中国空间科学技术

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基于先验子图检测的失效航天器SLAM方法

康国华, 马云, 乔思元, 郭玉洁, 金晨迪

2019 (1): 1. doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2019.0001

摘要 ( 674 )

PDF(9002KB) ( 384 )

基于激光雷达的航天器位姿估计技术是当前在轨服务研究热点。针对失效航天器位姿估计，将通用的图优化SLAM技术应用到空间非合作目标的研究中。为解决SLAM算法在动态场景中产生累积误差问题，利用失效航天器自身运动特点，提出一种基于先验子图检测改进的SLAM算法。在该算法中，通过激光雷达和惯性测量单元分别采集失效航天器及周围环境的点云数据、服务航天器的运动信息，构建出服务场景下航天器的相对位姿图；再采用先验子图检测方法建立不连续的位姿节点间的约束关系;最后用约束信息对位姿图进行优化。仿真结果表明,相较于通用的SLAM算法的位姿估计，该方法减小了累积误差，提高了相对位姿估计精度，可以为后期的导航、控制等在轨任务提供信息。

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SpaceWireD的调度表生成方法

姜宏, 杨孟飞, 刘波, 刘鸿瑾, 龚健

2019 (1): 11. doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2018.0065

摘要 ( 627 )

PDF(2330KB) ( 378 )

针对航天高速SpaceWireD提出了一种调度表生成方法。该方法基于贪婪算法和SMT求解器。贪婪算法是主体，在每次迭代中以调度表的分布均匀性为优化原则产生一个约束集作为SMT求解器的输入参数，然后调用SMT求解器。SMT求解器是重要工具，用于对输入参数的可满足性进行判定，如果可满足则将输出的模型作为生成的调度表。此外，还提出了设置分片长度、确定时间槽大小以及划分冲突域的策略。最后，通过试验对方法的效果进行了验证。结果表明，生成调度表的时间较短且调度表具有良好的分布均匀性。

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双轴模拟式太阳敏感器测试链误差分析及修正

徐晓丹, 王建福, 种荟萱, 高长山, 梁鹤, 洪帅, 吕政欣, 孙艳, 王春宇

2019 (1): 19. doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2018.0072

摘要 ( 576 )

PDF(8157KB) ( 173 )

基于四象限硅光电池，双轴模拟式太阳敏感器（简称双轴模太）可实现太阳矢量两轴方向角的同时测量。硅光电池各象限光生电流的采集精度直接决定了敏感器的工作性能。然而，测试链环节中存在的不一致性误差会引起双轴模太角度测量偏差。为此，基于数值仿真，分析并建立了硅光电池各象限响应率、各象限光生电流的电压转换、信号放大、A/D转换系数及暗电流等环节偏差的影响模型，进而对各环节的综合偏差进行标定和修正，从而在保证敏感器测量精度的同时，降低对测试链环节的要求。测试结果表明，在不改变测试链性能的情况下，双轴模太的测量精度由修正前的2.05° (α轴，3σ)和1.94° (β轴，3σ)提高到0.28° (α轴，3σ)和0.26° (β轴，3σ)。

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北斗区域Klobuchar改进模型及其修正精度分析

刘瑞华, 薛凯敏, 王剑

2019 (1): 25. doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2018.0066

摘要 ( 717 )

PDF(4652KB) ( 499 )

北斗卫星导航系统采用Klobuchar模型修正单频接收机用户的电离层延迟误差，由于此模型从亚洲地区应用角度考虑，在某一特定区域的修正精度甚至不足50%。为进一步提高区域电离层延迟修正精度，提出在原模型8个改正参数的基础上增加5个关键参数的Klobuchar改进模型，并采用松弛迭代与直线搜索法中的黄金分割相结合的算法对新增参数进行求解。以天津及其附近区域为例，利用GPStation6接收机采集到的实测数据对改进模型与原模型进行计算。将国际全球导航卫星系统服务组织（International GNSS Service，IGS）发布的全球电离层格网数据作为参考值，对比分析改进模型与原模型的修正精度。结果表明，区域Klobuchar改进模型在天津及其附近区域的电离层延迟平均修正精度比原模型提升了10.46%，平均修正精度达到77.51%。

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基于深度神经网络的空间目标结构识别

周驰，李智，徐灿

2019 (1): 32. doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2018.0064

摘要 ( 686 )

PDF(10928KB) ( 415 )

利用空间目标雷达散射截面(Radar Cross Section, RCS)序列开展空间目标结构识别是空间态势感知的重要组成部分。文章针对 RCS序列受目标物理特性、姿态特性影响大，序列信号非平稳特征明显的问题，利用深度神经网络（Deep Neural Network，DNN）算法解决空间目标结构特征识别的问题；针对特征提取不具区分度的问题，提出利用分形分析提取RCS序列的分数维特征，并利用Fisher判决率对传统特征进行选取；介绍了DNN算法以及数据处理过程；最后，利用一组仿真测试数据对算法进行了仿真验证。分析结果表明，DNN算法在解决利用RCS序列进行目标结构识别这一问题中具有鲁棒性强、识别准确的特点。

