中国空间科学技术

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轮系航天器的角动量包络分析及角动量管理

雷拥军, 袁利

2017 (6): 1. doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2017.0098

摘要 ( 1195 )

PDF(5760KB) ( 1793 )

文章进行了冗余轮系航天器角动量包络分析及角动量管理问题研究。基于轮系可视化角动量包络分析，提出了一种角动量包络特征参量描述及基于特征参量的沿任意方向飞轮极限角动量的解算方法，并设计了一种基于以飞轮极限角动量为参考的零运动力矩分配轮系角动量管理策略，该方法充分利用轮系最大角动量容量，以避免系统角动量未达到包络面时出现部分飞轮角动量饱和的现象，数学仿真对比验证了所提出策略的有效性。

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严格回归轨道的管道导航方法研究

杨盛庆, 杜耀珂, 王文妍, 吴敬玉

2017 (6): 10. doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2017.0097

摘要 ( 1004 )

PDF(5829KB) ( 1091 )

分析了作为参考轨道的严格回归轨道与卫星在轨运行状态的相对运动关系，提出近地遥感卫星的管道导航方法。由于参考轨道的设计只考虑高精度的地球非球形摄动，与在轨卫星的动力学环境存在差别，这导致两者之间存在切航向漂移。基于高精度的轨道动力学模型和位置确定方法，设计了卫星与参考轨道采样点的沿航向对齐算法，从而获取了卫星相对参考轨道采样点的相位时间偏差和卫星在参考轨道编队坐标系切航向平面内的相对运动轨迹，进而引入椭圆的“最小二乘适配法”获取相对运动轨迹的特征量。所研究的管道导航方法可应用于基于GNSS测量数据的卫星自主轨迹保持。

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无源互调对直扩系统伪码捕获性能的影响

孙灿灿, 田露, 王漪

2017 (6): 17. doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2017.0089

摘要 ( 1057 )

PDF(2763KB) ( 1222 )

无源互调干扰信号会对无线通信系统造成不同程度的影响，轻则干扰无线通信系统，严重时阻塞无线通信系统信号传输通道。为了定量分析无源互调干扰信号对直扩系统伪码捕获性能的影响，建立了无源互调干扰下直扩系统模型，考虑卫星接收机中噪声的影响，采用修正柯西分布概率密度模型，分别对平方律检波器捕获方法和平方检波累积器捕获方法在无源互调干扰下的捕获性能进行了理论推导和仿真验证。仿真结果表明，高信干噪比下无源互调干扰对通信系统的影响比噪声小，90%捕获检测概率下相差2.92dB；采用平方检波累积方法可获得一定的累积增益，90%捕获检测概率下的累积增益为2.36dB。

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基于观测器的平台无陀螺姿态复合控制

张科备, 王大轶, 汤亮, 王有懿

2017 (6): 24. doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2017.0087

摘要 ( 948 )

PDF(5435KB) ( 1971 )

针对超静卫星星体平台无陀螺、载荷敏感器与星体平台执行机构非共基准安装时整星存在姿态异位控制问题，提出了一种基于观测器估计星体平台姿态的复合控制方法。首先，建立星体平台/Stewart平台/载荷的动力学模型，并获得Stewart平台作动器关节空间的等效动力学模型。针对关节空间等效模型，设计supertwisting观测器，以作动器平动位移为输入，以载荷和星体平台之间的相对姿态和角速度为输出，实现星体平台姿态和角速度估计。其次，以载荷测量姿态信息为输入，设计Stewart作动器的积分滑模控制律，实现载荷高精度指向控制。以观测器估计的星体平台姿态信息为输入，设计星体平台控制器实现星体平台的稳定控制。Lyapunov稳定性分析表明所设计的观测器和控制器能够保证闭环系统渐近稳定。数学仿真结果表明：在星体平台有陀螺时，载荷能够实现0.1″指向精度；在星体平台无陀螺时，采用观测器估计星体平台姿态并进行控制，载荷亦可实现0.1″指向精度。

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月地双基SAR成像的快速后向投影算法研究

王冠勇, 张磊, 万欣, 胡庆荣

2017 (6): 32. doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2017.0093

摘要 ( 1631 )

PDF(3666KB) ( 1477 )

