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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520)      PDF(pc) (2018KB)(1596)   
    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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    航天器用机械泵驱动两相流体回路在轨测试性能分析
    孟庆亮, 韦广朗, 于峰, 杨涛, 赵振明, 朱许
    中国空间科学技术    2025, 45 (4): 70-78.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2025.0059
    摘要341)      PDF(pc) (7542KB)(718)   
    机械泵驱动两相流体回路(Mechanically Pumped Two-phase Loop, MPTL)是通过流动沸腾过程中气液相变潜热的释放而具有极强传热能力的两相传热装置,其在航天器热控领域具有广泛的研究前景。为研究MPTL产品的在轨微重力环境下的工作性能和稳定性,设计并研制了一套包含屏蔽式离心泵、两相控温型储液器和微小流道蒸发器的MPTL,并在某卫星上对其启动特性、相变传热特性、控温特性进行了测试。测试结果表明,微重力下MPTL展现了良好的传热特性。微重力下两相控温型储液器的控温性能达到±0.1K精度,被动冷却功能得到验证,降温速率达到1℃/min。微泵运转时,储液器气相和液相两个测点形成的温差在0.3~1.0K区间内。两个转速下,蒸发器的控温精度在±0.1~±0.3K区间内。回路发生相变过程时会出现过热现象,并导致蒸发器出口测温点温度高于储液器控温点7~8K。通过对比两个转速下的结果,发现过热时间和过热温度与转速相关。采用毛细结构的两相控温型储液器可以有效保证微重力下MPTL的高精度控温和高效两相流管控功能,气液两相转变特性与回路流量大小相关,蒸发器温度稳定性与其内部流体干度大小相关。
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    陆地探测四号01星总体设计与技术创新
    张庆君, 倪崇, 戴超, 刘立平, 唐治华, 舒卫平
    中国空间科学技术    2025, 45 (1): 1-11.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2025.0001
    摘要1173)      PDF(pc) (8217KB)(1159)   
    为了解决低轨SAR卫星对观测区域成像幅宽小、重访时间长的问题,研制了陆地探测四号01星。其是世界首颗高轨SAR卫星,利用地球同步轨道的轨位优势,对同一地点的重访周期由低轨SAR的天级提升为小时级,幅宽由低轨SAR的百千米级提升为千千米级,可为及时、有效实施灾害应急响应提供有力支持。围绕高轨微波成像的新体制,解决了高轨微波成像、超大功率星载微波发射、超大口径星载天线、多体大挠性高精度姿态稳定控制、万瓦级强脉冲高品质电源、载荷与平台一体化高效热管理、高轨星地一体化精密定轨等一系列关键技术,实现了快重访、大幅宽、全天时、全天候的观测能力。通过分析在轨测试数据,卫星获取的高轨SAR图像纹理清晰,质量良好,可满足防灾减灾、国土资源勘查等领域使用需求。
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    陆地探测四号01星合成孔径雷达载荷设计与实现
    李光廷, 谭小敏, 李财品, 聂世康, 林晨晨, 朱雅琳, 刘波
    中国空间科学技术    2025, 45 (4): 123-130.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2025.0064
    摘要495)      PDF(pc) (5812KB)(643)   
    为了满足国家防灾减灾对SAR系统高重访宽覆盖的要求,设计并研制了世界首颗地球同步轨道SAR卫星-陆地探测四号01星(LT-4)。该卫星采用环形可展形反射面天线加相控阵馈源体制,工作于L频段,轨道的特殊性使该卫星天然具备了高重访宽覆盖的特点。为了对陆地探测四号01星SAR载荷系统进行全面介绍,首先对高轨SAR区别于低轨SAR的特点进行了说明,并给出了SAR载荷的关键性能参数;然后介绍了SAR载荷成像工作过程,阐述了SAR载荷关键设备的主要功能性能;最后对十余年的载荷研制历程进行了简述,并给出了载荷集成测试项目与试验验证情况。SAR载荷首次开机成像即得到世界首幅高轨SAR图像,图像信息丰富,载荷在轨状态稳定。成像结果表明陆地探测四号01星SAR载荷设计合理,地面测试与验证充分,可以为国灾防灾减灾提供有利的信息支持。
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    基于洞穴的月球基地研究
