中国空间科学技术

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一种空间目标高精度指向控制方法

冯甜甜, 高晶敏

2020 (2): 1. doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2020.0013

摘要 ( 590 )

PDF(3717KB) ( 478 )

针对空间动目标指向任务对卫星提出的高精度控制需求，研究了卫星星体/快反镜二级复合系统的指向控制问题，给出了一种空间运动目标高精度指向控制方法。首先，基于近圆轨道ClohessyWiltshire方程获得追踪卫星与目标卫星的位置信息；然后，基于扩展Kalman滤波算法进行多信息融合确定追踪卫星姿态参数，并实时解算出追踪卫星载荷光轴与目标卫星的相对姿态，获得跟踪指向所需的方位角和俯仰角；最后，通过星体一级姿态控制和基于快反镜的载荷光轴二级指向控制，实现对目标卫星的快速、高精度指向。仿真结果表明，该方法可以在保证快速性的同时实现动态指向控制误差小于072″。该方法可以实现对空间目标的高精度指向控制，为未来空间中激光通信等航天任务提供技术支持。

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液滴辐射器液滴层的优化设计

赵兴英, 李强

2020 (2): 10. doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2020.0014

摘要 ( 349 )

PDF(3701KB) ( 256 )

为有效提高液滴辐射器液滴层的辐射热通量，建立了矩形液滴辐射器三维液滴层非稳态辐射传热模型。采用FLUENT软件，针对液滴层辐射换热过程进行了模拟。数值分析了液滴分布特征、液滴初始温度、飞行速度、液滴间距、直径、液滴层长度及质量流率等7种因素与液滴层辐射热通量的关系及对其敏感度，提出了一种新的液滴层结构型式——中空型液滴层。结果表明，除液滴层长度和质量流率外，液滴间距和初始温度对辐射器液滴层的传热功率影响较大。在厚度方向液滴层数为100层、质量流率为12kg/s的条件下，中空型液滴层设计能将单位质量辐射热通量提高2~3倍。

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应急任务响应时间最优的多星成像规划方法

陈书剑, 李智, 胡敏, 张雅声

2020 (2): 17. doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2020.0015

摘要 ( 430 )

PDF(8393KB) ( 173 )

针对优化多星应急成像任务规划的响应时间问题进行了研究。为避免优先规划应急任务对任务总收益的影响，提出一种优化应急任务响应时间的同时兼顾任务总收益的多星成像规划方法。首先，针对综合考虑应急任务和常规任务的多星成像规划特点，建立两级目标优化的约束满足模型；其次，将模型求解过程分解为任务时间窗选择和单轨动态规划两个部分，基于自适应免疫算法对时间窗选择进行优化，同时设计前向动态规划算法确定卫星单轨最优观测路径；最后，对所设计算法的性能进行了测试，并与其他算法进行了对比。仿真结果表明本文方法能够保证应急任务响应时间最优，并同时具备较高的任务总收益，适合于求解大规模的多星成像规划问题。

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一种地月转移轨道中途修正的制导算法

本立言, 张锐, 谢祥华

2020 (2): 29. doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2020.0016

摘要 ( 316 )

PDF(1220KB) ( 282 )

针对地月转移轨道中途修正问题，提出了一种求解修正速度增量的制导算法。该算法由初值设计和精确解求解两部分组成。首先，利用伪状态理论，通过简单迭代设计中途修正的初值，并通过Vinti预报方法修正了地球扁率的影响。然后，在求解精确解时，提出了一种基于伪状态理论的状态转移矩阵解析算法。该算法通过设计高精度的初值，降低了求解地月转移轨道中途修正问题的难度，而且避免了传统数值方法计算状态转移矩阵的复杂性。数值仿真结果表明，该算法可有效求解中途修正问题。

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一种基于凝固地理系的捷联惯导极区导航算法

程海彬, 鲁浩, 徐剑芸

2020 (2): 35. doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2020.0017

摘要 ( 483 )

PDF(3882KB) ( 235 )

针对传统惯性导航系统机械编排在极区导航存在无法定位定向问题，提出了一种基于凝固地理系的捷联惯导极区导航新方案。该方案在极区内采用相对于原点三轴位置代替传统的经度、纬度、高度导航，导航计算不存在奇点。给出了凝固地理系捷联惯导系统的机械编排，推导了该坐标系与地理坐标系之间位置、速度和姿态信息的转换关系。仿真分析表明：凝固地理系可以解决现有机械编排在极点附近无北向基准所引起的问题，导航参数连续并且无原理性误差，可以满足飞机在极区飞行时的需要。

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全电推进卫星轨道优化的推力同伦解法

段传辉, 任立新, 常雅杰, 柏芊, 安然, 黄宇嵩

2020 (2): 42. doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2020.0018

摘要 ( 622 )

PDF(2941KB) ( 599 )

全电推进卫星的入轨过程是一个典型的多圈小推力轨道优化问题，由于其推力器加速度小，变轨圈数多，造成其最优理论解的求解较困难。为解决该问题，利用最优控制理论建立了全电推进卫星变轨优化的间接法模型，将变轨优化问题转化为协态变量初值猜测的两点边值问题。从大推力问题开始，通过遗传算法获得大范围猜测值并结合系列二次规划方法获得大推力的精确解。采用推力同伦思想，使用逐渐缩小推力的方式完成小推力问题的求解。仿真算例表明，采用推力同伦的方法，通过数十次的推力缩减即可有效解决多达上百圈变轨的静止轨道全电推进卫星入轨优化问题。

