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2012年, 第32卷, 第3期　刊出日期：2012-06-25 上一期    下一期

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研究探讨

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采用信标的大型可展开天线指向控制方法 邢志钢, 刘丽坤, 郑钢铁, 周志成 2012 (3):  1-6.  doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2012.03.001 摘要 ( 2321 )   PDF(415KB) ( 1626 )   为提高大型可展开天线的指向控制精度，并适应喷气卸载等在轨工况，基于Craig-Bampton法建立了表征柔性天线指向的动力学模型，在此基础上提出了一种采用信标的大天线指向控制方法。该方法先基于卡尔曼滤波，对大天线的振动状态进行检测，若天线未出现明显振动，则通过信标敏感器修正天线指向偏差，同时引入星本体姿态敏感器以保证稳定性；若天线振动超过阈值，则仅引入星本体敏感器以衰减振动，直至天线未出现明显振动。最后利用瑟拉亚（Thuraya）卫星的在轨实测热变形数据进行了仿真验证。结果表明，在未受到喷气扰动时，大天线指向精度优于±0.02°，在受到喷气扰动后，系统可正确检测并切换跟踪输入。这说明，该指向控制方法在保证稳定性的同时，可以有效修正大天线指向偏差，并能适应在轨位保、卸载喷气工况。 相关文章 | 计量指标

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基于IMM-UKF的航天器相对位姿确定算法 岳晓奎, 李彬, 赵凯 2012 (3):  7-14.  doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2012.03.002 摘要 ( 1871 )   PDF(395KB) ( 1853 )   在航天器相对导航过程中，相对距离测量信息容易受到干扰，测量误差有较大的不确定性，通常基于单一模型的滤波算法无法对噪声进行辨识，很难获得精确的导航结果。针对应用Clohessy-Wiltshire (C-W)方程受到圆轨道假设的限制问题，研究了建立在惯性坐标系下的近距离相对运动方程(Lawden方程)，建立了基于这两个方程的模型集。根据导航系统测量敏感器的特点，设计基于Rodrigues参数及无迹卡尔曼滤波(UKF)的交互式多模型(IMM)视觉相对位姿动态估计算法(IMM-UKF)，在保证计算效率的前提下，确保相对轨道姿态确定的稳定性和精确性。数值仿真验证了算法的有效性和先进性。 相关文章 | 计量指标

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基于光电导航的伪卫星空中基站定位算法 王玮, 关宇威, 胡胜军, 刘宗玉 2012 (3):  15-19.  doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2012.03.003 摘要 ( 2077 )   PDF(254KB) ( 1407 )   由于具有抗干扰能力强和布置灵活机动的特点，伪卫星在增强卫星系统和独立组网为用户提供更高精度导航定位信息方面具有广阔的应用前景。伪卫星空中基站的精确定位是构建伪卫星区域定位系统的一个关键问题。为此，研究了一种基于光电导航的定位算法，综合利用光电探测成像信息和惯性导航信息，根据伪卫星空中基站的特点建立了相应的误差模型，并采用最小二乘法估计位置误差。计算机仿真结果表明所提算法简单，具有较大的实用价值。 相关文章 | 计量指标

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基于对偶四元数的编队飞行卫星相对位姿描述 蒋锋, 王惠南, 皇超颂 2012 (3):  20-26.  doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2012.03.004 摘要 ( 2212 )   PDF(401KB) ( 1738 )   为统一描述编队飞行卫星中主从星的相对位置和姿态参数，利用对偶四元数，建立编队飞行卫星运动学模型，分析其物理意义，提出了基于对偶四元数的编队飞行卫星相对位姿描述的划船算法，并利用这一算法解算出相对位置和姿态参数，突破了传统方法中将卫星轨道和姿态分而治之的方式。仿真结果表明该算法科学合理，能够有效描述编队飞行卫星间的相对位置和姿态。 相关文章 | 计量指标

