中国空间科学技术

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近月空间星座轨道设计方法

陈诗雨, 倪彦硕, 彭兢

中国空间科学技术 2024, 44 (3): 15-29. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2024.0035

摘要（1473）

PDF（pc）（9757KB）（1574）

结合未来月球探测任务对中继通信及月面导航的需求，提出一种近月空间星座轨道构型设计方法。首先梳理了中继通信、月面导航、建设及维护成本三个方面的星座设计指标，并应用层次分析法确定了各项指标的权重，给出综合评价指标；充分考虑近月空间轨道资源，分析各类轨道的性质，初步筛选适合部署星座的轨道类型；提出一种近月空间星座建设路线，分三个阶段逐步实现全月的100%四重覆盖；依次设计三个阶段的星座构型，对每个阶段，比较不同的构型方案，选择综合评价指标最优的构型方案。基于上述方法得到了近月空间星座建设方案：第一阶段部署2颗椭圆冻结轨道卫星，可为月球南极极区提供全时对地中继通信；第二阶段部署6颗椭圆冻结轨道卫星、2颗近直线晕轨道卫星、1颗L2晕轨道卫星，可为月球南极极区提供全时导航定位，并为全月面提供全时对地通信；第三阶段部署4颗椭圆冻结轨道卫星、2颗近直线晕轨道卫星、1颗L1晕轨道卫星、3颗远距离逆行轨道卫星，可为全月提供全时导航定位。对全月任一点，该星座的几何精度衰减因子小于5的时间至少占72%，可长时间为全月面提供高精度导航定位。相较于现有文献，该近月空间星座设计方法考虑的轨道类型更丰富，星座性能指标更全面，且创新性地提出了分阶段的近月空间星座建设方案。

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航天器威胁规避自主决策规划方法研究综述

高婉莹, 吴健发, 魏春岭

中国空间科学技术 2024, 44 (4): 71-89. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2024.0059

摘要（219）

PDF（pc）（2018KB）（296）

随着空间碎片累积，巨型星座部署，以及太空竞争加剧，当前轨道威胁数目持续增长，对航天器的安全稳定运行造成了严重威胁。研究航天器面向轨道威胁的自主规避决策规划技术，对于保障空间资产安全具有现实而迫切的意义。面对突发高动态、时变多约束、信息不完全/不完美、多类型威胁并发的复杂轨道威胁场景，航天器自主规避决策规划的研究存在一系列实际挑战。针对非对抗性与对抗性两类轨道威胁，从决策建模、策略求解、动作规划及智能决策规划等关键技术入手，系统梳理了航天器自主规避决策规划的研究现状。在此基础上，结合待解决的难点问题，从建模、求解以及应用角度，对未来的研究发展方向提出一些建议，为航天器自主决策规划方法的进一步研究与发展提供参考。

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小行星探测器轨道计算的动力学研究

王宏, 鄢建国, 樊敏, 李海涛

中国空间科学技术 2024, 44 (4): 111-118. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2024.0062

摘要（162）

PDF（pc）（1959KB）（217）

针对中国即将开展的小行星探测活动中面临的轨道计算动力学问题进行研究。分析了小行星探测器轨道计算的需求，并对小行星轨道计算中涉及的时空参考系进行了描述，然后对轨道计算所需考虑的动力学模型进行了讨论，并给出了各类摄动加速度的计算公式。最大的是太阳引力加速度，约为10^-6km/s²；最小的是小行星本体摄动加速度，约为10^-12～10^-13km/s²。利用欧空局Rosetta探测器的实测数据对动力学模型精度进行了验证，结果表明4天弧段位置互差约15m，速度互差约0.44mm/s，动力学模型精度可靠。本研究可以为中国小行星探测活动轨道计算提供参考。

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用于微纳卫星的灵巧对接机构设计

陶新勇, 康国华, 武俊峰, 胡苗苗, 杨正昊, 周绍辉

中国空间科学技术 2024, 44 (4): 119-129. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2024.0063

