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2023年, 第43卷, 第5期　刊出日期：2023-10-25 上一期    下一期

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综述

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太阳系内行星探测活动进展与展望 杨孟飞, 郑燕红, 倪彦硕, 黄晓峰, 张正峰, 邢卓异 2023 (5):  1-12.  doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2023.0063 摘要 ( 635 )   PDF(10199KB) ( 1007 )   行星探测是人类认识宇宙的重要手段，随着航天技术的不断发展，主要航天国家先后实施了百余次太阳系内行星探测活动，实现了太阳系内行星的飞越、环绕、着陆、巡视及采样返回。结合已实施的系内行星探测活动和将要开展的系内行星探测任务，分析了行星探测任务的特点，总结了行星探测的主要科学问题及主要发现，展望了系内行星探测的发展趋势，并结合我国行星探测近期发展规划，提出了中长期发展路线设想与引领任务建议，可为我国行星探测任务规划提供支持。 相关文章 | 计量指标

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地月及深空探测先进电推进技术的发展 吴辰宸, 耿海, 王紫桐, 李得天 2023 (5):  13-23.  doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2023.0064 摘要 ( 353 )   PDF(7207KB) ( 627 )   聚焦地月及深空探测关键技术之一——空间电推进技术，介绍了空间电推进的技术内涵和中国电推进应用现状，从任务特点、电推配置、应用效益等维度剖析了国际上典型的基于电推进的地月及深空探测任务。瞄准中国深空探测领域未来发展需求，针对月球探测、小行星探测、载人火星探测、太阳系边际探测和地月空间科学探测5种典型场景，分别介绍了电推进优化应用策略，梳理了面向深空探测的先进电推进关键技术体系和发展重点。最后，按照“一中一超一微”的发展思路给出了空间电推进技术发展建议，为后续空间电推进在地月及深空探测领域实现更加广泛的应用提供参考。 相关文章 | 计量指标

巨型星座/低轨大规模星座专栏

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基于Markov-ADC模型的星座覆盖性能分析 孙景云, 张国亭, 柳震, 郭洁, 王进 2023 (5):  24-34.  doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2023.0065 摘要 ( 177 )   PDF(3647KB) ( 298 )   星座覆盖性能是通信、导航、遥感星座提供服务的基础，是评价星座系统效能或健康状态的重要指标之一。在研究低轨大型星座覆盖性能分析需求的基础上，提出基于ADC（availability，dependability，capability，可用度、可信度和星座能力）星座健康状态评估模型。利用全概率公式并结合单星可用度计算星座初始状态概率，考虑单星故障率和修复率提出星座状态转移概率计算方法，基于覆盖重数、重访间隔、平均单日星座目标连接数、全覆盖所需时长四个指标参数建立星座覆盖性能指标体系，分别使用客观赋权法和主观赋权法对指标参数赋予权重值，通过仿真分析，得到星座的健康状态值，为星座的设计、优化、维修等问题提供依据。 相关文章 | 计量指标

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低轨大规模卫星星座内部防碰撞安全性分析 云朝明, 胡敏, 阮永井, 薛文 2023 (5):  35-45.  doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2023.0066 摘要 ( 300 )   PDF(6196KB) ( 353 )   针对低轨大规模星座卫星间碰撞安全问题，对星座构型的最大漂移量开展了研究。基于球面三角形理论计算了卫星轨道平面的最小相位差；采用控制变量法对星座构型参数进行研究，分析不同构型参数对星座卫星最小相位差的影响，以及升交点赤经漂移量与最小相位差的关系，提出了基于最小相位差的星座构型参数协同设计方法；基于相对相位分析方法，建立升交点赤经漂移量与相位漂移量随时间变化的函数关系；最后，以Starlink第一期星座为参考对象进行仿真，验证了构型参数协同设计方法的合理性。 相关文章 | 计量指标