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导航卫星的地面站定轨算法 陈治国, 陈培, 韩潮 2012 (3):  27-34.  doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2012.03.005 摘要 ( 2725 )   PDF(438KB) ( 1792 )   导航星座轨道的长期保持是星座导航系统运营管理的重要组成部分，而现有的导航卫星地面定轨算法又存在精度不高或计算量大不适合工程应用的问题。为此，研究了单向、被动测量模式的导航卫星地面定轨算法。基于单向伪距观测，将导航卫星钟差参数作为状态量，推导了滤波算法的状态方程、测量方程，并最终建立了滤波器模型。以不同轨道面的4颗GPS导航卫星为例进行了2天的仿真试验，考虑卫星的可见性仿真中加入了测量中断，并设计在测量恢复后重启滤波算法。仿真结果表明，4颗卫星的轨道位置估计精度可以达到米级，钟差随机偏差的估计精度可以达到纳秒级，并且在滤波中断后重启滤波器，仍然可以达到此估计精度，表明此定轨算法具有收敛性和稳定性。 相关文章 | 计量指标

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星载天线传感器优化部署的均匀设计方法 李文博, 王有懿, 赵志刚, 赵阳 2012 (3):  35-42.  doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2012.03.006 摘要 ( 2419 )   PDF(480KB) ( 1761 )   为提高模态密集大型星载天线在轨模态参数辨识精度，提出基于均匀设计的遗传算法对传感器数量和位置进行优化部署。根据模态空间H2范数确定参振模态阶数；分别以测量信息正交性和能量最大为优化目标，引入均匀设计方法对传感器数量、种群规模、交叉概率和变异概率4个组合参数进行选取；采用特征实现算法进行在轨模态参数辨识研究。数学仿真表明：所提出的方法可以有效解决传感器数量和位置的优化部署问题，避免了以往人为经验选取参数时存在的主观性和盲目性问题。 相关文章 | 计量指标

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短基线约束条件下的整周模糊度二维搜索算法 庞春雷, 赵修斌, 卢艳娥, 严玉国, 余永林 2012 (3):  43-48.  doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2012.03.007 摘要 ( 2176 )   PDF(391KB) ( 1743 )   通过对基线仰角和方位角的搜索，在二次残差最小的条件下确定整周模糊度。建立了搜索模型，论述了搜索原理及其应用的具体过程，推导了粗搜索和精搜索的步长。通过试验与最小二乘降相关平差（Least-squares Ambiguity Decorrelation Adjustment，LAMBDA）算法进行分析比较，验证了新方法的正确性及可靠性，得到了1 cm的基线精度，0.6°的仰角和0.4°的方位角精度，且算法简单，搜索效率高，适用于载体的姿态测量。 相关文章 | 计量指标

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冗余空间机械臂粗捕获段无碰撞轨迹规划算法 王悦, 贾英宏, 徐世杰 2012 (3):  49-56.  doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2012.03.008 摘要 ( 1948 )   PDF(634KB) ( 1842 )   现有的基于C空间的无碰撞轨迹规划算法需要求解C空间以获得C空间障碍边界。对于多自由度的冗余机械臂，求解过程需要消耗很大的计算量和内存，不适用于计算资源紧张的空间机械臂轨迹的快速规划。文章提出了一种不需要求解C空间的试探性规划算法，包含4个子算法：碰撞检测算法、无碰撞目标构型求解算法、无碰撞路径搜索算法和路径平滑算法。已知期望的末端作用器位置和姿态，利用目标构型求解算法得到无碰撞的目标构型，然后由路径搜索算法在C空间障碍边界未知的情况下，利用碰撞检测算法，采用一定的试探规律，在C空间中搜索出一条无碰撞路径，最终由路径平滑算法使该路径平滑，易于实现。仿真算例表明，该算法是快速有效的，适用于冗余空间机械臂粗捕获段的快速轨迹规划。 相关文章 | 计量指标