摘要（130）

PDF（pc）（8096KB）（206）

要将微纳卫星拼接成超大型可变构航天器，其中微型高精度相对姿态重复可调的对接机构设计是关键环节。基于Stewart机构，设计了一种高精度的相对姿态重复可调对接机构。该机构针对对接锁定后相对姿态精密调节的问题，分析了对接机构调姿误差传递机理，建立了调姿误差传递模型，仿真计算得出理论调姿精度。通过激光微距传感器与Stewart机构形成闭环控制系统，设计了调姿控制系统误差补偿算法，实现了相对位姿的高精度调节；建立了双模块相对姿态调节场景下的动力学模型，结合调姿运动轨迹分析了机构各个伸缩杆电机驱动力变化规律；仿真分析及实物调姿测试表明，对接机构质量仅为2.43kg，包络球半径仅为10cm，三轴姿态调节精度可达±0.02°，对接机构最大调姿负载为65N，可以应用于微纳组合体航天器精确变构。

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超宽带高效率大功率放大器技术研究

李东林, 杨飞

中国空间科学技术 2024, 44 (4): 153-160. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2024.0066

摘要（138）

PDF（pc）（8420KB）（211）

宽带功率放大器是宽带通信、电子对抗以及雷达系统中核心、通用和高附加值部件。随着通信系统需求的不断提升，对于带宽更宽、效率更高、功率更大的功率放大器的需求已经迫在眉睫。基于氮化镓（gallium nitride，GaN）高电子迁移率晶体管（high electron mobility transistor，HEMT）设计了一款工作频率在0.46~3.9GHz的超宽带功率放大器。首先对输入匹配进行优化设计，实现全频带内绝对稳定以及高增益放大；其次通过对目标频带内不同频点进行多次负载牵引设计，提取出高功率、高效率输出匹配阻抗空间，并应用4段切比雪夫阻抗变换器作为输出匹配拓扑，实现宽频带内的高效率和高功率输出。测试结果表明：在0.46 ~3.9GHz的工作频带内，输出功率P_out>13.8dBm，最高输出功率为241W；全频带漏极效率（drain efficiency，DE）DE>50.1%，最高漏极效率为67.2%。仿真与实测结果吻合，为设计目前所需超宽带功率放大器提供了思路。

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航天器追踪-逃逸-防御三方博弈均衡解

李振瑜, 林鲲鹏, 侯育卓, 罗亚中

中国空间科学技术 2024, 44 (4): 90-101. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2024.0060

摘要（204）

PDF（pc）（7093KB）（271）

为提高航天器在轨防御能力，对航天器追踪-逃逸-防御三方博弈场景进行了研究。博弈中，追踪航天器（追踪器）旨在拦截逃逸航天器（逃逸器），逃逸器旨在躲避追踪器，而防御航天器（防御器）通过主动拦截追踪器来保护逃逸器。由于防御器的存在，追踪器在接近目标时不得不规避防御器，而逃逸器和防御器之间也可以开展合作。对于这样的场景，综合能量和距离指标，建立了线性二次型微分对策模型，推导了三方博弈的纳什均衡条件，求解了追踪器的最优追踪制导律和逃逸器与防御器的最优合作逃逸-防御制导律。进一步考虑多防御器的场景，求解了三方多人博弈的纳什均衡解。仿真结果表明，防御器的存在提高了逃逸器的生存能力，二者可以在机动加速度劣势情况下共同抵御一个机动能力强的追踪器。处在绕飞护卫下的防御器的初始位置并非离追踪器或逃逸器越近越好，而是存在优势位置。

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地月空间基础设施体系架构与发展设想

杨孟飞, 彭兢, 李炯卉, 倪彦硕, 朱舜杰, 杜颖, 徐宝碧, 黄晓峰, 张正峰

中国空间科学技术 2024, 44 (3): 1-14. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2024.0034

