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本期目录
2020年 第46卷 第2期 刊出日期:2020-04-25
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    综述
    控制力矩陀螺发展与应用研究
    翟华, 来林, 武登云, 李刚, 魏文杉
    2020, 46(2):  1-7. 
    摘要 ( 273 )   PDF (10831KB) ( 161 )   收藏
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    摘要: 控制力矩陀螺(CMG)是航天器的重要姿态控制执行机构,以输出力矩大、精度高、不消耗工质等特点广泛应用于高分辨率对地观测卫星,以及空间站、空间实验室等大型航天器.近年来,随着微小型化的实现,CMG逐步装备了敏捷微小卫星,并将应用领域拓展到了在轨操作与服务,实现空间机械臂动量补偿,在轨组装角动量匹配等功能.在舰船减摇,交通工具自平衡上,CMG也展现了特有的优势.本文对CMG的发展和应用情况进行了介绍,总结了其发展趋势与研究热点,为后续研究工作提供借鉴.

    电铸镍WolterI型光学系统制造技术发展综述
    黎月明, 邓楼楼, 杨健, 田晓羽, 左富昌, 申坤, 谢军
    2020, 46(2):  8-16. 
    摘要 ( 110 )   PDF (8398KB) ( 50 )   收藏
    相关文章 | 多维度评价标
    摘要: 为满足未来脉冲星导航和空间天文观测任务对X射线望远镜的载荷需求,WolterI光学系统的研制正逐渐成为新的研究热点,电铸镍方案是当前国内外X射线光学系统镜筒制造的主要技术方案.文章对电铸镍X射线光学系统制造工艺、国内外研制现状、未来应用需求进行了介绍和整理,梳理了电铸镍X射线光学系统研制遇到的关键技术和难点,提出了后续研究发展建议,以促进中国在 X射线脉冲星自主导航、空间探测领域的快速发展.

    论文与报告
    对于动态目标的航天器鲁棒PD+快速跟踪控制方法
    王登峰, 姚舒越, 焦仲科, 姚鑫, 李由
    2020, 46(2):  16-21. 
    摘要 ( 94 )   PDF (754KB) ( 304 )   收藏
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    摘要:针对卫星对于空间动态目标快速、稳定地跟踪、控制目标,同时考虑平台模型的不确定性、外部随机干扰、系统控制力矩与角速度约束等因素,设计PD+控制器实现对于动态目标的快速、稳定跟踪;在经典PD控制器的基础上设计控制添加项使得系统能够按照既定轨迹运动;采用变结构的手段实现系统收敛速度的提升;合理设计Lyapunov函数的结构,引出角速度、四元数的耦合项对V函数进行改良,简化系统稳定性证明与分析的过程;讨论系统最极端情形,通过对V函数上下界的讨论分析系统该情形下的稳定性;最后通过数值仿真验证所提出算法的有效性与优越性.

    基于蝙蝠飞行的仿生智能卫星编队管理策略
    侯锐, 张驰, 苗峻, 马雨萌
    2020, 46(2):  22-28. 
    摘要 ( 88 )   PDF (2306KB) ( 116 )   收藏
    相关文章 | 多维度评价标
    摘要: 卫星编队构型的保持对编队任务实施至关重要,针对高精度卫星编队控制策略复杂不易于实现的问题,提出了一种基于蝙蝠飞行的仿生智能编队管理策略.首先分析了编队动力学和图论理论,总结自然界中蝙蝠群体的行为规律,给出了蝙蝠飞行数学模型,以此设计了编队虚拟中心用于衡量卫星编队整体效益和局部效益,进而给出了仿生编队管理策略,算法清晰实用.最后,应用卫星编队算法对对卫星编队构型进行控制仿真验证,实现了高精度、低能耗的稳定控制.


