新技术在改变我们生活的同时,也在加快我们探索宇宙的速度。随着卫星技术和应用不断地发展,人们对降低卫星成本、减小风险、加快研制和部署周期的需求越来越迫切。近年来小型卫星的发展应运而生,小型卫星体积小、轻便、个性化强、制作成本低,并已实现了诸多的突破,获得了很多的关注,带来了一系列卫星研制的新理念和新模式。依据小型模拟卫星的工作要求,本文设计了一种体积不超过1000立方厘米,总重量不超过1000克,具有轻型化、能准确定位的小型模拟卫星,底部将另配有气浮板可使得该小型模拟卫星与其他物体之间无摩擦移动,用于模拟卫星运动姿态的运动;提出了一种基于计算机视觉的动态定位方法,设计了一个控制系统以实现小型模拟卫星运动仿真。同时针对该小型模拟卫星的关键结构件进行仿真分析、拓扑优化、增材制造试制及力学测试,比较原模型和优化后模型的刚度,得出最终的小型模型卫星设计。小型模拟卫星的整体结构设计主要包括壳体、推板、夹板,夹具设计,纵向的可移动设计等。另外还包括风扇、电机等选型。同时还需要考虑到检测装置的设计、载荷布局设计、材料选择等要求。通过电路板控制和风扇推动相互配合,能够确保该小型模拟卫星在各个方向上的运动,同时通过质心的位置实现装置各个方向的保持平衡,减少了其运动过程中的抖动,实现其结构简单化、功能高度集成化。小型模拟卫星的控制系统通过光流计结合红外测量的方案,使用PID(比例-积分-微分,Propotion-Intergral-Differential)控制算法调整电机转速使风扇产生要求的推力,实时从应变片中测量每个风扇的推力,同时主控芯片从红外测距传感器和光流计中读取距离,从陀螺仪中读取当前角速度,计算后得当前姿态角度,并将这些信息通过WIFI模块上传给上位机来实现小型模拟卫星的运动控制。但是实际测试中该方案不能达到测量位置的要求,所以又提出了一种基于计算机视觉的动态定位方法,通过该方法能够在对识别物体进行特定颜色和形状标记的基础之上,实现对颜色的精准区分,提高定位的有效性和时效性,解决了小型模拟卫星的运动控制问题。该方法已申请一种基于计算机视觉的动态定位方法的发明专利,目前实审中。同时,在小型模拟卫星结构的设计过程中,对连接小型模拟卫星壳体和风扇、电机的关键悬臂结构进行有限元建模。由于实际工作时在风扇的高速运转影响下,该结构件易产生振动,导致位移甚至断裂,产生螺纹连接件脱开等问题,该结构件的优化设计显得尤为关键。用HyperWorks对其进行了静力学、动力学分析,并进行了拓扑优化设计,得到了它的优化设计结构构型,之后基于SolidThinking Inspire软件里的PolyNURBS功能对优化设计结果进行了模型重构,该功能是在优化模型的基础上进行包覆处理,因此能较好地保留结构的拓扑特征。再用三维设计软件进行重建,最后进行增材制造试制和力学测试试验,比较其关键结构件优化前和优化后的刚度。该装置的设计已经申请并授权了实用新型专利。