摘要（1320）

PDF（pc）（7849KB）（1460）

建设地月空间基础设施，为人类在地月空间的活动提供基础性、通用性的通信、导航、监测等服务，既可满足中国后续月球探测国家重大工程任务需求，同时可以加速推进地月空间航天产业发展，对于推动中国科技强国、航天强国建设具有重大的战略意义。在阐明地月空间基础设施概念、分析研判国内外发展现状的基础上，紧密围绕重大工程和航天产业持续性发展需求，提出地月空间基础设施体系架构设想，明确系统服务、系统组成、“云-域-端”网络体系以及内部和用户接口体系。最后以分阶段逐步建成技术先进、布局合理的地月空间基础设施，提供自主开放、安全可靠、长期连续稳定运行的通用化服务为目标，提出发展展望和发展建议，为中国地月空间基础设施发展建设规划提供参考。

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基于改进蜣螂优化的GEO轨道多脉冲追逃博弈

郭延宁, 李高健, 于永彬

中国空间科学技术 2024, 44 (4): 1-10. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2024.0052

摘要（372）

PDF（pc）（4364KB）（264）

研究了考虑J2摄动、脉冲推力情况下，具有感知延迟的GEO（geosynchronous Earth orbit）轨道追逃博弈问题，建立了综合考虑燃料消耗、单次脉冲速度增量、脉冲时间间隔、任务时长、脉冲数量以及终端距离下的轨道追踪策略优化模型。涉及的优化变量包括脉冲个数、机动时刻序列以及脉冲增量序列。追踪航天器通过多次脉冲追踪目标航天器。为了提高问题求解效率，提出了一种利用Bernoulli混沌映射和最优值引导的改进蜣螂优化算法IBDBO（improved Bernoulli dung beetle optimization），并且为解决终端约束难以满足的问题，引入Lambert机动修正。通过与其他智能算法的对比试验，验证了本算法在收敛速度、收敛稳定性和优化效率上的优势。进而，在一些存在感知延迟的真实场景下的仿真验证了本算法规划追踪策略的有效性，探讨了博弈双方最小距离与目标航天器机动能力以及感知延迟时间之间的因果关系。

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弱引力小天体的自主捕获与相对导航方法

刘一武, 胡锦昌, 梁潇, 田启航, 张辉, 尹芳

中国空间科学技术 2024, 44 (4): 50-58. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2024.0057

摘要（170）

PDF（pc）（5363KB）（160）

远距离自主捕获与近距离高精度自主相对导航是小天体探测任务中的关键问题，并且目标尺寸越小，问题越突出。首先，针对数万千米到数千千米远距离范围内的星空背景暗弱目标难以识别的问题，提出综合利用运动学和亮度的全自主捕获和识别方法，可以实现距离大范围变化的快速准确捕获，具备了3万千米以远捕获10等星暗弱目标的能力；其次，针对数千到数十千米范围交会段视线测量可观性不足的问题，提出基于视线和轨迹机动一体化设计的相对导航方法，在考虑燃料消耗的前提下有效地提高了轨迹可观性，实现了交会段优于5%精度的相对位置导航；最后，针对近距离不规则小天体表面附近的相对导航问题，提出基于图像陆标和点云特征相结合的光学导航方法，可同时适应阳照区和阴影区的探测需求，并结合基于多源数据融合的弱引力小天体重力场反演方法，进一步提高近距相对导航的精度，近距采样相对位置优于1m，相对速度优于1cm/s。对所提出的方法进行了数学和物理的仿真验证。提出的方法有效解决了小天体探测中的高精度相对导航问题，也能适用于数十米量级直径大小和明暗快速交替变化的小天体着陆探测任务。

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遥感图像云检测方法综述

刘子力, 杨家俊, 王文静, 史振威

中国空间科学技术 2023, 43 (1): 1-17. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2023.0001