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基于卫星编队的空间碎片视觉高精度导航方法

杨博，王浩帆，苗峻，赵晓涛

2019 (1): 40. doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2018.0073

摘要 ( 411 )

PDF(9660KB) ( 225 )

视觉方法被广泛应用于空间碎片这类和卫星之间没有任何通信的非合作目标导航。针对观测过程中视觉传感器的像差偏差引起位置不确定的问题，提出了利用卫星编队的立体视觉导航方法。首先，利用卫星编队构造了长基线的视觉传感器，通过Fisher矩阵对系统的可观测性进行了分析，验证了系统是可观的；其次，对视觉传感器进行了误差分析，通过安排最优视差角，使多颗卫星的观测信息融合达到最优；最后，应用卫星编队的视觉导航方法对空间碎片进行了导航仿真验证。结果表明，基于卫星编队的视觉导航方法可以显著减小观测误差，精度能达到01m量级，而且编队构形简单，易于工程实现。

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铲挖式表层月壤采样器设计与试验

姜水清，刘荣凯，林云成，马如奇，刘宾，刘天喜

2019 (1): 49. doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2018.0067

摘要 ( 712 )

PDF(13262KB) ( 611 )

针对月球表层土壤的采样任务，设计了一种搭载于机械臂末端的采样器。基于离散元手段，利用Scott真实月壤微型三轴压缩试验数据，完成仿真散体颗粒特性参数匹配，开展了采样器铲取、挖取采样过程的仿真分析，获得作业过程采样器的动力学特性。此外，开发了采样器性能测试系统，针对不同模拟月壤对象进行了采样试验，测试获得了采样器采样能力随深度及月壤硬度的变化情况，得到采样器操作参数的可行区域。采样器能够实现铲取、挖取和封装容器转移多重任务，研究工作为中国未来的月面采样任务提供方案借鉴和技术支撑。

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天基激光移除空间碎片仿真平台研究与开发

杨武霖，陈川，余谦，李明，龚自正

2019 (1): 59. doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2019.0002

摘要 ( 437 )

PDF(6312KB) ( 737 )

为了从空间碎片和天基移除系统两方面分析激光驱动碎片变轨过程，优化移除任务规划和策略，基于真实的可观测空间碎片数据，设计并开发了一套天基激光移除空间碎片三维数值仿真平台。首先从总体设计出发，对三维数值仿真平台的需求分析、总体框架、模块功能进行了明确的描述。其次通过对激光驱动空间碎片变轨过程数学模型的分析，确定了各模块的具体实现方法。最后采用C++/Qt开发了三维数值仿真平台，通过仿真验证了设计平台的有效性。该仿真平台可用于不同天基平台和目标碎片的任务规划、碎片分布热点区域和航天器防护区域的方案设计及空间环境治理体系的优化设计。

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存储器抗辐射加固的矩阵纠错码研究

施宇根，李少甫，齐艺轲

2019 (1): 67. doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2018.0070

摘要 ( 332 )

PDF(4941KB) ( 435 )

为了纠正辐射环境中的高能粒子对存储器造成的多位翻转，研究了一种矩阵纠错码电路，对存储器进行有效的抗辐射加固。提出了一种矩形循环校验法构造校验位，并设计了纠错码的译码算法和相应的译码电路。根据校验位构造了检测位。对数据的输入顺序进行排列，确保了冗余位发生翻转时纠错码电路仍可以正常工作。在16位宽的码字中，所研究的矩阵纠错码可以纠正数据宽度为5位的多位翻转。同目前已知的二维纠错码在相同条件下进行比较，其获得了更高的平均失效时间。

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具有载荷扰动抑制的卫星姿态控制方法及验证

李明群，雷拥军，牟小刚

2019 (1): 73. doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2018.0074

摘要 ( 439 )

PDF(4350KB) ( 747 )

针对载荷转动对星体产生的呈周期变化的干扰，开展了干扰抑制方法研究。利用干扰的周期特性，基于李亚普诺夫原理设计了参数未知的周期干扰力矩的辨识算法，实现了卫星姿态的自适应控制。最后进行了物理仿真试验，利用真实的星载计算机和控制部件，在气浮台上进行了试验验证，结果表明,算法有效地抑制了载荷转动的干扰，卫星的姿态稳定度提高了50%，且算法简单，易于星上软件实现。

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基于ROS的空间即插即用架构软件解决方案

李长春，乔兵，王鹤彬

2019 (1): 78. doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2018.0068

摘要 ( 681 )

PDF(6377KB) ( 591 )

为了支持航天器软硬件系统的即插即用，必须配备一套中间层软件系统来自动处理组件的自发现、自配置和通信，针对这一需求提出一种基于机器人操作系统（ROS）实现空间即插即用软件架构的方案。在分析和对比ROS框架与SPA架构的基础上，根据SPA异质网络架构的特征，提出了基于ROS的SPA软件架构（RSPA）；对SPA协议在ROS框架下的实现问题进行了研究；设计了一种基于ROS的SPA演示系统。相比于以往的空间即插即用架构软件实施方案，RSPA具有清晰的网络模型，更容易扩展，并且可以有效利用ROS稳定的基础框架和丰富的工具加速软件构建过程。

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