技术交流

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载人航天器舱门快速检漏仪的可靠性试验与评估方法 崔致和, 曹军, 杨晓林, 张孝义, 权昕, 董义鹏 2012 (3):  57-63.  doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2012.03.009 摘要 ( 2078 )   PDF(422KB) ( 1727 )   载人航天器舱门快速检漏仪是载人航天器舱门及其对接机构对接面气密性检测的测试仪器。为了验证舱门快速检漏仪的可靠性指标水平，按照寿命型和计量型可靠性试验方法的基本思路，通过分析其功能、工作原理和主要故障模式，确定了可靠性特征量，提出了舱门快速检漏仪的可靠性验证试验方法，包括试验方法的选择、试验件状态、试验条件的确定、试验程序、故障判据及可靠性评估方法，并给出了评估结果。 相关文章 | 计量指标

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气动力辅助椭圆轨道转移技术研究 符俊, 蔡洪, 张士峰 2012 (3):  64-71.  doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2012.03.010 摘要 ( 2097 )   PDF(444KB) ( 1737 )   研究了两种共面椭圆轨道最优转移方法——基于单纯推力的双脉冲对称转移和基于气动力辅助变轨技术的协同机动方法。推导了双脉冲对称转移问题中转移椭圆轨道的求解公式，采用遗传算法求解最优变轨点位置，给出了变轨脉冲的计算方法。将气动力辅助对称转移过程分为3段：真空飞行段、大气飞行段、真空飞行段。以能量最小为性能指标，将大气飞行段轨迹优化问题转化为标准最优控制问题模型，并利用Gauss伪谱法进行求解，得到“巡航+滑行+巡航+滑行”的大气最优飞行轨迹。最后对两种转移方法进行详细比较，指出初始椭圆轨道近地点越接近大气层，气动力辅助对称转移方法比双脉冲对称转移方法越节省能量。 相关文章 | 计量指标

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等离子体密度对栅极系统束流影响分析 贾艳辉, 李忠明, 张天平, 李娟 2012 (3):  72-77.  doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2012.03.011 摘要 ( 2094 )   PDF(390KB) ( 1276 )   针对现有离子推力器栅极系统束流引出分析中未考虑放电室等离子体密度均匀性影响的不足，基于数值方法对该问题进行了研究。采用单元内粒子 （Particle In Cell，PIC） 方法对栅极系统束流引出进行了数值模拟。PIC方法中电场求解采用有限差分方法，离子加速方法采用跳蛙格式。以国产20cm Xe离子推力器作为算例，计算得到了栅极中心和边缘孔引出束流离子和电场的分布。结果显示栅极中心孔相对边缘孔束流聚焦性好，束流发散角小，但中心孔轴线的鞍点电势较边缘孔高24.8V。因此，放电室等离子体密度分布对束流引出具有重要影响，电子返流现象最先出现在栅极中心位置。 相关文章 | 计量指标

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测量液体推进剂剩余量的体积激励法 傅娟, 陈小前, 黄奕勇 2012 (3):  78-83.  doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2012.03.012 摘要 ( 1699 )   PDF(356KB) ( 1729 )   首先给出了以贮箱内气体为对象的一般热力学测量控制方程，完成气体及液体体积的计算； 以贮箱系统为研究对象，建立了系统处于等温、绝热及非等温条件下的热力学模型，考虑了气体与液体、贮箱壁的传热传质等因素，得出了比较理想的测量模型。其次，对影响测量的系统误差进行了分析，建立了各种影响因素的误差模型，并提出了相应的修正措施。然后，给出了在现有技术水平下测量的最大误差，结果表明测量误差在贮箱总体积的1%以内。最后，对激励频率、体积改变量大小及测量设备等相关应用技术问题进行了分析讨论与合理设计。体积激励法是一种可满足测量精度和耗能要求的良好方法。 相关文章 | 计量指标