    李林凌, 刘金刚, 侯宇葵, 刘卫, 李明富, 尹硕辉, 王磊, 许梦川, 彭兢, 孙泽洲
    中国空间科学技术    2025, 45 (3): 9-18.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2025.0034
    摘要725)      PDF(pc) (7961KB)(588)   
    系统性调研了国内外洞穴月球基地相关政策、计划及具体项目,重点对比分析了国内外研究成果的现有差距。基于国内外月球探测的影像信息及洞穴月球基地概念研究成果,梳理了洞穴月球基地建设的可行性构想。基于洞穴的独特优势(如温度适宜、辐射低、月尘少等)以及月球基地建设的难易程度等客观条件,对多种洞穴月球基地构想进行了定性分析。各类月球基地构型均展现出独特优势:以陨石坑改造为基础的洞穴月球基地,充分利用了月球表面的天然地形,结合了自然结构特点和人工改造需求,具有显著的原位资源利用优势。无论是无人还是载人洞穴月球基地,都将经历月球探测、月面选址、基地建设和基地应用四个关键战略阶段。尽管通过已发射的月球轨道探测器和月面探测器等手段获取了大量月球影像,但当前对月球表面的探测能力仍需进一步提升,为洞穴月球基地建设的“选址”工作提供更有力支撑;同时,亟需加快研制月球基地建设关键设备,为无人月球基地建设提供必要的实施工具,确保“建基”任务的顺利推进,尽早实现洞穴月球基地的“用洞”战略目标。
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    航天器柔性太阳电池板在轨热分析与验证
    黄洪昌, 李君兰, 王成, 申绪男, 张肖君, 张大卫
    中国空间科学技术    2025, 45 (2): 79-87.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2025.0025
    摘要423)      PDF(pc) (5756KB)(544)   
    为预测航天器柔性太阳电池板在轨工作温度及分布情况,分析了太阳翼经历的空间外热流环境,计算出柔性基板正背面热流载荷随轨道周期性的变化情况。考虑太阳电池阵最佳工作点状态和开路状态两种典型发电工况,采用有限元方法计算出太阳电池和柔性基板工作温度随轨道周期性变化规律,与空间站温度遥测数据进行了比对,验证模型和计算方法的准确性。重点分析了不同功能区域热物理性能对柔性太阳电池板温度分布的影响,比对分析两种工况的结果,得出太阳电池和基板吸收系数差异将导致在柔性基板的贴片边界处存在较大的温度梯度,也是可能诱发柔性基板发生热变形的主要影响因素。
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    模块化可展开天线结构刚柔耦合设计与驱动力分析
    田大可, 张昊, 王永滨, 方纪收, 金路, 石祖玮, 范小东
    中国空间科学技术    2025, 45 (4): 144-153.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2025.0066
    摘要452)      PDF(pc) (10574KB)(538)   
    模块化可展开天线具有通用性好、适应性强、拓展灵活等特点,是满足未来大尺度天线在轨装配、在轨建造等需求的一种具有较大发展潜力的构型形式。为更好地掌握六棱柱模块化可展开天线在轨展开过程中结构的力学特性,开展了天线结构刚柔耦合设计及驱动力分析。首先,开展了模块化可展开天线结构方案设计,阐述了结构组成及展收原理。其次,基于解析几何方法,建立了等效包络圆数学模型,求得了肋单元夹角等关键参数,并建立了可展开天线结构三维模型。再次,对上弦杆、斜腹杆、下弦杆等径向长杆进行柔性化处理,采用多体动力学仿真软件建立了模块化可展开天线机构刚柔耦合多体动力学模型。最后,分别从有重力、无重力两个方面对单模块、多模块天线在不同约束位置下的展开驱动力的变化规律进行了分析。研究结果表明:展开过程若存在重力,则约束位置的选择对驱动力影响较大;若不存在重力,则天线约束位置对展开影响较小。所开展的结构设计及多方案驱动力分析可为该型天线的样机研制及工程化应用提供一定的借鉴和参考。
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    面向异质卫星集群的事件触发分布式自主任务规划方法
    秦嘉豪, 李宝卫, 白雪, 冉德超, 徐明, 张锐, 胡志强
    中国空间科学技术    2025, 45 (4): 88-101.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2025.0061
    摘要348)      PDF(pc) (6453KB)(514)   
