中国空间科学技术

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刘烟, 席红霞, 曹珺, 曲海波, 宋崇金, 陈丽, 安俊洁

2018 (4): 1-10. doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2018.0043

摘要 ( 384 )

PDF(9011KB) ( 72 )

三角形方法是最经典且应用最广的星图识别方法之一，但是存在搜索范围大、匹配冗余、抗噪能力弱等问题。将神经网络技术应用到星图识别过程中，结合自组织映射网络（SOM）优秀的分类能力和三角形算法可靠的角距匹配能力，提出了一种新的识别方法。该方法基于邻近星的分布来构建每颗导航星的特征向量，将其作为SOM网络的输入向量，通过训练得到具有分类识别功能的网络及相应的三角形库。识别阶段，输入待识别星的特征向量，网络输出识别类，在该类对应的三角形库中应用三角形算法查找匹配三角形，完成星图识别。试验发现该方法减小三角形搜索范围、实现快速匹配的同时，提高了识别系统的抗噪能力，在全天识别过程中平均识别时间低于5ms，识别率在噪声标准差为0.025时仍高达99%。

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基于事件驱动的容积卡尔曼滤波定位算法

林浩申, 李思嘉, 刘刚

2018 (4): 11-19. doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2018.0041

摘要 ( 384 )

PDF(4285KB) ( 171 )

以网络化非线性滤波系统为研究对象，为了平衡系统的通信率和滤波精度之间的矛盾，引入随机事件驱动（stochastic event-triggered）的思想，并在此基础上建立了基于残差检测的事件驱动（detected event-triggered）模型。针对系统的强非线性，将线性随机事件驱动滤波系统中的更新结论推广至非线性系统，推导了两种事件驱动机制在容积卡尔曼滤波（CKF）算法框架中的滤波更新过程，得到了检测事件驱动CKF（DECKF）和随机事件驱动CKF（SECKF）两种算法。最后，通过天基平台空间目标跟踪问题对算法性能进行检验。仿真结果表明，当通信率下降20.64%时，DECKF算法的位置跟踪精度和速度跟踪精度相比标准CKF仅下降了5.50%和7.74%。此外，在通信率相同的情形下，DECKF比SECKF的精度高40%以上，证明检测事件驱动模式优于随机事件驱动模式。

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微小卫星轨道保持的混合切换控制方法

杨博, 魏鲍杰, 魏延明, 苗峻

2018 (4): 20-26. doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2018.0021

摘要 ( 172 )

PDF(4902KB) ( 151 )

固体微推力器阵列作为一种新型推力装置用于微小卫星轨道保持具有精度高、无燃料泄漏、冲量可调等优点，但是微推力器推力不连续的特点，使得控制系统设计时与以往的连续系统有所不同。为了充分发挥微推力器高精度的特性，采用基于混合系统的切换控制思想，建立了微推力器混合切换系统控制模型。首先，根据固体微推力器的推力特点推导了卫星离散动力学模型；其次，以李雅普诺夫稳定性定律为基础，设计了混合系统脉冲切换控制律；最后，针对小卫星轨道控制进行了仿真验证。结果表明，基于混合系统建立的控制模型能准确反映微推力器的特点，轨道保持精度能达到0.2m，而且推力器消耗量满足卫星长时间在轨运行要求。

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基于差分进化算法的导航星座在轨重构构型设计

赵双, 张雅声, 戴桦宇

2018 (4): 27-35. doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2018.0046

摘要 ( 218 )

PDF(3878KB) ( 313 )

针对有卫星失效下的导航星座，提出了对在轨卫星进行相位机动的方法来对星座的空间构型进行重构，以实现修复和改善星座性能的目的。首先，利用共面高轨和共面低轨变相的方式来对在轨卫星的相位进行调整，建立共面轨道相位机动的数学模型；其次，提出了除重构时间和重构能量外的其他重构指标，包括重构能量均衡度和重构构型恢复性，并建立了各重构指标的数学模型；然后，建立了重构构型的优化模型，并对优化问题中个体的评价手段与编码方式进行设计；最后，以北斗中MEO卫星失效为例，利用差分进化算法对优化模型进行求解，得到以不同重构指标为目标函数下的Pareto前沿。从结果中可以看出该重构方法对星座性能的提升最大可以达到41.2%，同时Pareto前沿中对应的所有重构策略中，重构能量、重构构型的均衡度、重构构型的健壮性的数量级均维持在-1、-3和0的水平。

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挠性航天器智能模糊控制算法

张恒浩, 唐庆博, 焉宁, 陈春燕, 郑正路

2018 (4): 36-43. doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2018.0026

摘要 ( 326 )

PDF(5396KB) ( 173 )

针对挠性航天器滑模变结构姿态控制器控制力矩的高频抖振问题，提出一种挠性航天器智能模糊控制算法。该算法使用模糊控制算法对航天器控制参数进行模糊化智能处理，能够有效改善控制器控制力矩的高频抖振问题。首先将模糊控制算法与滑模控制算法结合，根据切换面趋近律系数模糊化处理；然后应用连续饱和函数代替符号函数设计姿态控制器；最后通过算法到达滑模面的程度调整边界层厚度，在保证控制力矩不发生抖振情况的同时有效控制滑模面边界层的厚度。仿真结果证明，提出的智能模糊控制算法能够有效改善挠性航天器控制力矩的高频抖振问题，同时可以加快挠性航天器低阶模态振动曲线的收敛速度。

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大型网状天线展开过程温度及展开时机分析

李涛, 肖志伟, 张筱筱

2018 (4): 44-50. doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2018.0040