    基于神经网络的多卫星姿态协同控制预测模型
    宁宇, 宫经刚, 曾海波
    2020, 46(2):  29-34. 
    摘要 ( 119 )   PDF (1133KB) ( 387 )   收藏
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    摘要: 针对多卫星近距离对空间目标监测中的姿态协同控制问题,研究基于神经网络的智能控制模型.首先设计了面向任意姿态控制方法的神经网络自适应控制模型,该模型不改变卫星姿态控制方法本身,而是接收由理想控制模型生成的理想控制量,理想控制量经过神经网络后直接生成适用于卫星的控制量.根据神经网络对控制系统的系统级状态预测,基于一致性控制协议,设计了多卫星姿态协同控制模型.采用等效姿态角,通过数值仿真,分别验证了预测控制方法、输出状态预测、协同控制的方法正确性和有效性.


    MEO导航卫星在轨放气产生的干扰力矩研究
    陈斌, 林佳伟, 王雪涛, 严嵘, 杨扬
    2020, 46(2):  35-40. 
    摘要 ( 142 )   PDF (1109KB) ( 103 )   收藏
    相关文章 | 多维度评价标
    摘要: 针对多颗MEO导航卫星太阳翼展开后产生比较明显的干扰力矩,对卫星稳定控制产生了一定影响的现象,本文根据动力学模型、姿态、角速度和飞轮转速变化,给出了干扰力矩计算方法,并结合多颗卫星在轨遥测数据进行计算,得出放气期间产生的干扰力矩.通过使用此干扰力矩进行仿真得出,卫星模拟器结果和在轨表现基本一致.此研究有助于优化卫星飞控流程,并指导卫星放气孔设计.

    基于ECSS标准的航天器姿轨控系统内1553B总线数据协议设计
    蒋志雄, 王玉爽, 顾斌, 傅秀涛, 朱琦, 谢鸣宇
    2020, 46(2):  41-48. 
    摘要 ( 136 )   收藏
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    摘要: 国内外航天器姿轨控系统广泛应用基于1553B内总线的体系结构.针对国内航天器姿轨控系统内部1553B总线数据协议不统一带来的可集成性、可扩展性和通用性差的问题,本文设计了基于ECSS标准的姿轨控系统内1553B数据总线协议,从姿轨控系统内部总线数据业务需求分析出发,提出了四层结构的数据协议体系结构,重点介绍了在应用支持层和链路服务层应用ECSS标准的总线协议设计,并说明了协议的应用情况.应用该国际通用的标准协议,有助于实现国内航天器姿轨控系统内1553B总线数据协议的标准化,进而提升姿轨控系统体系结构的可集成性、可扩展性、以及星载设备(含软件)的通用化.

    航天控制软件知识图谱构建方法研究
    #br#
    赵明, 顾斌, 钟睿明, 李振松, 李声涛
    2020, 46(2):  49-55. 
    摘要 ( 207 )   PDF (2381KB) ( 201 )   收藏
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    摘要: 近些年,知识图谱构建技术快速发展,但对于领域知识图谱构建的研究还处于起步阶段.知识图谱的构建主要包括自顶向下、自底向上两种方法.当前大多采用自顶向下的方法进行领域知识图谱的构造,首先构建本体,然后通过本体学习得到实体,再将实体加入到知识图谱中.但这种做法有一个缺点,本体学习的过程过分依赖人工,不支持构建专业性强、数据量大的领域知识图谱.针对这一缺点,本文提出一种自顶向下和自底向上法相结合的领域知识图谱构建方法.提出一种改进的骨架法来进行本体构建,保证构建本体的准确率和覆盖率;利用基于规则与半监督的知识抽取技术,提高知识图谱的构建速度;并以某航天控制软件为例,详细说明了领域知识图谱的整体构建流程.实验结果表明,该领域知识图谱的构建方法是可行的.