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非静止轨道星座系统级干扰评估研究 彭菲, 刘慧梁, 孙茜, 楚尧, 鲍晓月, 江帆, 张馨予 2023 (5):  46-55.  doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2023.0067 摘要 ( 186 )   PDF(5173KB) ( 437 )   非静止轨道（non-geostationary orbit，NGSO）星座系统间频率干扰分析通常采用链路级指标判断有害干扰，但难以评价多链路星座系统整体受干扰程度。针对此问题，设计了系统级容量损失指标评估星座系统间同频干扰程度，并对混合构型NGSO星座系统间容量损失概率分布进行了建模仿真。在典型星座共存场景下，若大规模星座主动采取空间隔离干扰规避措施，最大系统容量损失将从35%降低为0；若小规模星座主动采取相同规避措施，最大系统容量损失将从78%恶化为100%。结果表明，随着星座规模增大，主动规避措施可有效缓解频率干扰带来的容量损失，反之当星座规模减小，主动规避措施会增加链路中断风险，造成系统容量恶化。最后，针对性提出了适用于不同规模星座的干扰规避策略建议。 相关文章 | 计量指标

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卫星星座分布概率解析算法及精度分析 刘慧梁, 孙茜, 楚尧, 彭菲, 江帆, 吕红剑, 蔡亚星, 王平 2023 (5):  56-64.  doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2023.0068 摘要 ( 231 )   PDF(6430KB) ( 296 )   随着全球低轨星座规模不断增大，传统基于轨道外推的时域统计方法难以满足星座空间分布概率快速分析需求。针对高效率高精度星座分布概率解析问题，首次提出并详细推导了具有普适性的卫星星座概率分布解析表达式，引入了地面站可视空域小区内卫星期望值变量，系统验证了解析算法对于不同构型大型星座的适用性。通过与基于轨道外推的时域统计法结果对比，当可视空域小区半径等于10°时，最大误差为3.1%；当小区半径减小至2°时，分析误差小于0.1%。此外分析了地面站部署在不同纬度时对混合构型星座场景的计算精度，为全球范围内精确解析星座分布概率提供了理论基础及高效计算方法。 相关文章 | 计量指标

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基于DRL的巨型星座星地测控链路规划算法 席超, 杨博, 王记荣, 李公, 朱睿杰, 杨肖 2023 (5):  65-70.  doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2023.0069 摘要 ( 240 )   PDF(2855KB) ( 385 )   针对巨型星座的星地测控链路规划问题，提出了一种基于深度强化学习的智能规划调度算法。该方法考虑了卫星对于测控站的资源竞争关系和连接关系，设计了环境状态，决策智能体通过感知卫星状态，结合动作选择策略，生成卫星对于测控站的分配方案，并根据反馈的奖励值进行策略的迭代优化。将本算法应用于巨型星座系统的星地测控链路规划任务，仿真结果表明所提出的智能算法可以将测控站天线利用率提升到98%以上，同时有效地降低了天线的切换次数。另外，训练好的模型可以根据未来时刻的星地可视窗口，在30s内快速生成星地测控链路规划方案。 相关文章 | 计量指标

论文

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环月-地面激光通信链路运动特性分析与设计 李晓亮, 刘荣科, 刘向南, 周杨, 赵卓 2023 (5):  71-78.  doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2023.0070 摘要 ( 195 )   PDF(4080KB) ( 295 )   为了实现中国环月飞行器与地面站之间的高速激光通信，建立了环月-地面激光通信链路运动特性模型并进行了仿真分析。结果表明：利用地面站与环月飞行终端分别构建月地直接信息传输链路和月地中继信息传输链路时，喀什站的两种链路总可见时间比阿根廷站分别增加了约4.5%和6.5%，因此选取喀什站更有利于月地激光通信链路的构建；对于环月终端，其转动机构方位角范围-180°~+180°，俯仰角范围-19°~+89.7°，其最大提前指向角达18.2μrad；该月地激光链路的SEP（sun-earth-probe）角和SPE（sun-probe-earth）角近似呈周期性变化，每隔约15天出现一次最小值，因此激光终端设计时须考虑抗日光干扰；对于1550nm激光载波的多普勒频移量为±1.28GHz，多普勒频移变化率达1MHz/s，因此激光通信体制的选择须考虑多普勒频移变化特性。根据链路仿真结果和功率预算给出了环月地面激光通信链路的设计建议。研究结果可以为环月地面激光通信链路的设计提供参考。 相关文章 | 计量指标

