中国空间科学技术

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基于分数阶滑模的航天器姿态鲁棒控制

邓立为, 宋申民

2013 (4): 1-8. doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2013.04.001

摘要 ( 1595 )

PDF(405KB) ( 1423 )

针对存在外部扰动及转动惯量不确定性的高精度高稳定度的航天器姿态控制问题，提出了一种具有强鲁棒性的分数阶滑模控制器。首先，在修正罗德里格参数描述的航天器数学模型基础上，导出了便于分数阶滑模控制器设计的等效数学模型。其次，在传统滑模控制的滑模面与控制律中均引入分数阶微分算子，利用分数阶微分算子的快速收敛性与信息记忆性，设计了分数阶滑模控制器，并使用Lyapunov理论与分数阶稳定性理论证明了整个系统的稳定性。最后，仿真试验表明，分数阶滑模控制器具有高精度、强鲁棒性和良好的抗干扰性。

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一种重力卫星质心在轨标定算法

辛宁, 邱乐德, 张立华, 丁延卫, 王大雷

2013 (4): 9-15. doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2013.04.002

摘要 ( 1670 )

PDF(398KB) ( 959 )

针对重力卫星质心在轨标定问题，提出了一种将预测滤波与卡尔曼滤波相结合的标定算法。该算法首先利用磁力矩器产生一个明显大于干扰力矩的周期性力矩作用于卫星上，然后利用陀螺数据实现了卫星角加速度的预测滤波估计，并通过静电加速度计信息设计卡尔曼滤波器，实现卫星质心的标定；最后进行了数学仿真，仿真结果表明该算法针对卫星的角加速度及质心位置能够实时估计，三轴最佳标定精度分别为[0.0628 0.0324 0.0414]mm,实现了卫星质心较为精确的标定。

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视线测量光学导航系统观测模型选取

李建国, 崔祜涛, 田阳

2013 (4): 16-23. doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2013.04.003

摘要 ( 1505 )

PDF(470KB) ( 902 )

在基于视线矢量观测的自主光学导航系统中，观测模型的非线性是影响导航精度的一个重要因素。通过定量计算观测模型的非线性强度，研究了视线测量光学导航系统测量模型的选取问题。文章基于透射投影模型的共线性方程，给出了两种视线矢量观测模型的导航测量方程及测量噪声统计特性。在扩展卡尔曼滤波框架内深入分析了观测模型非线性对导航性能的影响。并利用微分几何非线性曲率测量理论，定量比较了两种观测模型的非线性强度。最后以基于视线矢量观测的姿态确定系统为例，仿真验证了非线性曲率测量与导航性能的一致性，结果表明基于单位矢量观测模型的光学导航系统具有更高的估计精度和更快的收敛特性。

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小卫星瞬态热分析模型修正方法

张镜洋, 常海萍, 王立国

2013 (4): 24-30. doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2013.04.004

摘要 ( 1586 )

PDF(438KB) ( 905 )

为解决参数分类和构建最小误差目标函数中瞬态温度时域过程的表达问题，分别定义了瞬态温度时均量和波动量对修正参数敏感度和分析值与试验值间瞬态温度均方差。利用蒙特卡洛混合方法对敏感参数进行分层修正的结果表明，修正前后瞬态温度分析值与试验值间误差由8%~16%降低至5%以下，分析值的时均量及波动量均有明显改善，且该结果被修正中未使用的试验数据所验证。这说明了修正中瞬态温度描述方式对改善瞬态热分析精度有效，蒙特卡洛混合法分层修正合理可行。

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基于扰动观测器的指数时变滑模再入姿态控制

王亮, 刘向东, 盛永智, 丛炳龙

2013 (4): 31-39. doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2013.04.005

摘要 ( 1466 )

PDF(445KB) ( 910 )

