中国空间科学技术

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精确动力学模型下的火星探测轨道设计

陈杨, 赵国强, 宝音贺西, 李俊峰

null 2011, 31 (1): 8-15. DOI: 10.3780/j.issn.1000-758X.2011.01.002

摘要（5350）

PDF（pc）（479KB）（2959）

首先在二体意义下采用粒子群优化算法（PSO）求解Lambert问题，确定发射窗口和二体地火转移轨道。使用圆锥曲线拼接法设计地心停泊轨道、逃逸轨道，并作为轨道精确设计的初值，以建立在火星的B平面参数和地火转移时间为约束，在精确动力学模型下进行微分迭代修正，最终得到满足约束的精确轨道。将设计轨道在STK软件中仿真，结果吻合。

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在轨空间机器人参数辨识研究

田富洋;吴洪涛;赵大旭;邵兵;孙宏丽;朱剑英;

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摘要（2564）

文章以在轨自由漂浮空间机器人为研究对象,建立了基于空间算子代数的空间机器人运动学模型,研究了机器人本体和所抓取未知目标卫星的参数辨识问题,如本体和未知目标的质心、质量以及惯量张量等参数。首先基于空间算子代数理论建立空间机器人运动学符号模型;然后基于线动量及角动量守恒方程即可对空间机器人本体和未知目标卫星进行未知参数的辨识;随后分析了机器人的参数对辨识过程的影响以及参数辨识对控制规律的影响。在地面实验室中验证了本参数识别方法的可行性以及效果。

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SGCMG框架伺服系统动力学建模与低速控制

金磊, 徐世杰

null 2010, 30 (6): 1-10.

摘要（3819）

PDF（pc）（531KB）（2870）

单框架控制力矩陀螺(SGCMG)框架伺服系统内部存在的各种干扰会严重影响陀螺的力矩输出精度。为了实现力矩输出的高精度控制，需要对框架伺服系统进行精确动力学建模与控制。通过对作用于航天器上SGCMG的详细动力学分析，建立了框架伺服系统动力学模型，其中考虑了动静不平衡干扰力矩以及摩擦力矩。基于正弦永磁同步电机，利用自抗扰理论设计了框架伺服系统内外环控制器。仿真结果表明，在忽略转子不平衡所引起的高频干扰力矩的前提下，此控制器能对内外环存在的所有建模及未建模干扰进行准确估计和补偿，保证了框架的高精度控制。通过仿真还得到了转子不平衡对框架控制精度的影响量级，将为进一步研究如何抑制不平衡振动提供参考依据。

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一种航天器姿态快速机动及稳定控制方法

雷拥军, 谈树萍, 刘一武

null 2010, 30 (5): 48-53.

摘要（3286）

PDF（pc）（264KB）（1928）

针对具有挠性太阳翼板和包括测量噪声、力矩噪声等系统噪声在内的复杂卫星对象，基于特征模型的自适应控制方法，结合多变量跟踪维持控制、逻辑积分控制、逻辑微分控制，设计卫星快速机动快速稳定控制器；进行了实例仿真，仿真结果表明提出的控制方法能够保证卫星高精度的快速机动和稳定控制能力。

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全向式气囊着陆装置缓冲过程的仿真研究

邓春燕;裴锦华;

null

摘要（2609）

为了探索火星着陆器缓冲着陆技术,以"火星探路者"登陆系统的全向式气囊缓冲装置为对象,采用大型有限元仿真分析技术,实现气囊结构和着陆过程的数学和力学建模,获得全向式缓冲气囊着陆的动态过程仿真;同时得到重要结构部位的过载、重点部位的位移和速度、气囊内部的压力和温度以及气囊结构的动态应力分布等重要指标性参数和变化曲线,确定了"火星探路者"登陆系统的缓冲特性及其仿真分析方法的工程应用。

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双向时间同步系统的设备时延校准技术研究

李星, 耿淑敏, 李垣陵

null 2011, 31 (4): 23-29. DOI: 10.3780/j.issn.1000-758X.2011.04.004

摘要（2144）

PDF（pc）（381KB）（1590）

设备时延校准误差是卫星导航系统中伪码测距实现双向时间同步的重要误差因素，其精确校准是实现时间同步的关键技术。针对设备时延问题展开研究，提出了一种物理含义清晰、易于测量的设备时延的新定义。设计实现了一种双向时间同步系统的设备时延校准方案，基于时间同步站硬件平台验证了设备时延校准的有效性，试验结果表明时延校准的精度与准确度达到了亚纳秒量级。

