中国空间科学技术

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太阳帆航天器姿态机动的复合控制研究

翟坤, 张瑾, 王天舒

2013 (6): 1-8. doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2013.06.001

摘要 ( 1843 )

PDF(406KB) ( 1754 )

输入成型法无法消除姿态机动过程中的柔性振动，残留的柔性振动将改变大柔性太阳帆航天器的结构参数，影响姿态机动的控制精度。为此，基于两种控制手段（作用于太阳帆中心的喷气和作用于支撑杆顶端的电推进）的组合，提出复合控制方法，以消除姿态机动过程中的柔性振动。采用将帆面质量等效到支撑杆的简化方法，建立太阳帆航天器姿态运动与柔性振动的耦合动力学模型，并从减小振动模态的外加激励出发，根据简化的动力学模型，得到了两种复合控制的设计方法：消除某一阶的柔性振动方法和减小前n（n>1）阶的柔性振动方法。仿真结果表明，相比输入成型法，第二种复合控制方法不但机动时间短，还能够将姿态机动过程中的柔性振动抑制到5%，使机动角度精度优于0.003°。由于仅利用已有的控制手段，复合控制方法算法简单，适合于实际应用。

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基于小波变换和核独立分量分析的遥感图像变化检测

吴一全, 曹照清

2013 (6): 9-16. doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2013.06.002

摘要 ( 1319 )

PDF(654KB) ( 1194 )

为了进一步提高基于独立分量分析(IndependentComponentAnalysis,ICA)的遥感图像变化检测精确度，并解决ICA分离的图像分量排序不确定问题，提出了基于小波变换和核独立分量分析(KernelIndependentComponentAnalysis,KICA)的遥感图像变化检测方法。首先通过小波变换对遥感图像进行分解，得到由图像的高频分量和低频分量组成的分块向量，然后利用核函数将分块向量映射到高维特征空间中，再在该空间中用ICA方法分离出互相独立的向量，最后根据分离出的向量中高频分量的差异自动分辨出变化分量。文章给出了遥感图像变化检测方法及近年提出的基于主分量分析(PrincipalComponentAnalysis,PCA)、基于ICA、基于KICA三种变化检测方法的试验结果，并进行了分析和定量比较。试验结果表明，文中方法能更好地分离出遥感图像的变化信息，具有更高的精确度，并实现了变化检测的智能化。

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基于网格细化技术的地球-火星转移轨道优化

谷良贤, 赵吉松

2013 (6): 17-25. doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2013.06.003

摘要 ( 1465 )

PDF(469KB) ( 1172 )

文章从细化效率、易用性和适应性等角度对基于数据压缩原理的网格细化算法进行改进，与基于局部配点法开发的通用轨迹优化方法（考虑非线性规划的规范化处理、稀疏特性和数值微分算法）相结合，构建出一种非光滑轨迹优化方法。对地球—火星转移轨道进行了优化，结果表明：所述方法能够高精度、快速求解地球—火星转移轨道优化问题，能够在轨道变化剧烈区域加密网格，在轨道变化平坦区域采用较稀的网格，具有较好的适应性和在线优化的潜力；采用控制变量作为网格细化函数即可捕捉到状态变量的剧烈变化；对于地球—火星转移轨道优化问题，推力方向角定义在[0°,360°)比定义在[-180°,180°)更利于数值优化。

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SGCMG高速转子无位置传感器控制

鲁明, 田利梅, 李连香, 翟百臣, 胡跃伟

2013 (6): 26-32. doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2013.06.004

摘要 ( 1677 )

PDF(407KB) ( 1201 )

采用无位置传感器控制的单框架控制力矩陀螺（SGCMG）高速转子系统可以降低整机复杂度，提高整机可靠性。文章设计了适用于半桥驱动无刷直流电机的反电势位置检测方法和干扰去除方法，无需滤波电路，位置检测精度高。在开环起动阶段，提出了适用于大惯量比负载的“预定位—恒流升频起动—转速估计起动—切换”的四段式起动方法，提高了起动过程的可靠性。通过仿真和试验验证了方法的有效性，实现了SGCMG无位置传感器高速转子系统的高可靠起动和高精度控制。

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航天器自主交会对接的视觉相对导航方法

刘勇, 徐鹏, 徐世杰

2013 (6): 33-40. doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2013.06.005

摘要 ( 1432 )

PDF(469KB) ( 1250 )

针对航天器自主交会对接在最终逼近阶段的相对导航问题，研究了基于特征光标的航天器视觉相对导航方法。首先建立了小角度假设条件下的相对导航模型。给出了航天器相对位置和采用欧拉角描述的相对姿态的近似解析算法。其次利用相对姿态的解析解作为观测信息，采用降阶的无迹卡尔曼滤波方法对目标航天器的姿态角和惯性角速度进行了估计，间接得到了相对姿态和相对姿态角速度的估计值。数值仿真表明提出的解析算法能够有效获得相对位置和相对姿态测量信息，通过降阶滤波可明显提高相对姿态确定精度。