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空间站机械臂末端执行器维修系统设计与验证 朱超, 张文明, 胡成威, 唐自新, 梁常春, 孔旭, 李德伦, 王友渔, 曾磊, 张昕蕊 2023 (5):  79-86.  doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2023.0071 摘要 ( 246 )   PDF(6685KB) ( 347 )   维修对空间站机械臂寿命延长意义重大。针对空间站机械臂末端执行器的维修问题，调研了国际空间站已完成的在轨维护维修任务，提出了一种空间站机械臂末端执行器维修系统方案，采用四方协同作业的方式，分3次出舱在特定的维修区域开展机械臂末端执行器的系统性维修，提出了末端执行器故障处置方案、维修策略、维修工具、维修流程和验证方法，搭建了一套虚拟维修仿真平台，针对末端执行器典型的操作动作进行了维修仿真验证，同时在地面搭建模拟维修场景对机械臂末端执行器维修进行了试验验证。结果表明机械臂末端执行器维修的可操作性、可达性、可视性、安全性均满足要求。可以为后续空间站机械臂维修工作提供设计指导。 相关文章 | 计量指标

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火星次表层探测雷达展开机构设计与试验 黎彪, 张从发, 盛聪, 樊俊峰, 刘冬 2023 (5):  87-93.  doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2023.0072 摘要 ( 177 )   PDF(3509KB) ( 274 )   利用卷筒式伸杆机构展开后为金属薄带螺旋层叠式构型可作为天线的特性，提出了“类偶极子”的布局方案，使用两套卷筒式伸杆机构向反方向展开形成探测基线，解决了火星探测任务中次表层探测雷达天线展开长度需求大和收拢包络有限的矛盾。与其他次表层雷达天线展开机构进行了对比，指出“天问一号”的展开机构具有最小的收纳体积，最大的展收比，最适合需要安装多套载荷的应用场合。对卷筒式伸杆机构的组成及工作原理进行了阐述，给出了次表层探测雷达展开机构机械性能与其核心部件弹性卷筒构型参数间的关系，获得了弹性卷筒驱动力和基频的计算公式。分析结果表明：卷筒式伸杆机构展开状态基频由弹性卷筒的带宽、壁厚以及展开后的根部半径和末端半径决定；驱动力与带材的弹性模量、带宽成正比，与带厚的三次方成正比，其中带厚对驱动力的影响最大。对卷筒式伸杆机构的基频和驱动力进行了测试，试验结果与分析结果吻合良好。 相关文章 | 计量指标

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数字式太阳敏感器系统精度提升方法及验证 谢任远, 王北超, 李爽, 何益康, 吴迪, 孙朔冬 2023 (5):  94-100.  doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2023.0073 摘要 ( 156 )   PDF(3680KB) ( 278 )   研究了利用数字式太阳敏感器获取卫星姿态角的精度提升方法。针对使用数字太阳敏感器参数直接计算姿态角存在较大系统误差的情况，利用光线传播原理，给出了修正折射影响的非线性角度计算公式，并提出了控制系统软件解算非线性方程的两种方法，以及星上编程计算的具体实现方式。最后以实测的数据进行了验证，相比于之前的无修正角度，两种修正方法的计算精度均提升了约3.94°，相比于其他系统误差修正的多元函数拟合法，精度从0.04°提升至0.02°，从而验证了该修正方法在轨编程计算实现的可行性和提高系统精度的有效性。 相关文章 | 计量指标