针对再入飞行器姿态控制问题，设计了一种全局鲁棒的基于扰动观测器的指数时变滑模姿态控制器，使得在存在匹配模型参数不确定性和外部扰动情况下仍能够实现精确的姿态控制。首先对飞行器模型进行反馈线性化解耦，将俯仰、滚转、偏航通道分解为3个独立的二阶系统。然后以俯仰通道为例，设计指数时变滑模控制器，使得系统具有全局鲁棒性。进一步，为了减小采用饱和函数消除滑模控制抖振而带来的系统跟踪误差，引入扰动观测器，设计了一种基于扰动观测器的指数时变滑模控制系统。最后，以某飞行器为例建立六自由度仿真模型，在考虑大气密度、转动惯量偏差以及外部高频扰动的情况下，验证了加入扰动观测器后对系统性能的提高。

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基于卫星自旋的纯引力轨道万有引力干扰抑制

谷振丰, 王兆魁, 张育林

2013 (4): 40-46. doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2013.04.006

摘要 ( 1886 )

PDF(394KB) ( 1193 )

一个称为“内卫星”的验证质量块位于外卫星的内部空腔中，不与外卫星接触而自由飞行，由于外卫星的屏蔽，其不受大气阻力、太阳光压等干扰作用，沿着纯引力轨道飞行。外卫星会对内卫星产生万有引力作用，是内卫星纯引力轨道的主要残余干扰。根据卫星相对运动动力学方程，建立了万有引力干扰对内卫星纯引力轨道影响的分析模型；基于将外卫星绕轨道面法向旋转以调制万有引力的策略，建立了外卫星自旋对万有引力干扰影响的抑制模型。以内编队纯引力飞行系统为例，对比计算了外卫星有无自旋时万有引力干扰对内卫星纯引力轨道的影响。基于模型的分析表明，外卫星自旋能够显著抑制万有引力干扰对内卫星纯引力轨道的长期影响；实例计算表明，万有引力干扰的天长期影响能够降低5~7个数量级。

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基于比刚度最大的球铰接杆式支撑臂参数设计

黎彪, 程刚, 刘志全, 丁锋

2013 (4): 47-54. doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2013.04.007

摘要 ( 1638 )

PDF(451KB) ( 1308 )

球铰接杆式支撑臂的构型参数设计决定了支撑臂的质量、收拢包络尺寸、刚度和强度等特性。文章提出了一种基于球铰接杆式支撑臂展开后比刚度最大的构型参数设计方法，利用MATLAB和ANSYS联合仿真，分析了不同构型参数组合下支撑臂比刚度的变化规律。结果表明，对于20~100m范围内的球铰接杆式支撑臂，纵梁与横杆的长度比及套筒半径的优选范围随支撑臂总长度增加而增加。当支撑臂总长度分别为20m、60m和100m时，对应的套筒半径优选范围分别为0.3~0.4m、0.5~0.7m和0.6~0.9m。提出了基于比刚度最大的支撑臂参数设计流程。利用提出的设计方法对SRTM任务中球铰接杆式支撑臂进行了构型参数设计，设计结果与ADAM杆构型参数相近，表明设计方法正确、可行。

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遥感卫星高速数传信息流设计

朱红, 郑小松, 黄普明

2013 (4): 55-61. doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2013.04.008

摘要 ( 1812 )

PDF(471KB) ( 1393 )

随着卫星遥感技术水平的提高，遥感数据的类型和数据量快速增加。为适应多类型、高速率遥感数据传输的复杂需求，对数传信息流进行了顶层设计，定义了数传与遥感系统数据接口以及数传帧格式，对遥感数据传输所需码速率进行了分类计算，为设计固定的下行数传码速率提供了依据。进而针对不同类型的遥感数据提出了基于分组优先级虚拟信道动态调度策略的数传信息流设计方案，确保不同类型遥感数据的传输满足不同的应用需求。对高速遥感数据确保满足较低的缓存容量需求，对低速遥感数据确保满足实时性传输需求。采用动态仿真技术对数传信息流设计方案进行了试验验证。设计方案可为后续新一代遥感卫星数传系统设计提供参考。