    当前对地观测卫星集群应用由静态目标场景向动态目标场景不断深化,对卫星集群高动态强时效性对地观测能力的要求不断提升,亟需完备的自主任务规划方法克服卫星遥测指令控制存在的严格星地窗口约束,实现任务动态实时快速响应。为此,提出了基于事件触发的异质卫星集群分布式自主任务规划方法,实现目标的发现、判断、成像在轨自主闭环。首先,建立了基于事件触发的分布式多星任务协商框架,通过电子卫星和成像卫星的双层招投标机制(DLCNP)实现事件触发式任务协同。其次,提出了考虑任务优先级的最小冲突集局部递进修改星上本地动态任务规划算法,实现任务实时动态加入本地任务方案和实时冲突消解,为多星任务协商提供星上在线任务规划求解方法。最后,提出了迭代密度聚类点目标合成方法,实现高价值点目标的聚类合成,并保证合成后的点目标簇可由单次成像覆盖,有效减少了目标确认成像所需成像次数。通过与全局启发式算法的任务分配性能对比试验以及与黑板结构的星间通信负载性能对比试验,验证了基于事件触发的异质卫星集群分布式自主任务规划方法的优越性。并且通过大范围区域内大量点目标聚类试验揭示了点目标合成观测比率随目标散布区域面积和目标数量的分布规律。
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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331)      PDF(pc) (2366KB)(710)   
    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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    小波分析在GPS卫星故障检测中的应用
    何立文, 李新国
    中国空间科学技术    2017, 37 (6): 56-.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2017.0084
    摘要996)      PDF(pc) (1373KB)(1708)   
    目前基于扩展卡尔曼滤波的残差卡方检测法已在接收机自主进行GPS卫星故障检测方面得到广泛应用,但该方法存在依赖系统数学模型、检验延迟等问题。文章提出一种基于小波分析的GPS卫星故障检测法,利用小波分析在时频域表现出良好的细节处理特性,将GPS接收机的可测数据即伪距观测数据和位置定位数据作为处理对象,进行多尺度下的分析,通过识别异常点来判断故障的发生。仿真结果表明,该方法具有高效灵敏、简洁直观、易于工程实现等特性,有助于保证导航系统的可靠性和稳定性。
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    回合制轨道博弈中MCTS算法的改进与应用
    郑鑫宇, 张轶, 周杰, 唐佩佳, 彭升人, 党朝辉
    中国空间科学技术    2024, 44 (5): 75-82.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2024.0075
    摘要277)      PDF(pc) (3370KB)(558)   
    航天器回合制追逃博弈中的变轨感知延迟使得微分对策法求解困难,基于深度强化学习的博弈算法可解释性弱,在工程上的运用仍存在风险。针对航天器回合制追逃博弈问题,提出了一种预测价值积累的蒙特卡洛树搜索(PVA-MCTS)算法。该算法基于航天器轨道运动的可预知性,对博弈过程中的决策价值进行预测并积累,解决了航天器回合制追逃博弈奖励稀疏、时间跨度大的问题,采用的自适应扩展方法提升了学习效率。将其用于求解航天器回合制追逃博弈问题,并与蒙特卡洛树搜索(MCTS)算法求解得到的结果对比,结果表明PVA-MCTS算法对追踪航天器和逃逸航天器分别有约27.6%的追捕用时缩短和约6.8%的逃逸时间延长。该算法的提出可加快推进后续轨道博弈技术在非合作目标接近、碰撞规避等领域应用的落实落地。
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    冰巨星探测的前沿科学问题
    王赤, 李晖, 孔大力, 王宇贤, 杨忠炜
    中国空间科学技术    2025, 45 (4): 1-11.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2025.0053
    摘要466)      PDF(pc) (9196KB)(414)   
    对冰巨星及其卫星的探索一直是深空探测和空间科学研究的前沿热点,目前国际行星探测规划均将冰巨星探测列为重点方向。聚焦中国未来冰巨星探测任务,考察了冰巨星探测的国内外现状,梳理和归纳了冰巨星探测的七大前沿科学问题。围绕这些科学问题,通过冰巨星系统特性的对比分析,结合行星探测的发展趋势,提出了未来冰巨星探测的展望和建议,并指出海王星-海卫一探测是冰巨星探测任务的首选。未来探测的科学主题可大致分为三个方面:探索地外海洋和生命;认知柯伊伯带天体,理解太阳系演化;探索冰巨星系统,理解行星起源与演化。对冰巨星探测科学目标的论证分析,能够为中国未来深空探测任务提供科学参考。