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挠性卫星快速机动复合控制

饶卫东, 徐李佳

2013 (6): 41-48. doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2013.06.006

摘要 ( 1498 )

PDF(471KB) ( 899 )

文章给出了挠性卫星快速机动复合控制方法，包括前馈和反馈控制。反馈控制消除姿态误差，使得本体完成姿态机动目标；前馈控制柔化和优化参考输入，规避挠性振动。反馈控制采用经典PD控制，而前馈控制采用正弦优化控制。正弦优化控制通过优化正弦序列系数，能同时抑制大量挠性振动（包括低阶和高阶模态）。最后，文章对该复合控制方法进行了数学仿真，结果表明：在动力学不确定性和外界干扰存在的情况下，该方法仍能有效完成姿态快速机动，同时抑制最后的残余振动达到合理的水平。

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一种基于连续星图观测的自旋姿态估计方法

宁晓琳, 白鑫贝, 姜丽伟

2013 (6): 49-57. doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2013.06.007

摘要 ( 1796 )

PDF(516KB) ( 986 )

传统的利用地球敏感器和太阳敏感器作为测量仪器的自旋卫星姿态确定方法存在系统误差和安装误差等，从而导致自旋姿态确定误差较大的问题，文章提出了一种利用星敏感器获取的连续星图估计卫星自旋姿态参数的新方法。该方法以卫星的自旋轴和旋转角速度作为状态变量，通过星敏感器连续跟踪拍摄的恒星的成像位置作为观测量，利用无迹卡尔曼滤波估计出卫星的自旋姿态参数。仿真结果表明，在星敏感器的精度为3″时，该方法的自旋轴估计精度为0.3448″，自旋角速度估计精度为10^-4(°)/s数量级。

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基于优先级和率失真模型的CCSDS-IDC码率分配算法

李泽慧, 谢晓方, 刘泳

2013 (6): 58-66. doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2013.06.008

摘要 ( 1658 )

PDF(895KB) ( 887 )

为了解决遥感图像采集与空间网络传输能力之间的矛盾，迫切需要具有码率控制功能的图像压缩算法。文章面向军事目标监测领域图像目标区域局部高质量需求，针对CCSDS-IDC（TheConsultativeCommitteeforSpaceDataSystemsImageDataCompressionStandard）图像压缩标准，提出了一种码率分配算法。新算法改进了原算法的分段方式，设置了段优先级，并根据优先段覆盖的比例及率失真模型设计了码率分配方案。结果表明新算法在局部峰值信噪比和局部视觉效果上较原算法有明显的提高，当优先段覆盖率低于压缩比倒数时，新算法的整体峰值信噪比与原算法接近。

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低轨航天器磁推进及其能力估算

肖歆昕, 李文皓, 张珩, 刘开磊

2013 (6): 67-73. doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2013.06.009

摘要 ( 1380 )

PDF(427KB) ( 1412 )

针对地球空间磁场分布特点，提出可用于实现低轨航天器轨道维持、轨道变更的无质消耗推进技术。从基本的磁学理论出发，建立了带磁航天器在地球空间磁场中的飞行磁推力模型，阐述了通过航天器磁性获取无工质消耗连续推力的磁推进概念和原理，阐明了作用机理，提出了磁力矩解耦的磁力线追踪推力策略，给出了磁推进的能力包络和轨道高度保持与提升的典型估算结果。分析表明，当飞行体磁矩达到10⁶Am²量级以上时，可以有效用于600~1000km范围内轨道高度保持或提升。此外，文章还简要分析了实现高磁矩的技术可行性。

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基于锁相环的摆动扫描控制系统模型分析

汤恩生, 原劲鹏

2013 (6): 74-80. doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2013.06.010

摘要 ( 1466 )

PDF(412KB) ( 1316 )

基于PLL的往复摆动控制方法具有实现电路简单、可靠性高等优点，广泛应用于星载光机扫描型遥感器系统中。然而由于PLL鉴相单元和附加片簧的作用使扫描控制系统呈现复杂的非线性切换特性，难于进行控制回路的分析与设计。文章针对某星载光学遥感器PLL摆动扫描控制系统，详细分析了系统中存在的各种非线性特性，并应用小偏差线性化方法，建立了可供分析与设计的线性化模型，简化了扫描锁相回路设计的难度，在此基础上给出了锁相回路增益的设计准则，并通过仿真验证了模型分析结果的有效性，从而为此类基于PLL的摆动扫描控制系统奠定了理论分析基础和控制器设计依据。

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