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构架式空间可展开支撑臂

刘志全, 黎彪, 程刚

null 2011, 31 (2): 32-38. DOI: 10.3780/j.issn.1000-758X.2011.02.005

摘要（5621）

PDF（pc）（512KB）（3060）

构架式空间可展开支撑臂在实现大尺寸高刚度航天器方面有着广泛的应用需求。文章论述了几种典型构架式空间可展开支撑臂的结构组成、工作原理和发展现状，从多个方面比较了不同类型构架式空间可展开支撑臂的特点，阐述了构架式空间可展开支撑臂发展趋势，指出球铰接杆式空间可展开支撑臂是适应大型化发展的空间可展开支撑臂主要发展方向，分析了实现球铰接杆式空间可展开支撑臂工程化尚需解决的关键技术。

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中国全球卫星导航信号基本框架设计

谭述森, 周兵, 郭盛桃, 刘志俭

null 2011, 31 (4): 9-14. DOI: 10.3780/j.issn.1000-758X.2011.04.002

摘要（2427）

PDF（pc）（353KB）（1937）

中国的全球卫星导航信号设计必须遵循许多约束条件，具备国际可协调性，导航信号的服务类型、载波中心频率、调制方式和伪随机码序列均需参加与GPS、Galileo进行的频率协调。依据参加与GPS频率协调的参考假设文件，描述了中国的全球卫星导航信号结构、基本参数、公开导航信号的伪随机扩频码序列和二次编码序列，计算表明伪随机扩频序列的性能与GPS信号伪随机扩频序列性能相当。

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基于Hadamard方差的导航星座自主时间同步算法研究

顾亚楠;陈忠贵;帅平;

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摘要（2534）

文章在总结国内外研究成果基础上,针对GPS铷钟虽然短期稳定性较好,但采用Allan方差描述铷钟频率稳定性时,其钟差状态方程仅为两参数,在较长平滑时间里存在时钟漂移和甚低频噪声的影响,使噪声特性淹没或估值不收敛的缺陷,引入Hadamard方差建立了三参数系统状态误差模型,通过三次采样方差从模型上解决了线形漂移和甚低频噪声的影响问题。在时钟系统状态模型和星间双向测量方程建模基础上,给出了工程实用的标准Kalman基本滤波方程。数值分析仿真表明,采用Hadamard方差描述时钟频率稳定性显著提高星载时钟自主同步精度,从而克服了Allan方差描述产生的频率漂移影响较大和甚低频噪声不收敛的问题。

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大型空间站整体壁板结构技术进展

于登云, 赖松柏, 陈同祥

null 2011, 31 (5): 31-40. DOI: 10.3780/j.issn.1000-758X.2011.05.005

摘要（1885）

PDF（pc）（891KB）（2069）

首先介绍了国际上整体壁板结构技术的发展现状，对空间站整体壁板结构设计、材料和制造成形技术进行了分析和总结，继而展望了其发展前景和方向。同时结合国内密封舱结构技术的发展情况，指出了中国大型空间站整体壁板结构研制面临的难题和挑战，并提出了相关的研究建议。

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共面圆轨道航天器在轨服务任务规划

欧阳琦;赵勇;陈小前;

null

摘要（2558）

为了降低"一对多"在轨服务的成本,以共面圆轨道卫星群为研究对象,开展了在轨服务任务规划问题的研究。首先,对"一对多"在轨服务任务场景进行了分析,建立了任务规划数学模型,将其简化为包含内层Lambert问题、外层最优时间分配问题的双层优化模型。然后,给出了任务规划求解方法及流程,提出采用工程图解法的思想求解内层多圈Lambert问题,采用遗传算法求解外层最优时间分配问题。最后,以三个目标航天器为例,针对限制和不限制在轨服务任务完成总时间这两种情况,采用上述方法进行求解,计算结果验证了方法的有效性。

