中国空间科学技术

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星间激光输能姿态指向自适应控制器设计

杨业伟, 黄勇, 李小将

2014 (5): 1-9. doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2014.05.001

摘要 ( 1191 )

PDF(348KB) ( 1278 )

针对同轨道平面两星之间激光能量传输时的姿态指向控制问题，基于反步（Backstepping）法提出了一种自适应控制器设计方法。该方法先基于罗德里格参数（MRP）对卫星进行姿态描述；然后根据星间激光输能任务对姿态指向的特殊要求通过多个姿态矩阵的转换解算出了用户星期望姿态的表达式；之后基于Backstepping法，设计了自适应控制律，该控制律能解决控制输入有限和转动惯量不确定的问题，而且有效克服空间干扰力矩；最后通过Lyapunov稳定性定理证明了控制系统的稳定性。仿真结果显示，在约15s后，用户星的姿态误差和角速度误差收敛到0，并且角速度和控制力矩的值都在约束条件的范围内，说明文章设计的控制器不仅能够使用户星按最短路径调整到期望姿态，而且能够有效地抑制空间干扰力矩和解决转动惯量不确定的问题，并且通过合理地设计控制参数，可以在保证控制精度和速度情况下使控制输入满足约束条件。

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基于能耗与可靠性约束的动量轮可重构性评价

胡宇桑, 王大轶, 刘成瑞

2014 (5): 10-17. doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2014.05.002

摘要 ( 1156 )

PDF(374KB) ( 1312 )

针对目前在控制系统的可重构性评价中较少考虑系统能耗、可靠性限制的问题，文章研究了约束条件下卫星姿态控制系统可重构性度量及评价方法，建立了含执行机构失效因子的控制系统模型，并基于可控性格兰姆矩阵得到能耗约束下可重构性度量指标；然后将可靠性指标引入到系统可重构性评价度量中，进一步缩小可重构性集合；最终形成综合两种约束的可重构性评价方法。通过对含动量轮系统的重构构型仿真，得到约束前后的可重构性对比，仿真结果符合实际分析，验证了该方法的有效性。

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OMEGA型空间太阳能电站聚光系统设计

杨阳, 段宝岩, 黄进, 李勋, 张逸群, 范健宇

2014 (5): 18-23. doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2014.05.003

摘要 ( 2703 )

PDF(296KB) ( 1936 )

空间太阳能电站聚光系统的尺度在千米级，聚光系统的方案设计涉及光、机、电、热及控制等多个学科。现有的空间太阳能电站聚光系统的设计方案不同程度上存在太阳光收集效率低、收集功率波动大、聚光系统质量高、控制系统复杂等不足。因此，需要综合考虑各种因素，提出高效、稳定、轻质和控制简单的聚光系统设计方案。文章对SSPS-ALPHA方案的聚光系统作了深入分析，并基于与ALPHA方案相同的能量传输假设，针对ALPHA方案的不足提出了一种新的聚光系统设计方案，称之为SSPS-OMEGA方案。通过比对分析，在与ALPHA聚光方案相同收集功率的前提下，OMEGA聚光方案不仅可以高效、稳定地收集太阳光,而且OMEGA方案的功率质量比比ALPHA方案提升了31.68%。

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基于结构光的空间大目标特征重构与位姿测量

梁斌, 高学海, 徐文福

2014 (5): 24-31. doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2014.05.004

摘要 ( 1387 )

PDF(347KB) ( 1984 )

针对因缺少空间非合作大目标的全局特征而难以实现相对位姿测量的问题，提出利用点状光源与单目光学相机组成点结构光视觉测量系统进行特征重构与位姿测量的方法。以非合作大目标上尺寸未知的局部矩形特征为测量对象，首先建立点结构光视觉测量系统相对位姿测量模型；接着利用相对约束关系给出特征重构方法并获得隐性特征点；然后利用特征点计算测量系统与非合作大目标之间的相对转移矩阵得到相对位置和姿态。通过数字仿真校验该方法的有效性并对测量误差因素进行分析，仿真结果表明该测量方法是有效的。

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月球轨道交会对接航天器相对状态误差分析

陈少伍, 董光亮, 樊敏, 李海涛, 郝万宏

2014 (5): 32-40. doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2014.05.005

摘要 ( 1650 )

PDF(402KB) ( 1685 )

为分析同波束干涉测量这一高精度相对测角技术对月球交会对接两个航天器的相对位置、速度(状态)影响，文章根据协方差分析理论及各测量量的模型，推导测量量关于相对状态量的信息矩阵，建立了相对状态误差协方差模型；结合月球轨道交会对接仿真轨道，开展测量误差对两个航天器的相对状态误差影响协方差分析。结果表明，在当前测量误差条件下，相对位置、速度误差分别达到米级和厘米每秒级。在分析相对状态误差影响因子的基础上，重点对同波束干涉测量差分相时延整周模糊误差及时延率误差对相对状态影响进行了分析，结果表明整周模糊度误差对相对位置误差影响显著，时延率误差对相对速度误差影响显著。

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上面级轨道转移段姿态控制技术

王召辉, 金磊, 贾英宏, 段佳佳

2014 (5): 41-48,55. doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2014.05.006

摘要 ( 1713 )

PDF(345KB) ( 1649 )

