了面向分布式控制的智能组件结构形式;在有限元建模方法的基础上提出"节点自由度加载"方法,利用模块的基础模型库与邻接关系矩阵,分别建立智能组件和空间结构整体的动力学模型,该模型可随组装的进行同步自适应更新;最后,以在轨组装桁架结构为例,给出组装碰撞冲击下动力学建模与分布式主动控制数值仿真.结果表明,在轨组装过程中桁架结构整体的动力学特性有明显的变化,主动控制非常必要;基于提出的建模方法,可高效地建立构型多样的在轨组装空间结构动力学模型;智能组件的动力学模型在组装过程中可进一步根据邻接关系矩阵限定更新范围,适用于在轨组装过程中的分布式主动控制系统设计.     

CBERS-02B星HR相机内方位元的在轨标定方法

遥感相机内方位元素的在轨标定对遥感图像的定位和测量具有重要意义.利用线阵推扫传感器构像模型,提出了一种对CBERS-02B星HR相机内方位元素进行在轨标定的方法.该方法以内方位元素和姿态角为未知参数,建立地面控制点和相应像点的共线方程组,通过解算共线方程组获得内方位元素.实验证明,用该方法对内方位元素进行在轨标定,具有...     

基于有理多项式模型的高分四号卫星可见光通道面阵成像载荷在轨几何定标

针对我国首颗静止轨道高分辨率光学遥感卫星高分四号（GF4）的可见光通道面阵成像载荷,基于成像模型中内外方位元素的相关特性,提出一种基于先验有理多项式（RPC）模型的在轨几何定标方法,以地面控制点的真实像点和基于RPC模型计算的虚拟像点为观测值,在初始的定标参数基础下重建精确的几何定标参数,实现卫星成像载荷系统性几何误差的补偿。本方法完全避免了传统在轨几何定标构建严格几何成像模型中复杂的辅助数据处理和多个成像坐标系统的转换,建模和解算均极为简单,且定标结果可直接应用于基于严格几何成像模型的地面处理系统。通过一组GF4卫星面阵载荷的真实影像数据实验验证了本方法的有效性和模型的合理性,结果表明：本方法可有效补偿成像模型中的系统几何误差,且得到定标结果与基于严格几何成像模型的传统定标方法几乎一致。     

针对特定场合的图像恢复算法实验研究

介绍了数字图像恢复技术的原理和主要的恢复算法,针对离焦退化、运动退化和高斯退化等不同应用场合,结合各种评价函数分析比较了维纳滤波、约束最小二乘法、Lucy-Richardson和最大熵法在图像恢复中的各自特点。对实际拍摄的离焦模糊图片进行了恢复处理,比较和印证了各算法的特性。总结了各算法在图像恢复中的特点以及各种图像质量评价函数的适用范围。     

狭缝光栅自由立体显示器立体可视区域的研究

提出了反映观察区域某一点是否是合适的立体观察点立体图像质量因子的概念.根据狭缝光栅自由立体显示器的结构和工作原理并应用几何光学知识,分析得出了立体图像质量因子的计算公式,并给出了立体显示器的立体图像质量因子的计算结果.通过定义立体图像质量因子的阈值,得到狭缝光栅自由立体显示器的立体可视区域.     

在轨光学遥感仪器探测灵敏度的建模分析与应用

在分析光学遥感仪器探测信息中主要噪音源的基础上,提出了一种改进空间结构函数分析的仪器探测灵敏度在轨评价方法,包括：基于多项式递推分解的整体噪音估计模型,以及减小系统误差及修正模数转换噪音影响等基本技术途径.仿真结果证实,该改进算法的噪音估计准确度优于传统的高斯估计和基于外推的结构函数分析方法.针对实际观测数据,在去除模数转换噪音影响后,仪器噪音等效温度差指标的在轨评价准确度可达±0.05 K.该评价方法已在FY-2D静止气象卫星在轨测试中得到成功应用.     

封面故事

正实践十号返回式科学实验卫星(简称"SJ-10卫星")工程是专门用于"微重力科学和空间生命科学"空间实验的返回式科学实验卫星,于2016年4月6日成功发射。SJ-10卫星总质量约3600 kg,由长征-2D运载火箭发射,轨道倾角63°,近地点轨道高度220 km,远地点轨道高度482 km。卫星在轨工作寿命15天,回收舱设计在轨运行寿命为12天,12天后回收舱返回地球,而留轨舱将继续在轨工作3天。实践十号将完成     

火星车载激光诱导击穿光谱仪(MarsCoDe)在轨定标样品选取研究

我国首次火星全球遥感与区域巡视探测任务已获批立项,首个火星探测器也即将前往火星。为满足火星物质成分分析的需求,我国研制了不同类型的火星物质成分分析仪器,其中包括火星表面成分探测仪（MarsCoDe）,应用了激光诱导击穿光谱技术（laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS）。火星表面覆盖尘埃,探测仪器想要准确获取火星尘埃之下的物质成分,必须剥去尘埃或者进行破坏从而深入岩层取样。LIBS可以用激光烧蚀待测物体表面,获得深部物质光谱信息,在火星表面探测中具有其他仪器无法取代的优势。LIBS在火星探测中几乎适用于探测每一个元素,包括轻元素H,Li,Be,B,C,N,O等,帮助寻找有机物和含水地质过程的证据。由于LIBS在火星环境工作,等离子体的物理性质与地球上完全不同。为了确保火星车载LIBS返回数据的光谱质量,需要对LIBS在着陆后开展在轨定标。借助火星车的携带在轨定标样品,对探测数据进行在轨定标,确保返回数据的可靠性。定标样品的选择是一项十分重要的工作,存在仪器工程条件限制、定标样品类型的代表性、元素成分分布范围、样品稳定性等多种考虑因素,需满足科学任务的同时达到加工工艺要求。总结了国外已有的火星车载LIBS在轨定标的研究进展,重点分析了LIBS在轨定标样品选择依据、国外选择样品的优缺点,并总结经验提出了几点建议,为我国在轨定标工作提供参考。对火星探测数据的正确解译,对未来研究火星的起源、火星的长期地质演变过程等具有重要的科学意义。