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单框架控制力矩陀螺构型分析与奇异可视化

魏孔明, 吴忠, 刘涛

null 2013, 33 (1): 21-29. DOI: 10.3780/j.issn.1000-758X.2013.01.004

摘要（2009）

PDF（pc）（657KB）（1529）

在单框架控制力矩陀螺(SGCMG)系统构型的分析和评价指标中，构型效益和可控效益分别反映了构型角动量包络和奇点在空间中的分布，可在一定程度上反映构型的性能。然而，构型效益不够直观，而可控效益中包含了角动量包络大小的影响。为此，将构型效益归一化，并从可控效益中去除角动量包络的影响，定义了两个新的构型指标——角动量利用率和非奇异率，对构型进行分析和评价。在此基础上，为了直观反映不同构型对奇点分布的影响，引入奇异可视化方法对不同构型下的奇异角动量曲面分布情况进行了对比分析。分析结果表明，SGCMG个数和构型的对称性是影响构型指标和奇异角动量曲面分布的主要因素。

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等离子体密度对栅极系统束流影响分析

贾艳辉, 李忠明, 张天平, 李娟

null 2012, 32 (3): 72-77. DOI: 10.3780/j.issn.1000-758X.2012.03.011

摘要（2077）

PDF（pc）（390KB）（1257）

针对现有离子推力器栅极系统束流引出分析中未考虑放电室等离子体密度均匀性影响的不足，基于数值方法对该问题进行了研究。采用单元内粒子（Particle In Cell，PIC）方法对栅极系统束流引出进行了数值模拟。PIC方法中电场求解采用有限差分方法，离子加速方法采用跳蛙格式。以国产20cm Xe离子推力器作为算例，计算得到了栅极中心和边缘孔引出束流离子和电场的分布。结果显示栅极中心孔相对边缘孔束流聚焦性好，束流发散角小，但中心孔轴线的鞍点电势较边缘孔高24.8V。因此，放电室等离子体密度分布对束流引出具有重要影响，电子返流现象最先出现在栅极中心位置。

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组合航天器转动惯量在轨两步辨识标定

刘伟霞, 熊智, 郁丰, 姚小松

null 2013, 33 (2): 32-40. DOI: 10.3780/j.issn.1000-758X.2013.02.006

摘要（1878）

PDF（pc）（465KB）（1644）

在轨辨识转动惯量参数是主动航天器与非合作空间目标构成组合体后实现高精度姿态控制的重要前提，文章提出了一种两步在轨辨识组合航天器转动惯量参数的方法。第一步以航天器本体坐标系滚动轴转动惯量为基准将转动惯量矩阵归一化，得到特殊的转动惯量比矩阵，建立与其相关的姿态动力学模型，提出了基于扩展卡尔曼滤波的在轨辨识算法，基于星上陀螺角速率测量信息在100s左右辨识出所有转动惯量比参数，克服了由于模型简单导致转动惯量信息辨识不完整的缺点；第二步基于第一步辨识得到的转动惯量比参数，采用最小二乘算法辨识得到滚动轴转动惯量值，计算量小，消耗能量少。最后给出仿真算例，辨识精度基本在1|之内，验证了方法的有效性。

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基于三频数据的北斗卫星导航系统DCB参数精度评估方法

樊家琛, 吴晓莉, 李宇翔, 魏钢

null 2013, 33 (4): 62-70. DOI: 10.3780/j.issn.1000-758X.2013.04.009

摘要（2426）

PDF（pc）（564KB）（1897）

差分码偏差（Differential Code Biases，DCB）参数作为导航电文中重要的一项，是影响用户PNT服务的主要误差源之一。北斗卫星导航系统（后文简称“北斗系统”）发射三个频点的导航信号，在导航电文中需要发播卫星的2个TGD（Timing Group Delay）参数。文章首先介绍了北斗系统卫星DCB参数最小二乘解算与形式误差评估；其次根据北斗系统三频特点，提出了不同频点组合计算垂直方向电离层电子总含量（VTEC）互差的DCB精度定量评估方法，并与IGS(International GNSS Service)提供的GPS卫星DCB精度进行比较；最后，详细分析了DCB参数精度对用户等效距离误差（UERE）计算和定位计算的影响，分别采用卫星出场标定DCB参数和经过解算DCB参数进行评估。实测数据分析结果表明，北斗系统卫星DCB参数解算形式误差与IGS解算GPS卫星DCB参数形式误差相当，但受卫星类型和解算测站的几何分布限制，北斗系统卫星DCB参数解算不确定度相比IGS略差，估计精度优于0.5ns，不同频率组合计算VTEC互差绝对值均值优于0.6TECU。相比采用卫星出场标定值，采用系统解算DCB参数后，双频用户三维位置误差改善13.80%～47.42%。