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载人航天器与伴随卫星间射频系统电磁兼容性分析方法

孙犇, 王玮, 梁克, 徐晓光

2020 (2): 49. doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2020.0019

摘要 ( 371 )

PDF(859KB) ( 308 )

对载人航天器与伴随卫星间射频设备的电磁干扰问题进行了研究，根据射频系统的收发参数建立了电磁干扰安全裕度模型，分析了伴随卫星发射天线对载人航天器接收天线的等效干扰。从保证载人航天器与伴随卫星在轨电磁兼容的角度，得到了航天器间能够兼容工作的最小相对距离计算方法。研究结果表明，所提出的分析方法能够对伴飞任务航天器间的电磁干扰风险进行预测，可为飞行任务的顺利完成提供技术支持。

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基于PID算法的磁选态铯束管C场的优化

陈是, 王骥, 黄良育, 刘志栋

2020 (2): 54. doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2020.0020

摘要 ( 472 )

PDF(3810KB) ( 262 )

介绍了磁选态铯束管的C场优化方法，通过自研的磁选态铯束管测试系统为铯束管提供必要的测试环境，设计不同的PID控制算法对铯束管的C场进行优化与分析，最终得到了合理的优化参数。通过对多只铯束管进行优化，将铯束管的（0~0）峰与±1峰的频率差控制在了42820kHz±20Hz范围之内，并与已有的铯束管测试平台优化结果进行比对，最优C场电流误差不超过002mA，验证了优化结果的正确性。

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质量特性对航天器火工冲击传递影响仿真分析

杨光, 刘波, 李正举, 邓明乐

2020 (2): 62. doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2020.0021

摘要 ( 443 )

PDF(7866KB) ( 76 )

航天器火工冲击环境复杂，冲击载荷的瞬态、高度非线性等特点，使得冲击响应的准确预示具有一定难度。卫星舱板上分布大量单机设备，其质量特性成为影响火工冲击传递的关键因素。根据火工冲击传递机理，建立了卫星舱板与单机设备的冲击有限元简化模型，计算了舱板上的火工冲击响应。通过与试验数据的对比，误差控制在±35dB内，验证了有限元建模的合理性。以此为基础，研究了火工冲击传递特性，为火工冲击响应预示及卫星舱板布局设计提供了参考。

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多变量全局寻优与智能优化在星座组网中的应用

李志武, 何艳超, 吕秋杰, 张磊, 朱政帆

2020 (2): 70. doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2020.0022

摘要 ( 430 )

PDF(3042KB) ( 305 )

顶层任务规划通常与星座组网紧密结合，小卫星分散灵活的特性尤其适用于星群规模化在轨运行。针对热点区域覆盖和全球覆盖的不同任务需求，提出了对构型多变量进行全局寻优和利用智能优化技术进行星座构型优化的方法，两种优化方法可分别获得小规模星群最优效能与超大型星群的较优效能。优化方法不受轨道类型和任务目标分布的约束，具有良好的鲁棒性。

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一种星载计算机秒中断间隔可控的校时方法

张翠涛, 汪路元, 郭坚, 何熊文

2020 (2): 76. doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2020.0023

摘要 ( 423 )

PDF(997KB) ( 200 )

传统的星载计算机时间维护主要由软件实现，为了避免校时过程中秒中断间隔过小或过大，软件需要通过复杂的逻辑和算法对外部计时器Intel 82C54芯片进行多次操作才能实现一次校时，较容易出错，且占用CPU机时较多。随着未来航天器智能处理的任务越来越多，CPU机时越来越紧张，为了将CPU从繁琐的校时操作中解放，提出了一种基于FPGA的秒中断间隔可控的校时方法。通过FPGA逻辑电路设计星时计时器，利用秒中断间隔约束条件设计校时触发条件，当满足校时触发条件时，FPGA逻辑电路自动实现校时操作，很好地解决了校时过程中秒中断间隔过大或过小的问题，节约了CPU机时。该校时方法已在多台星载计算机上应用，取得了较好的效果。

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“高分五号”全谱段相机可展开定标漫反射板设计

晋利兵 , 王浩, 赵艳华, 胡斌, 石栋梁, 练敏隆

2020 (2): 81. doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2020.0024

摘要 ( 430 )

PDF(4375KB) ( 228 )

为了对“高分五号”卫星全谱段光谱成像仪的太阳反射谱段辐射性进行长期监测与校正，并针对其谱段范围宽、精度要求高、口径大、使用寿命长等特点与要求，优化设计了可展开的漫反射板进行全光路全视场的辐射定标。定标漫反射板安装在相机光学系统的前端侧面，不影响相机正常成像，在定标时通过驱动机构展开漫反射板到相机前端，根据“高分五号”卫星轨道特点、定标能量要求及相机安装矩阵等设计定标漫反射板展开角度为39°。研制了430mm×430mm大尺寸聚四氟乙烯漫反射板组件以保证在展开时满足全光路全视场的定标，漫反射板在420～2400nm光谱范围内半球反射率高于95%，在相机观测方向BRDF变化优于25%。同时，设计了漫反射板稳定性监视辐射计用于监测漫反射板在轨性能衰减，监测精度15%。在轨定标精度分析为476%，满足指标要求。

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