为了提高对全球变化的大尺度观测能力，月基对地观测的概念应运而生。由于月基单站合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，SAR）的双程传播会造成回波信噪比衰减，为此针对月地双基SAR工作模式展开研究。考虑到月、地、星复杂的相对运动为成像带来困难，根据月、地、星的几何关系建立平面直角回波模型。同时考虑到月球和卫星运行轨迹的弯曲性，分析模型误差，推导了精确的回波二维频谱表达式。在此基础上提出了一种基于快速后向投影的SAR成像算法，补偿了方位空变的模型误差，利用频域子孔径成像和频谱融合实现成像算法的快速化。通过分析可知月地双基SAR的理论回波信噪比与地月距离的平方成反比，与月基单站SAR相比有显著提升，最后通过X波段SAR仿真数据验证了文章算法处理月地双基SAR成像问题的效性。

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基于降维观测器的最优故障诊断算法研究

屠园园, 王大轶, 李文博

2017 (6): 40. doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2017.0062

摘要 ( 1138 )

PDF(3422KB) ( 1046 )

为降低诊断算法的计算量，优化算法参数，设计了一种基于降维观测器的最优故障诊断算法。首先，利用正交原理，将故障状态与系统状态进行解耦，从而构造了用于故障估计且无需进行矩阵分块运算的降维观测器。其次，基于对偶原理，将诊断算法的增益优化问题转化为诊断误差方程对偶系统的最优控制律设计问题，从而实现了对故障的最小方差估计。然后，利用诊断结果设计了基于故障补偿思想的容错控制律，以此实现了系统与故障的隔离。最后，通过数值仿真验证了所提方法的有效性。结果表明，对于二阶系统，该诊断算法可在7s内快速收敛到故障真实值。

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按需申请模式下的中继卫星任务规划模型与算法设计

贺川, 李亚晶, 丘震

2017 (6): 46. doi: 按需申请模式下的中继卫星任务规划模型与算法设计 10.16708/j.cnki.1000-758X.2017.0064

摘要 ( 829 )

PDF(1992KB) ( 1138 )

针对按需申请模式下的中继卫星任务规划方法开展研究。归纳了任务需求的共性描述特征，包括基本特征要素和附加特征要素。分析了在异步资源释放周期条件下，任务申请的处理过程和任务状态的更新过程。给出了任务类型的区分方式，以及不同任务集合的构造方法。对规划所需满足的主要约束进行形式化描述，并从中继资源使用者和管理者的角度，分别提出规划问题的优化目标。构建了冲突任务检测和损失机会评估模型，并基于冲突风险规避策略提出了任务规划算法。

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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

2017 (6): 56. doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2017.0084

摘要 ( 934 )

PDF(1373KB) ( 1224 )

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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金刚石对霍尔推力器通道壁面抗溅射性能的影响

李青曼, 王平阳, 徐宗琦

2017 (6): 62. doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2017.0071

摘要 ( 884 )

PDF(5480KB) ( 974 )

为了提高霍尔推力器的寿命，提出将放电通道内的氮化硼陶瓷材料换为金刚石的方法，以此来提高推力器的抗溅射性能。文章主要通过研究金刚石对推力器磁场的影响及其二次电子发射特性，分析了以金刚石作为通道壁面的可行性。文章还采用称重法对镀上金刚石的氮化硼陶瓷靶材试件进行离子轰击溅射试验，使用半经验公式求出金刚石的溅射产额与离子入射角度的关系，并应用粒子运动模拟程序预测金刚石壁面通道半径的变化，得到壁面削蚀速度。试验结果表明，金刚石在不同入射角度下的溅射产额比氮化硼陶瓷相对减少75%。壁面轮廓模拟结果表明，金刚石能使通道壁面的削蚀情况得到改善，0.7mm厚的金刚石可以抵抗大约5000~6000h的溅射削蚀，对于提高霍尔推力器的寿命有一定的意义。

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热开关热管在月面探测光学设备中的应用

张冰强, 吕巍, 张有为, 李福, 刘自军, 郭霖, 苗建印

2017 (6): 68. doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2017.0049

摘要 ( 1047 )

PDF(8384KB) ( 754 )