摘要 ( 269 )

PDF(15297KB) ( 63 )

大型网状天线在轨展开过程复杂，风险大。反射器在展开过程中的温度影响展开动力与碳纤维管件抗弯能力，是反射器展开安全的关键因素。通过测试得到反射器展开动力的传动效率、桁架管件抗弯能力随温度变化规律，即-65℃时管件抗弯能力最好，而传动效率随温度升高而提高。通过建立大型网状天线有限元模型与节点矩阵转换算法，模拟展开臂与反射器的展开过程，对管件与T型铰链在轨温度变化规律进行分析，确定最佳展开时机，降低展开过程中展开动力不足、管件强度过载等风险。分析结果表明：布置在地球静止轨道卫星东舱板的大型网状天线展开时机为6:00~9:00时，管件抗弯能力最强；展开时机为4:00时，T型铰链展开动力传动效率最高。

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考虑磨损后含间隙指向机构运动特性

韩雪艳, 李仕华, 左亚铭, 李珺

2018 (4): 51-61. doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2018.0036

摘要 ( 311 )

PDF(10017KB) ( 80 )

为了提高空间指向机构磨损寿命的预测精度，克服传统静态磨损寿命预测的缺陷，计及间隙、摩擦磨损耦合因素，以实现机构关节动态磨损的精确预测，并对综合考虑间隙、摩擦磨损等因素的空间二维指向机构动力学问题和磨损问题进行了研究。采用牛顿欧拉法，将间隙变量嵌入动力学模型，构建含间隙二维指向机构的动力学模型。基于Archards磨损模型，找到运动副接触面不同位置处的磨损深度，重构运动副表面形貌，并对磨损前后含间隙指向机构的动态特性进行分析，得到了关节处接触碰撞力和切向摩擦力的变化规律；采用动态拟合变量法和离散处理法分别对含间隙运动副内部间隙与接触力间、运行时间与相对滑移速度间的对应关系进行拟合，并建立了动态磨损数学模型；进一步预测了二维指向机构在跟踪模式、调姿模式下的运行时间分别为1259192h、76444h。研究工作为二维指向机构的本体设计、制造与应用奠定基础。

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区域机动目标普查监视小卫星组网设计与仿真#br#

赵程亮, 张占月, 李志亮, 刘瑶

2018 (4): 62-68. doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2018.0045

摘要 ( 328 )

PDF(2450KB) ( 313 )

针对海洋机动目标任务规划难、搜索难度大的特点，设计了一种面向海洋热点区域机动目标搜索监视的卫星组网星座。首先，根据机动目标搜索任务的特点，建立考虑时空约束条件的卫星成像条带拼接搜索策略；其次，根据机动目标搜索策略，设计了一种高时间分辨率组网星座构型；最后，构建以最小组网卫星侧摆角度和任务观测时间为优化目标的鲁棒模型，采用遗传算法对组网卫星进行优化求解，并给出算法实现流程。仿真结果表明，该卫星组网星座能够有效完成对目标区域机动目标覆盖监视，为热点区域海洋机动目标监视任务提供了一定的方法支撑。

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快响SAR卫星零多普勒波束中心姿态机动策略研究

贺荣荣, 贺保平, 冯帆, 党红杏, 谭小敏

2018 (4): 69-75. doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2018.0039

摘要 ( 414 )

PDF(3878KB) ( 265 )

传统偏航牵引方法采用惯性系下卫星轨道6要素推导得出姿态机动参数，在此方法中仅控制卫星主轴方向多普勒频率为0Hz，无法补偿SAR天线安装偏差和波束在天线内的方位距离向离轴角引起的斜距偏差和多普勒频率偏移，不能满足SAR系统时序设计需求和快响SAR卫星在轨实时处理器性能要求。因此，提出了地心固定坐标系中SAR天线波束指向零多普勒面内目标方向的姿态机动策略，使快响SAR卫星在轨实际波束中心多普勒频率为0Hz。该策略首先计算了基于场景目标的SAR总体设计的精确时序参数和观测参数，然后在地心固定坐标系中建立了波束中心多普勒频率为0Hz的SAR天线波束三轴指向模型，推导得出卫星三轴指向和姿态机动参数，并通过Matlab对该策略进行了仿真验证。结果表明，该策略可将多普勒频率由地球自转引起的29kHz、天线与卫星安装偏差引起的360Hz和波束方位向离轴角引起的3950Hz补偿至0Hz，同时将由天线与卫星安装偏差和波束距离向离轴角综合引起的波束中心偏离目标的斜距偏差6.28km补偿至米的量级。

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多机理下的卫星寿命预测方法与应用

赵海涛, 杨慧, 熊笑

2018 (4): 76-83. doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2018.0047

摘要 ( 212 )

PDF(4921KB) ( 381 )

针对卫星寿命预测的需求和以往方法未考虑突发故障及退化失效的不足，提出了综合多种机理进行寿命预测的方法。归纳了星上产品的寿命特征和卫星到寿原因，指出了卫星随机失效的分布特征；针对随机失效,建立随单星工作时间和系统结构变化的剩余寿命预测模型，给出了利用动态的在轨工作状态数据求解多阶段分布参数的算法，从而实现剩余寿命的动态分析；综合随机失效、退化、消耗及其在轨变化规律，提出了适用于多机理的、竞争性的寿命预测方法。案例分析表明，综合考虑突发故障、退化失效和消耗,可以得到更合理的寿命预测结果,在星座维持策略中提高备份星计划的可信性。

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