    Hexapod多自由度微激励系统的振动时域波形控制
    刘璇, 黄海, 郑琰
    2020, 46(2):  56-63. 
    摘要 ( 93 )   PDF (4174KB) ( 102 )   收藏
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    摘要: Hexapod多自由度微激励系统常用于航天器有效载荷在轨微振动环境的模拟,但采用现有控制方法无法精确稳定跟踪低频正弦加速度,这是由于系统耦合度高、非线性在低频段较强,被控对象相位滞后过大造成的.针对此问题,基于传统离线迭代控制方法,提出一种复合超前校正、多倍频陷波滤波器的改进离线迭代控制方法.其中,离线迭代进行补偿控制,超前校正进一步补偿系统相位,多倍频陷波滤波器去除非线性干扰.跟踪低频定频正弦加速度的实验结果表明,对比传统离线迭代控制方法,改进方法收敛快、控制精度高;对比现有自适应正弦振动控制方法,改进方法将符合精度要求的加速度控制频带下限由14.5 Hz扩宽至8 Hz.实验结果验证了所提方法的有效性.

    短文
    基于改进萤火虫算法的小卫星质量特性调整
    #br#
    周国光, 徐伟, 杨秀彬, 常琳
    2020, 46(2):  64-71. 
    摘要 ( 107 )   PDF (2801KB) ( 81 )   收藏
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    摘要: 为了消除小卫星在轨运行过程中因燃料消耗等原因造成质量特性变化的影响,提出一种基于改进萤火虫算法的卫星在轨质心调整方法.该方法运用萤火虫算法对PID控制器的参数整定进行优化,针对收敛速度慢和容易陷入局部极小值的问题,引入自适应步长因子对算法进行改进.算法通过编程注入星载计算机,进而控制电机调整机构完成卫星在轨质心调整.依托于地面气浮平台进行半物理仿真实验,实验结果表明改进算法在第48次迭代完成PID参数整定,相较于其他算法具有更快的收敛速度和动态响应特性.基于改进算法的调整系统可在59 s将单轴质心偏移量减小到精度要求,验证了系统在小卫星质量特性调整上的实时性和稳定性.

    太阳敏感器光学信号动态激励系统设计
    蔡君亮, 王佐伟, 邓雅, 徐菁宇
    2020, 46(2):  72-79. 
    摘要 ( 90 )   PDF (2767KB) ( 208 )   收藏
    相关文章 | 多维度评价标
    摘要: 基于微小型两轴转台及太阳模拟器,设计了一种太阳敏感器光学信号动态激励系统,适用于卫星控制分系统闭路验证过程.通过对光源、光路、积分器、准直镜的合理选型、设计,使得模拟光的辐照度、准直度、辐照不均匀度、辐照不稳定度达到了控制分系统闭路验证的性能要求.通过结构设计、滑环设计、伺服控制设计,实现了0.02°的转台角度控制精度,以及360°全范围的角度空间可达.综合试验结果表明,该激励系统能够实现卫星在全天球范围内运行过程中对太阳敏感器的有效信号激励,能够应用于控制分系统的闭路验证系统.

    空间光学敏感器成像组件抗力学稳定性分析与评价
    张慧锋, 孙艳, 李春江, 孙建波, 周建涛, 曹明宇
    2020, 46(2):  80-86. 
    摘要 ( 77 )   PDF (3201KB) ( 108 )   收藏
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    摘要: 成像组件是空间光学敏感器和光学相机的核心组件,其抗力学稳定性直接影响单机的测量精度.为了提高其抗力学性能,本文首先对成像组件结构进行了力学分析,并通过试验验证了分析方法的有效性.由于仿真分析只能对抗力学稳定性进行定性评价,本文设计了实验来定量评价,并提出了一种成像组件抗力学稳定性评价方法.最后,应用该评价方法对三种结构进行了抗力学稳定性分析、试验和测试.结果表明,本文提出的评价方法与力学仿真结合试验的评价方法对三种结构的评价结论是一致的.而本文的量化评价方法可以给出结构力学试验后的滑移值和机械基准变化值,为产品的研制提供数据参考.该方法可应用于对位置变化敏感的空间光学仪器的研制过程.