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    盘缝带伞附加质量计算方法研究
    姜添, 戈嗣诚, 王一行
    中国空间科学技术    2024, 44 (4): 161-172.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2024.0067
    摘要174)      PDF(pc) (9480KB)(518)   
    传统的降落伞附加质量研究方法是基于理想伞衣形状假设,总结经验公式和附加质量系数,并未开展附加质量具体确定方法的相关研究。对此,建立了盘缝带伞流固耦合仿真与附加质量计算的联合仿真方案,提出了一种三维伞衣重构策略以及针对复杂构型的附加质量数值计算方法。分析了充气阶段盘缝带伞附加质量的构成要素,认为在0~0.6无因次充气时间内,单独盘部分的附加质量与整伞基本相等,且符合传统经验公式的数学模型;在0.6无因次充气时间之后,提出了一种有缝杯体模型,该模型在相应时间内对降落伞附加质量的拟合效果良好;研究了有缝杯体模型的开缝结构和高度半径比与附加质量的相关性,并提出了一种盘缝带伞附加质量修正经验公式,该公式有助于提升超声速降落伞充气阶段动力学仿真的计算精度。研究成果可为盘缝带伞充气过程的高精度建模与分析提供支持与参考。
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    火星大气环境模拟装置设计及仿真分析研究
    刘高同, 孙宇, 张磊
    中国空间科学技术    2016, 36 (5): 65-.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2016.0059
    摘要1386)      PDF(pc) (6530KB)(2378)   
    对火星表面大气环境特性进行了研究,通过选取合适的计算方法并结合FLUENT流体有限元计算软件对火星表面稀薄气体内部环流进行了模拟仿真分析,提出了以动量源模拟风扇段内流的仿真方法,并进行了可行性讨论。进一步实现了针对圆柱形模拟装置多工况下的内部气体流场稳态和非稳态计算仿真,并对计算结果进行了分析讨论,为火星大气环境模拟装置的设计提供了技术支持和参考。
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    非合作目标智能感知技术研究进展与展望
    牟金震, 郝晓龙, 朱文山, 李爽
    中国空间科学技术    2021, 41 (6): 1-16.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2021.0076
    摘要1177)      PDF(pc) (1102KB)(2451)   
    智能感知是实现航天器在轨精细化操控过程的关键技术,是在轨服务技术智能化的重点发展方向之一。空间目标智能感知包括位姿测量、三维重建与部位识别等关键技术,涉及小样本、多模态、模型适应与高维数据等问题。从工程应用角度出发,对非合作目标智能感知技术的研究现状进行系统的梳理与总结。首先,总结典型非合作在轨感知系统与光学敏感器技术的发展现状;其次,归纳总结了非合作目标智能感知涉及的关键技术;最后,基于研究现状总结和关键技术分析,探讨了非合作目标智能感知目前存在的主要问题,并给出后续发展的建议。
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    星载大口径环形天线的系统设计
    冯涛, 张庆君, 林坤阳, 王立朋, 张桥, 杨军刚, 肖勇
    中国空间科学技术    2025, 45 (1): 24-33.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2025.0003
    摘要633)      PDF(pc) (9223KB)(716)   
    环形可展开天线是星载大口径、超大口径可展开天线的理想结构形式,是高轨遥感、高轨通信卫星应用的关键载荷。星载环形天线是由周边展开桁架和索网系统组成的典型预应力结构,型面精度和展开基频是其主要性能指标。在轨可靠展开是在轨应用的前提,可靠展开是设计的重中之重,以在轨性能指标需求为目标,分析了环形天线各系统参数对在轨性能指标的影响。通过对展开动力系统和传动力系统进行分析,阐述了环形天线各系统参数对展开可靠性的影响,总结了以结构静力学手段评价在轨性能设计和动力学手段评价展开可靠性的方法,明确了通过结构动力学方法进行强度校核和星上锁紧释放设计的星载大口径环形天线系统设计流程,提出了各设计参数的优化策略,并给出了系统设计算例,为未来超大口径星载可展开天线的技术研究和工程研制提供参考。
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    鹊桥二号中继通信载荷任务分析与设计
    徐进, 王秋平, 李耀, 孙骥, 陈岚, 余晓川, 汪海, 田森, 党晓康, 王永塔