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基于模糊自抗扰的索网天线容错振动控制研究 王文豪, 刘磊, 李阳, 王辉 2023 (5):  101-110.  doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2023.0074 摘要 ( 137 )   PDF(7148KB) ( 128 )   针对空间索网天线型面振动控制中部分作动器故障影响天线型面精度的问题，基于天线动力学模型设计一种模糊自抗扰容错控制方法。首先，建立天线型面的振动动力学模型，包括天线振动动力学模型、形状记忆合金作动器动力学模型和作动器故障模型。然后，设计模糊自抗扰控制容错振动控制方法，在作动器未发生故障的情况下，抑制天线型面的振动；在作动器发生故障的情况下，降低故障对天线型面精度的影响，实现容错控制。最后，对设计的容错控制算法进行仿真分析。仿真结果表明，模糊自抗扰容错控制方法不仅在作动器未发生故障时能将型面扰动降低93%，而且将三个作动器故障对型面精度的损失控制在4%。该天线型面振动容错控制方法对作动器故障干扰具有良好的适应性。 相关文章 | 计量指标

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基于修正瑞利分布的S/Ka双频天线捕获概率分析 章鹏飞, 刘军锋, 曾凡鹏, 鲁高飞, 潘胤圭 2023 (5):  111-118.  doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2023.0075 摘要 ( 91 )   PDF(5587KB) ( 91 )   为了满足星地链路间海量数据的传输需求，数据传输频段已由传统的X频段扩展到Ka频段。Ka频段卫星目标具有窄波束、高动态等特性，对地面接收系统的捕获跟踪性能提出了更高要求。针对Ka频段的不同工作模式，对捕获过程中天线跟踪精度、电轴一致性及搜索捕获范围等影响因素进行了分析，提出了一种近似为修正瑞利分布的捕获概率模型。仿真分析了不同影响因素对目标捕获的敏感性，总结了Ka频段捕获概率的性质。最后对某设备实际跟踪情况进行了验证分析，为有效提高Ka频段捕获跟踪能力提供了分析依据。 相关文章 | 计量指标

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基于GPU的并行相位解卷绕算法 毛飞龙, 焦义文, 马宏, 张宇翔, 聂欣林, 高泽夫 2023 (5):  119-131.  doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2023.0076 摘要 ( 109 )   PDF(6973KB) ( 92 )   针对大量数据串行相位解卷绕实时性较差的问题，设计了基于GPU的并行相位解卷绕算法。首先分析了典型的串行解卷绕算法在GPU平台实现的可行性，之后设计了适合于GPU加速的并行解卷绕算法。最后对基于GPU的并行相位解卷绕算法进行了仿真验证，多次测试结果表明：在保证解卷绕正确性的基础上，基于GPU的并行相位解卷绕算法相比传统CPU串行解卷绕算法约有3.5倍的加速比，基于GPU的并行相位解卷绕算法相比GPU串行解卷绕算法有63倍的加速比。 相关文章 | 计量指标

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基于帧频的星载SAR系统视频成像能力分析 易天柱, 康利鸿, 余晓刚, 孙希龙, 左斌, 张越, 曾理弌 2023 (5):  132-137.  doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2023.0077 摘要 ( 198 )   PDF(2836KB) ( 190 )   视频合成孔径雷达（video synthetic aperture radar，ViSAR）作为一种微波遥感体制能以摄像式模式对重点区域的时敏目标展开持续性的动态监视，已经受到越来越广泛的关注，但针对视频SAR系统的视频成像能力的分析还不够深入。首先建立了视频SAR回波信号模型，并结合给定的星载SAR系统参数，提出了一种基于帧频的适合分析星载SAR系统视频成像能力的模型，并基于X波段和Ka波段雷达参数对系统进行了仿真分析。研究表明，在形成相同帧率的SAR视频时，SAR系统频率越高，越容易形成独立帧率的SAR视频；在形成相同方位分辨率帧图像的SAR视频时，中心斜视角越大，所需的孔径交叠率越大。研究成果可为星载SAR系统设计提供理论分析支撑。 相关文章 | 计量指标