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小卫星瞬态热分析模型修正方法

张镜洋, 常海萍, 王立国

null 2013, 33 (4): 24-30. DOI: 10.3780/j.issn.1000-758X.2013.04.004

摘要（1573）

PDF（pc）（438KB）（889）

为解决参数分类和构建最小误差目标函数中瞬态温度时域过程的表达问题，分别定义了瞬态温度时均量和波动量对修正参数敏感度和分析值与试验值间瞬态温度均方差。利用蒙特卡洛混合方法对敏感参数进行分层修正的结果表明，修正前后瞬态温度分析值与试验值间误差由8%~16%降低至5%以下，分析值的时均量及波动量均有明显改善，且该结果被修正中未使用的试验数据所验证。这说明了修正中瞬态温度描述方式对改善瞬态热分析精度有效，蒙特卡洛混合法分层修正合理可行。

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航天器氦质谱吸枪检漏法的不确定度评定

王勇;闫荣鑫;

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摘要（2885）

航天器的单点漏率测试往往采用氦质谱吸枪检漏法,因此,研究该方法的不确定度评定具有重要的工程实际意义。文中首次从不确定度的基础理论出发系统地研究了氦质谱吸枪检漏法的不确定度评定方法,并结合一个具体的案例给出了评价的详细步骤。该评价方法可以为航天器的总漏率测试法和真空检漏法的不确定度评定提供一定的参考依据。

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星载高精度环形网状天线设计方法

张华振, 马小飞, 宋燕平, 陈国辉, 李团结

null 2013, 33 (5): 1-6. DOI: 10.3780/j.issn.1000-758X.2013.05.001

摘要（1612）

PDF（pc）（422KB）（1622）

星载环形网状天线的质量小、型面几何精度好、结构刚度高，代表了现有大型可展开天线的先进水平。随着天线工作频率的不断提高，对型面精度提出了越来越高的要求。文章首先介绍了基于高精度环形天线组成和结构系统力学设计思想，讨论了实现高精度设计的基本原理。然后详细分析了高热稳定双层张力网对称设计方法和基于椭圆展开桁架的高精度设计方法，对称布局优化了网面系统的张力分布和系统刚度，能够提高网面抵抗热变形的能力。椭圆展开桁架保证了所有节点都在硬点上，能够提高系统的结构稳定性。椭圆结构有斜切和竖切两种方式，斜切方式实现了任意的角度旋转，所以能够选出较优的节点组合。

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基于多相关器的GPS信号质量监测技术

甘兴利, 杨毅, 郭晓峰

null 2011, 31 (4): 30-37. DOI: 10.3780/j.issn.1000-758X.2011.04.005

摘要（2188）

PDF（pc）（382KB）（1592）

导航卫星的信号质量是影响系统定位性能的一个关键因素，当卫星自身硬件设备或空间传播信号受到干扰时，会导致卫星信号波形失真，用户接收机的伪码相关器产生的相关峰会产生偏差，造成定位精度下降；情况严重时，会使用户失去定位能力。因此，通过对空间信号的监测可以进一步保障系统的服务性能。文中借鉴现有的信号质量监测技术，对GPS信号失真的原因进行了总结，按照TMA、TMB和TMC完成失真信号的建模，并定性分析了对测距的影响。给出基于多相关器的导航信号质量监测方法，使用上述三种模型验证了该判定方法的有效性。

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载人航天器在轨维修性系统设计

王大鹏, 谭春林, 张柏楠

null 2010, 30 (5): 16-22.

摘要（3937）

PDF（pc）（287KB）（2418）

针对载人航天器在轨维修的特殊性，提出了适用于载人航天器系统设计的维修性设计思想。根据维修性设计理论和工程设计的实际需求，建立了载人航天器维修性系统设计流程，给出了维修性系统指标的确定方法、在轨可更换设备的选择方法、以及维修性分配和预计方法。为载人航天器系统维修性设计提供了一个技术途径。

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