摘要（1297）

PDF（pc）（3043KB）（2166）

光学遥感图像中云层会对地面信息进行不同程度的遮挡，造成了地表观测信息的模糊和缺失，极大地影响遥感图像的成像质量。因此，对遥感图像中云层覆盖的检测和评估是进一步分析和利用遥感图像信息的基础和关键。通过充分的调研和对比总结，梳理了20世纪90年代以来，国内外基于遥感图像的云检测方法的发展趋势和代表性工作。将基于遥感图像的云检测方法分为三类：基于光谱阈值的方法、基于经典机器学习的方法以及基于深度学习的方法。总结了当前国内外云检测公开数据集，并对比了部分代表性工作的云检测精度。此外，简要梳理了与云检测相关的云雾（霾）检测、云雪检测、云阴影检测以及云去除等方法。对当前云检测相关工作中存在的问题和未来的发展趋势进行了分析和展望。

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卫星在轨故障案例与人工智能故障诊断

王亚坤, 杨凯飞, 张婕, 郭莉芳, 韩笑冬, 邢川, 王睿

中国空间科学技术 2022, 42 (1): 16-29. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2022.0002

摘要（812）

PDF（pc）（1709KB）（927）

减少卫星在轨故障，使卫星按设计寿命要求在轨执行飞行任务是卫星设计的一个重要课题。为了分析在轨卫星故障的原因，探索最新的卫星故障诊断方法，首先收集了2003～2021年卫星典型在轨故障案例，然后对卫星故障从不同的维度进行统计分析和相关性分析，包括卫星平台与卫星故障的相关性、卫星在轨时长与卫星故障的相关性等，最后介绍了基于人工智能的故障诊断研究，包括国内外应用的基于人工智能的卫星故障诊断系统和故障诊断方法，以及针对时间序列数据的人工智能故障诊断方法。本研究可以为今后卫星系统设计、避免故障发生提供指导。

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深度神经网络辅助的垂直回收火箭在线轨迹优化方法

王亚洲, 佃松宜, 向国菲

中国空间科学技术 2024, 44 (4): 130-141. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2024.0064

摘要（88）

PDF（pc）（6081KB）（114）

针对垂直回收火箭在线轨迹规划的计算效率和初始敏感问题，提出一种深度神经网络辅助的在线轨迹优化算法。考虑火箭动力下降段的气动阻力，使用变分法和庞德里亚金极小值原理推导最优性条件，首次证明最优推力矢量幅值存在Bang-Bang特征。在此基础上，设计离线训练和在线优化两步求解框架。一是离线训练深度神经网络，在初值大范围波动条件下，有监督学习Bang-Bang特征的结构参数；二是在线规划最优轨迹，将训练好的深度神经网络作为辅助求解器，生成伪谱离散法的分段点，嵌入序列凸优化算法求解。该算法将最优推力的与伪谱法的分段特性有机结合，提高了有限离散点下的求解精度。仿真结果表明，该算法能有效提升在线轨迹规划的求解效率和初值适应性。

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低轨巨型星座构型设计与控制研究进展与展望

阮永井, 胡敏, 云朝明

中国空间科学技术 2022, 42 (1): 1-15. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2022.0001

摘要（1065）

PDF（pc）（4662KB）（2671）

近年来低轨星座计划发展迅速，低轨巨型星座已成为全球争夺空间战略资源的“新战场”。首先，概述了Telesat、OneWeb、Starlink等低轨巨型星座计划的发展现状，以及中国互联网星座计划的基本情况。在此基础上，分别从星座的任务需求、覆盖特性、摄动补偿和备份策略4个方面，综述了星座的构型设计方法及其特点。然后，根据卫星从发射入轨到离轨整个星座构型的控制流程，梳理了低轨巨型卫星星座的初始化控制、保持控制、重构控制，以及卫星的碰撞规避控制和离轨控制的方法和特点。最后，对未来低轨巨型星座构型设计和构型控制技术的研究方向进行了展望。