    中国空间科学技术    2025, 45 (3): 41-55.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2025.0037
    摘要441)      PDF(pc) (12008KB)(359)   
    鹊桥二号是针对探月四期月球着陆任务所研制的月球中继卫星,支持月球探测任务实施,实现月球背面及极区多次任务及多器(嫦娥六号、嫦娥七号、嫦娥八号等)和地面站之间的中继通信等服务,其中中继通信载荷是鹊桥二号最关键和最核心的部分。针对中继通信载荷的任务特点、方案设计及关键技术进行分析和说明。综合考虑通信体制、远距离链路传输、与多个探测器适配的兼容性以及工程实现性等约束条件,中继通信载荷利用软件无线电技术特点,开发了全数字化的前向调制、返向解调功能,结合软件在轨可更新的能力,实现了创新灵活的系统设计方案;识别了返向链路多目标大动态信号检测及跟踪关键技术,开发了相关软件算法,解决了信号在大动态/多目标环境下的检测及跟踪问题,达到了返向链路稳定建链的目的。鹊桥二号自2024年3月发射以来,中继通信载荷在轨工作状态良好,可靠性高,为嫦娥六号探测器在月球背面采样返回任务提供了稳定可靠的中继通信服务,圆满完成了人类首次月球背面采样返回任务。鹊桥二号中继通信载荷在中国深空探测领域发挥了重大作用,为后续深空探测、载人航天工程、探月工程以及未来国际合作业务等任务的成功奠定了坚实的基础。
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    冰巨星环绕探测任务分析及实施建议
    杨孟飞, 高峰, 孟文沁, 李晖, 王宇贤, 白梵露, 王彤
    中国空间科学技术    2025, 45 (4): 12-22.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2025.0054
    摘要338)      PDF(pc) (3639KB)(346)   
    冰巨星作为最接近太阳系边缘的行星,保存了大量太阳系形成初期的原始气体,包含了原恒星云的状态条件和行星形成的位置信息,是研究太阳系和系外行星的蓝本。针对冰巨星环绕探测任务,对国外相关探测方案进行了系统调研分析,梳理了冰巨星环绕探测的主要技术难点,并结合冰巨星及其卫星系统的科学问题,提出了中国实施冰巨星环绕探测的发展建议。针对冰巨星的探测任务,其科学价值集中体现在揭示冰巨星内部结构和形成演化,研究冰巨星的奇异磁场和复杂多变的空间环境以及探寻海卫一冰下海洋及生命信号。研究发现,冰巨星环绕探测主要面临远距离能源供给、测控通信、智能自主、高精度轨道设计等技术挑战。相关研究成果可为中国后续冰巨星环绕探测任务的规划与论证提供理论支持和决策参考。
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    飞行器大气再入过程中黑障缓解方法综述
    喻明浩, 邱泽洋
    中国空间科学技术    2022, 42 (2): 1-12.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2022.0016
    摘要597)      PDF(pc) (2375KB)(1756)   
    为了方便研究人员更好地掌握黑障的缓解方法及其研究现状,系统地介绍了目前航天领域中用于缓解黑障的多种技术方法。首先,简要介绍了黑障的成因以及研究现状,并阐述了电磁波在等离子体中的传播机理;其次,详细说明了14种黑障缓解方法的基本原理及其优缺点,这些方法包括改变空气动力学形状、引入正交电磁场、驻波检测法、提高入射频率以及太赫兹法等。随后,从功耗、尺寸质量、通信效果以及工程实用性等6个方面对每种方法进行了分类评估。最后,针对黑障问题后续的研究方向,提出了几点建议。
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    空间目标天基光学定位方法综述
    李瑶, 陈忻, 饶鹏
    中国空间科学技术    2024, 44 (2): 1-15.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2024.0017
    摘要676)      PDF(pc) (6075KB)(1513)   
    近年来空间目标定位领域不断结合网络协同、多模融合等探测技术,发展迅速。其中,基于天基光学探测的定位方法以隐蔽性好、测量精度高的独特优势在民用和国防领域应用广泛。为了分析不同情景下适用于不同类型目标的定位方法,针对基于天基光学探测的空间小目标定位进行综述。首先介绍天基光学探测技术的发展、空间目标的分类和特点以及空间目标定位的概念。然后着重分析适用于空间“小、弱”目标的单星和多星定位方法,并对近年提出的异质传感器联合定位展开说明。最后,依据成像过程建立空间目标定位误差分析模型,分析定位精度的影响因素占比并根据现存问题做出总结和展望。
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