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基于三频数据的北斗卫星导航系统DCB参数精度评估方法

樊家琛, 吴晓莉, 李宇翔, 魏钢

2013 (4): 62-70. doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2013.04.009

摘要 ( 2443 )

PDF(564KB) ( 1909 )

差分码偏差（Differential Code Biases，DCB）参数作为导航电文中重要的一项，是影响用户PNT服务的主要误差源之一。北斗卫星导航系统（后文简称“北斗系统”）发射三个频点的导航信号，在导航电文中需要发播卫星的2个TGD（Timing Group Delay）参数。文章首先介绍了北斗系统卫星DCB参数最小二乘解算与形式误差评估；其次根据北斗系统三频特点，提出了不同频点组合计算垂直方向电离层电子总含量（VTEC）互差的DCB精度定量评估方法，并与IGS(International GNSS Service)提供的GPS卫星DCB精度进行比较；最后，详细分析了DCB参数精度对用户等效距离误差（UERE）计算和定位计算的影响，分别采用卫星出场标定DCB参数和经过解算DCB参数进行评估。实测数据分析结果表明，北斗系统卫星DCB参数解算形式误差与IGS解算GPS卫星DCB参数形式误差相当，但受卫星类型和解算测站的几何分布限制，北斗系统卫星DCB参数解算不确定度相比IGS略差，估计精度优于0.5ns，不同频率组合计算VTEC互差绝对值均值优于0.6TECU。相比采用卫星出场标定值，采用系统解算DCB参数后，双频用户三维位置误差改善13.80%～47.42%。

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一种高精度GPS卫星钟差预报方法

陶庭叶, 高飞, 李晓莉

2013 (4): 71-75. doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2013.04.010

摘要 ( 1269 )

PDF(289KB) ( 969 )

为了获得实时高精度GPS钟差，提出了采用快速星历建模进行短期预报。文章先对钟差数据提取趋势项，再利用傅里叶分析研究其周期特征以确定建模与预报时间段长度，最后利用径向基函数(Radial Basis Function，RBF)神经网络建模实时预报钟差。由于RBF神经网络用于非线性数据建模效果良好，在提取线性趋势项并合理确定建模周期后，该方法能够得到较好的预报结果。实际预报结果表明，文中方法得到的预报钟差精度高于超快速星历，能够满足分米级实时精密定位的要求。

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基于代理模型的QPSO算法及结构优化应用

何星星, 廖瑛, 李志

2013 (4): 76-82. doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2013.04.011

摘要 ( 1453 )

PDF(461KB) ( 1343 )

针对复杂结构的工程优化通常涉及到高度非线性的问题，采用基于迭代的传统优化算法可能无法获得全局最优解。在此研究背景下，文章引入量子粒子群优化算法(Quantum Particle Swarm Optimization, QPSO)，提出了基于克里金（Kriging）代理模型的QPSO算法，通过构建环形桁架可展天线动力学性能的代理模型，对环形桁架可展天线结构参数进行了优化设计的应用研究。研究结果表明，基于Kriging代理模型的QPSO算法计算效率较高，环形桁架可展天线的基频及最大冲击响应面非线性特征显著，并通过将计算所得到的最优解与有限元解进行对比，验证了此方法的计算精度。由此可见，此方法的研究可为复杂结构的优化设计、研制提供一定的参考。

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第64届国际宇航大会9月将在北京召开

陆征

2013 (4): 83-83.

摘要 ( 1525 )

PDF(84KB) ( 920 )

第64届国际宇航大会（IAC）将于2013年9月23日~27日在北京召开。大会由国际宇航联合会（IAF）、国际宇航科学院（IAA）、国际空间法学会（IISL）联合主办，由中国宇航学会举办。本届大会的主题是：推动航天发展,造福人类社会（Promoting Space Development,for the Benefits of Mankind）。

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