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大椭圆停泊轨道出发的小行星防御航天器轨道优化

王杰, 钟子凯, 袁浩, 宋海波

中国空间科学技术 2024, 44 (4): 102-110. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2024.0061

摘要（95）

PDF（pc）（4665KB）（104）

提出了一种从大椭圆地球停泊轨道出发的近地小行星动能撞击航天器的轨道优化方法，基于遗传算法构造了以小行星偏转距离最大为目标，考虑时间、航天器燃料占比等非线性约束条件的优化模型。以小行星2019 PDC为对象，采用遗传算法优化得到了撞击航天器出发时刻和转移时间的最优解，计算了航天器大椭圆地球停泊轨道、地球逃逸轨道和行星际转移轨道段参数，同时采用遍历方法获取了小行星偏转距离与出发时刻、转移时间的Pork chop图，验证了优化算法的有效性。结果表明，所提出的动能撞击任务场景和轨道优化设计方法可有效处置直径百米量级、预警时间为数年的小行星。提出的任务轨道设计方法和处置场景可为近地小行星防御提供参考，可为进一步开展航天器轨道参数精确设计、实施工程在轨验证奠定基础。

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月球资源开发利用的进展与展望

杨孟飞, 邹志刚, 汪卫华, 姚伟, 王庆功

中国空间科学技术 2024, 44 (1): 1-10. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2024.0001

摘要（588）

PDF（pc）（4467KB）（907）

中国探月工程“绕、落、回”三步走圆满收官，后续将建立国际月球科研站，并进一步规划建立月球基地。月球探测任务由探测勘察进入到开发利用新阶段，月面资源的勘查、开发和利用是未来月球探测的重点任务。总结了月球资源开发利用方面的国内外重要进展，涉及月球资源勘探、水冰等挥发分分析、月球矿物冶炼与材料制备、月面建造与月壤3D打印等四个方面。同时，月球资源开发利用面临极端月面环境、独特月壤理化特性、全流程无人自主控制等重大挑战，为解决这些问题，提出了未来月球资源开发利用的重点任务和研究思路，可为后续科学研究和工程任务实施提供参考。

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基于LS-SVM的精确星光折射导航观测模型

颜旭, 王鼎杰, 张洪波, 杨行, 包为民

中国空间科学技术 2024, 44 (4): 20-28. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2024.0054

摘要（150）

PDF（pc）（4119KB）（115）

星光折射自主导航系统的精度受到星光折射观测模型的限制。针对星光折射计算简化与大气参数随高度变化对星光折射观测模型的影响，提出一种基于最小二乘支持向量机（LS-SVM）的精确星光折射导航观测模型建立方法。首先通过光线追迹高精度模拟星光折射的过程，未对折射角计算进行简化，考虑大气参数随高度的变化，得到折射真高度与折射角的非线性映射关系。然后利用LS-SVM机器学习算法精确拟合折射真高度与折射角的关系，建立关于折射视高度的高精度星光折射导航观测模型。仿真结果表明，建立的精确星光折射导航观测模型精度较高，平均绝对误差为0.986m。将该观测模型应用到星光导航系统中，导航精度较高，定位误差平均为130.7m，平均速度误差为0.1479m/s，证明了建模方法的有效性，对于星光折射自主导航的高精度研究具有一定意义。

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星载SAR辐射定标及其精度分析

陶满意, 纪鹏, 黄源宝, 姜岩

中国空间科学技术 2015, 35 (5): 64-70. DOI: 10.3780/j.issn.1000-758X.2015.05.009

摘要（1034）

PDF（pc）（3082KB）（1107）

随着星载合成孔径雷达（SAR)应用需求的发展，为了观测目标的物理特征，可以利用辐射定标技术获取更加精确的目标后向散射系数信息。主要完成单通道单极化条带成像模式下辐射定标及其精度分析，首先从雷达方程出发，进行严格的数学推导研究单通道单极化条带模式辐射定标技术；其次给出通过对已知雷达散射截面积的目标的观测，得到SAR图像上的灰度值与绝对的雷达散射截面积之间的关系；采用测量定标常数的方法，并基于辐射定标流程建立辐射精度误差模型和计算公式，重点研究了短期相对定标和长期相对定标中各因素对精度的影响。而且针对定标常数对绝对定标精度的影响给出了详细说明，指出星载SAR系统需要定期地完成系统修正。最后以TerraSAR-X卫星为例进行了计算验证，结果表明辐射精度预估值与实测值相差小于0.05 dB。