在月面-180~+90℃的极端高低温环境下，月面探测光学设备的月昼远距离散热和月夜保温矛盾异常突出。针对设备热耗的传输、排散，以及月夜生存时的热能存留问题，利用热管工质的汽、液、固相变特性，提出一种无源热开关热管作为设备和散热面间长距离传热手段，即依据设备温度指标选择具有合适凝固点和传热能力的工质，当月昼工作期间通过热管内工质两相传热实现热量的高效收集和传输，到月夜期间冻结热管内全部工质，完全切断热管与散热面间的两相传热，维持设备温度。地面试验和在轨飞行数据表明，热开关热管凝固点附近热导比达30以上。热管工作时，7℃时传热能力大于15W，传热温差小于4℃，且能够适应着陆器±15°的倾斜，确保了嫦娥三号着陆器月基光学望远镜在轨的高性能工作。

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GEO卫星平台东西板外挂锂电池构型布局影响分析

刘百麟, 李修峰, 周佐新

2017 (6): 75. doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2017.0043

摘要 ( 1553 )

PDF(4471KB) ( 1181 )

为优化地球静止轨道（GeostationaryEarthOrbit,GEO）卫星平台设备布局空间，提出东西板外挂安装锂离子蓄电池的构型布局方案，从力、热、流程等方面分析东西板外挂安装锂电池构型布局的可行性及其影响，并以135A·h锂离子蓄电池为对象进行设计分析预算。结果表明，与服务舱南/北板内挂安装相比，锂电池采取东西板外挂安装更具优势，不仅腾出平台舱内大量设备布局空间，而且能优化研制流程；此构型的力、热设计条件均有改善，尤其是热控加热功率与散热面积均减少70%，设计资源节省显著，是提升卫星平台总体设计能力的有效途径之一。

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北斗首颗备份卫星性能初步分析

刘萧, 赵鹤, 赵龙

2017 (6): 82. doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2017.0060

摘要 ( 938 )

PDF(4617KB) ( 1037 )

主要从卫星钟差预报、轨道测定精度、伪距波动情况等角度分析了I6卫星与北斗卫星导航系统（BDS）其他现役倾斜地球同步轨道（IGSO）卫星的异同，并从位置精度因子（PDOP）和格网可用性评估了I6卫星入网对BDS的贡献。利用星地双向时频传递设备观测的星地钟差数据，评估了I6卫星星载原子钟的预报性能，结果表明，I6卫星发播的卫星钟参数外推5h预报误差的均方根误差（RMS）为232ns，外推1h预报误差的RMS为073ns，与现役IGSO卫星钟差预报水平相当；对多星联合精密定轨结果分析表明，与北斗现役I3卫星相比，姿态控制方式优化后的I6卫星在地影期间的轨道精度并未发生明显衰减，克服了现有北斗二号卫星在地影期间轨道精度下降，从而影响北斗服务的连续性、可用性问题；利用大口径抛物面天线采集到的数据对I6卫星的伪距波动进行了分析，结果表明I6卫星单个观测弧段内其伪距波动峰峰差约为1m，与其他IGSO卫星一致；进行PDOP仿真计算，结果表明I6卫星的加入使得喀什地区的PDOP最大值由1282下降为726，PDOP大于6的时段所占百分比由2911%下降为1721%；对格网电离层产品实施解算，结果表明I6卫星的加入使得6个电离层格网点的可用度提升至95%以上。

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Methods of spacecraft impulsive relative hovering and trajectory safety analysis

CHENG , YUAN Jianping, QIAN Yingjing, MA Weihua

2017 (6): 89. doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2017.0096

摘要 ( 1451 )

PDF(1170KB) ( 996 )

Based on the analytical solutions of TH equations and its state transition matrix form, the openloop control method of spacecraft impulsive relative hovering was studied, which is promising for practical engineering use. The true anomaly intervals of the hovering impulse were optimized by the nonlinear mathematical programming. Based on the calculation of collision probability, the method of safety analysis and risk management was proposed. The numerical simulations show that the introduced relative hovering method can be used for circular and elliptical reference orbits hovering. Furthermore,the local optimal solution can be obtained by applying the true anomaly intervals optimization method. The maximum collision probability and the minimum relative distance nearly appear at the same time. And, the smaller the relative distance is, the larger the collision probability.

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