由于姿态与轨道运动的耦合，以及制导系统确定的发动机推力矢量方向不通过系统质心所引起的干扰力矩，火箭上面级轨道转移段的姿态运动会受到很大的干扰，为此，研究了利用轨控矢量发动机主动摇摆和滚转姿控发动机喷气的上面级姿态控制技术。首先，利用凯恩方程建立包括上面级本体、发动机旋转支架以及矢量发动机的系统多体动力学方程，推导了矢量发动机工作时偏心引起的干扰力矩和推力矢量控制中矢量发动机的摆角计算公式，利用矢量发动机主动摇摆和滚转姿控发动机喷气控制上面级的姿态。其次，基于变结构控制方法，设计了上面级轨道转移段的姿态控制律，使得上面级轨道转移期间姿态控制的精度达到了10^-3级别，且矢量发动机推力矢量既为制导指令方向又通过系统质心，减小了矢量发动机对上面级的干扰力矩。最后，进行了数值仿真，仿真算例结果验证了控制律的可行性。

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基于偏置角动量的欠驱动航天器姿态保持控制

郭朝礼, 王淑一, 张笃周

2014 (5): 49-55. doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2014.05.007

摘要 ( 1076 )

PDF(298KB) ( 1652 )

对有扰情况下欠驱动航天器三轴姿态保持控制问题进行了研究，提出一种基于俯仰偏置动量轮和滚动轴推力器的姿态保持控制方法。该方法基于偏置动量航天器滚动-俯仰轴耦合的原理实现，避免了欠驱动零动量航天器平衡点附近欠驱动轴耦合弱的问题；将航天器的姿态运动分为长周期运动和短周期运动，用极点配置方法进行控制律设计，给出保证系统稳定的参数选取范围，求出了系统稳态误差。最后，通过数值仿真验证了所设计的控制器不但能快速消除初始姿态偏差，而且能抵抗外干扰将航天器姿态保持在平衡点附近。

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光学遥感运动补偿压缩成像

王泽龙, 朱炬波, 严奉霞, 刘吉英

2014 (5): 56-63. doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2014.05.008

摘要 ( 1319 )

PDF(443KB) ( 1498 )

针对单像素相机的运动导致压缩成像品质下降问题，提出了运动补偿压缩成像方法。首先建立运动条件下压缩采样的精确模型，进而分析了逐帧重构与联合重构两种图像稀疏方法。同时探讨了所提方法对于更加复杂运动的适应性以及所提方法成像品质的分布特性。该方法利用成像系统的运动信息重新规整压缩采样，避免了由降低积分时间或者减少采样数导致的成像品质下降。数学仿真与半物理仿真表明，运动补偿压缩成像比未经补偿成像结果具有更好的成像品质。

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相变装置二维方腔内空穴分布规律研究

菅鲁京, 张加迅, 赵欣, 霍玉华

2014 (5): 64-70,78. doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2014.05.009

摘要 ( 1114 )

PDF(325KB) ( 1341 )

为了解微重力条件下空穴对相变传热过程的影响，在焓法的基础上增加了基于温度排序算法的空穴模型，在求解过程分析了温度场和空穴之间的相互作用；建立了相变装置的二维模型；研究了空穴在周期外热流条件下的移动规律。结果表明，从初始时刻到第8个轨道周期，低温区空穴逐渐消失并在高温区出现，空穴沿等温线方向扩散并最终积聚在高温边界附近，空穴的移动使传热路径上的热阻增大，导致相变装置冷热边界的传热温差增加了3℃。

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改进FDTD/集总源模型分析航天器场线耦合

张玉廷, 张华

2014 (5): 71-78. doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2014.05.010

摘要 ( 1120 )

PDF(312KB) ( 1460 )

针对典型的电磁脉冲对航天器电缆耦合问题，建立了航天器场线耦合分析模型。在场分布计算方面，采用基于平均电参数和分析目标与Yee网格不重合的边缘部分修正的改进时域有限差分法。在场线耦合方面，建立基于集总等效源模型的多导体传输线瞬态响应模型，将外场在传输线上激励的分布电压源和电流源与传输线指数矩阵解耦，建立了集总等效电压源和电流源模型。采用分析模型分析运载内一根电缆受电磁脉冲影响的响应，结果表明,即使存在屏蔽作用，电磁脉冲在电缆上耦合的干扰足以损毁设备。

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基于空间信息的GEO卫星蓄电池充电优化控制

边宝刚, 王鑫, 樊恒海, 方东

2014 (5): 79-86. doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2014.05.011

摘要 ( 1275 )

PDF(345KB) ( 1353 )

以提高GEO三轴卫星氢镍蓄电池充电效率为目的，首次将卫星、太阳的空间信息与卫星蓄电池充电结合起来，设计了基于空间信息的蓄电池最佳补充充电方法，建立了极值法预测蓄电池充电最佳时段的解算模型，并仿真验证了蓄电池最佳充电时刻与蓄电池壳温最低时刻的一致性。在轨应用表明，采用地面解算模型充电与星上自主充电相比，有效充电容量提高了5倍，解决了常规地面蓄电池补充充电不能满足星上能源需求的难题。

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应用改进果蝇优化算法的月面巡视器路径规划

毛正阳, 方群, 李克行, 张传鑫

2014 (5): 87-93. doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2014.05.012

摘要 ( 1713 )

PDF(326KB) ( 1668 )

文章针对果蝇优化算法易陷入局部最优的问题，对果蝇算法中的味道浓度判定值进行改进，并将其用于月球探测巡视器的动态路径规划。为验证算法的有效性，将改进果蝇优化算法与粒子群优化算法的路径规划寻优特性进行了仿真对比分析，结果表明改进果蝇优化算法具有良好的实时性，并有效解决了算法易陷入局部最优的问题。考虑到月球探测巡视器在沿规划路径进行月面巡视的过程中，有可能遇到未知障碍物的情况，提出了动态环境下月球巡视器遇到未知静态障碍物的避障策略。

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