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欠驱动航天器模糊自适应增强耦合姿态控制

孟中杰, 卢俊杰

中国空间科学技术 2024, 44 (4): 11-19. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2024.0053

摘要（191）

PDF（pc）（3949KB）（143）

在快速轨道机动期间，针对固体推进作用下推力偏心、安装误差等因素带来的姿态强干扰问题，提出了一种基于推力矢量控制技术的航天器姿态欠驱动智能控制方法。首先，建立了航天器姿态误差动力学模型，并分析推力矢量控制输入的欠驱动特性。然后，考虑强干扰不确定性和滚转通道耦合弱的问题，设计了基于增强耦合策略与自适应模糊观测器的欠驱动智能控制律，结合模糊逻辑函数逼近强干扰不确定项并引入控制律中，实现航天器的姿态欠驱动智能控制，通过Lyapunov理论证明了系统的稳定性。最后，通过与分层滑模控制方法进行对比仿真，验证了所设计的方法能够使得三轴姿态稳定时间缩短14%，滚转通道耦合弱产生的静差被有效消除，为快速轨道机动期间的强干扰抑制技术提供基础。

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柔翼结构飞行器智能控制系统关键技术与途径

贾贺, 刘靖雷, 马可瑶, 闫云龙, 裴晓燕, 刘海烨, 王永滨

中国空间科学技术 2024, 44 (4): 59-70. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2024.0058

摘要（118）

PDF（pc）（2366KB）（89）

柔翼结构飞行器具有轻质、空间集成、重复使用、有较大的阻力面积和升力系数等优点，可实现巡航飞行、低速驻空、再入返回、气动减速、定点归航、着陆缓冲等功能，是当前的研究热点。智能控制系统是柔翼结构飞行器飞航与回收着陆系统的核心技术之一，结合智能技术在控制系统中的应用研究与工程实践，对柔翼结构飞行器智能控制系统及其技术特征进行了分析；介绍了刚-柔组合体一体化控制与仿真、环境感知与健康状态在线评估、航迹规划与跟踪飞行控制、集群飞行控制、着陆与缓冲智能控制、智能硬件容错与重构等关键技术。对柔翼结构飞行器智能控制系统的未来发展进行了思考，提出了飞行环境的智能及柔性感知、气动参数的在线识别、多任务模式自主执行及控制系统的演进学习等发展建议，通过对智能控制技术持续不断地研究与实践，为柔翼结构飞行器系统的研制提供强有力的支撑。

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星载ADS-B相关研究进展及展望

倪久顺, 陈利虎, 余孙全, 李松亭, 郭剑鸣, 罗坳柏, 李晋华

中国空间科学技术 2022, 42 (1): 30-37. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2022.0003

摘要（315）

PDF（pc）（4911KB）（1010）

星载ADS-B技术作为未来空中交通管制的重要技术，可以克服地面设备难以在荒漠、远洋、极地等地部署的难题。星载ADS-B具有侦收范围广、可全球覆盖的特点，由此各国纷纷展开相关研究。针对星载ADS-B技术特点，进行了星载ADS-B相关研究进展的调查。首先综述了星载ADS-B原理及相关卫星研究情况；其次围绕天线技术、射频电路技术、信号处理、星座设计方法四个方面，评述了星载ADS-B接收的关键技术进展；最后对星载ADSB的数据应用及未来发展方向进行了展望。

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