空间控制技术与应用

文闻, 周元子, 周晓东, 陶东

2022, 48(1): 1-8. doi:10.3969/j.issn.1674 1579.2022.01.001

摘要 ( 342 )

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针对空间机械臂在轨捕获问题，提出了一种基于深度强化学习原理的柔顺捕获控制方法，采用深度确定性策略梯度算法设计了控制器.在仿真环境中使用6自由度机械臂对特定质量、初始速度的目标进行了大量抓捕训练，使得控制器能够根据机械臂状态输出合适的力矩，促使目标运动速度最终趋近于0并能够有效降低交互过程中的冲击力.同时，对于不同质量和初始速度的目标，该控制器同样具备良好的适应性并可实现柔顺捕获.与传统基于阻抗控制原理的柔顺控制方法相比，该方法能够减小碰撞过程的最大冲击力，实现不依赖模型的柔顺控制，经工程化改进后有望应用于空间智能捕获任务中.

Select 临近空间飞行器超螺旋滑模自适应姿态控制

周奕雯, 仲科伟, 张万超, 金一欢, 蒋虎超

2022, 48(1): 9-15. doi:10.3969/j.issn.1674 1579.2022.01.002

摘要 ( 84 )

PDF (2420KB) ( 150 )

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针对临近空间飞行器快速滚转机动过程中的姿态控制问题，提出一种改进的超螺旋滑模自适应控制方法.考虑模型不确定以及干扰，建立临近空间飞行器非线性耦合数学模型.为了增强控制器的鲁棒性并削弱抖振影响，设计并改进超螺旋滑模控制器，提高响应速度和控制精度.针对复合干扰导数上界存在但未知的情况，设计自适应律对控制器参数进行估计.利用Lyapunov理论证明闭环系统的稳定性，通过数字仿真进行指令跟踪性能和鲁棒性能验证.仿真结果表明，该控制器具有良好的姿态控制能力，能够有效抑制干扰，同时削弱抖振，控制参数具有自适应性.

Select GEO超大口径相机遮光板与卫星姿态控制联合设计

洪振强, 李鉴, 宋效正, 刘伟, 陆国平, 饶启龙, 夏远镜

2022, 48(1): 16-22. doi:10.3969/j.issn.1674 1579.2022.01.003

摘要 ( 85 )

PDF (5499KB) ( 106 )

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针对GEO超大口径光学遥感相机强光保护的技术难题，提出相机遮光板和卫星姿态控制联合设计方法.采取有限特征点离散化分析方法评估不同太阳光入射角下的遮挡效果，针对GEO轨道太阳高度角年变化的特点，提出通过卫星姿态偏航机动减小遮光板尺寸的方法，建模推导得到不同太阳高度角条件下的最优偏航偏置角度的解析解，得到年变化的卫星姿态偏航偏置导引律.根据最优偏航偏置角度，结合相机内遮光罩尺寸，计算得到最优遮光板尺寸和折弯角度，提出每轨包含三次姿态机动的八段式太阳规避姿态控制策略，实现地球静止轨道光照条件下的超大口径光学相机强光保护.经仿真验证，卫星的在轨可用率不低于77%，保证了卫星在轨应用效能.

Select 轻质高刚仿生杆及其在柔性机构中的仿真分析

张述卿, 叶壮, 郜军霞, 邵超, 李根

2022, 48(1): 23-31. doi:10.3969/j.issn.1674 1579.2022.01.004

摘要 ( 51 )

PDF (7132KB) ( 49 )

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轻质高刚结构是空间机构不断追求的目标，本研究基于对水生植物香蒲杆部结构的尺寸和力学测试，提出一种面向空间应用的轻质高刚仿生杆结构.具体以仿生杆在精密柔性机构中的应用为背景，分析了电磁力平衡传感器中柔性机构的铰链变形对测量结果的影响，求解了位置电磁力分别和载荷力、铰链弯矩的关系表达式.以直圆铰链为例计算了由位移检测误差引起的力测量误差.分析了精密柔性机构中载荷作用位置对测量结果的影响，指出当载荷作用线通过机构上、下连杆长度的中点时，机构仅发生Y向位移不产生旋转位移，采用仿生杆结构对一定几何尺寸的精密柔性机构进行了有限元仿真分析，结果表明传感器在初始位置平衡时平衡力和载荷力的值最大相差1.9×10-5N，相对误差为0.0038%，仿生杆力学性能良好，轻质高刚仿生杆结构可用于精密柔性机构或其他空间大型天线展开机构、空间站超长操作臂等领域.

Select 航天产品多余物自动检测信号提取技术

严明, 胡隽, 周晓娜, 王晶

2022, 48(1): 32-37. doi:10.3969/j.issn.1674 1579.2022.01.005

摘要 ( 53 )

PDF (3551KB) ( 68 )

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针对航天产品多余物检测中粒子碰撞噪声滤波问题，设计了一种基于归一化最小均方自适应滤波算法(NLMS).通过基于归一化最小均方自适应滤波算法可以滤除由转台和振动台的驱动所带来的平稳背景噪声和缓变直流偏置，从而有效地提取粒子碰撞噪声信号，通过仿真验证了算法的有效性，并且通过实际的检测信号处理进一步验证了算法.

Select 面阵三视场微型静态红外地球敏感器设计与应用

王伟华, 盖芳钦, 周昊, 陈树琪, 田信灵, 张朋, 张海力, 杨颖

2022, 48(1): 38-43. doi:10.3969/j.issn.1674 1579.2022.01.006

摘要 ( 84 )

PDF (3945KB) ( 43 )

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红外地球敏感器作为检测地球矢量方位角的一种光学敏感器，是卫星实现姿态测量和控制的重要仪器.针对低轨道卫星(300~1600 km)应用需求，设计了一种面阵三视场静态红外地球敏感器，使用3个面阵红外探测器实现对三段地球红外辐射圈的位置测量，采用单片机80C32+FPGA的低成本、低功耗、小型化的设计方案，通过计算地球边缘的空间向量获得地心矢量.实验结果表明，姿态角随机误差标准差小于0.06°.

Select 基于零知识证明的区块链隐私保护研究

李一聪, 周宽久, 王梓仲

2022, 48(1): 44-52. doi:10.3969/j.issn.1674 1579.2022.01.007

摘要 ( 278 )

PDF (1536KB) ( 477 )

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区块链是具有去中心化、防篡改属性的分布式数据库，但由于区块链共同监管和高透明度的特点，也导致用户的隐私数据被公开泄露，从而使用户的隐私信息安全得不到保障.因此，隐私保护问题成为区块链数据安全研究的重点和难点.近年来，基于零知识证明技术的许多区块链隐私保护方案被提出，现存的解决方案虽已得到应用，但针对不同的应用场景仍存在着诸多缺点.本文对现有的基于零知识证明的区块链隐私保护技术进行了深入分析与比较，并对目前的保护方案进行阐述与总结，最后针对现有的区块链隐私保护方案存在的问题，提出未来可研究的重点，期望能够为区块链隐私保护的研究工作指明研究方向，并奠定坚实的工作基础.

Select 一种卫星综合电子应用软件遥控解耦设计方法

李光旭, 万丽景, 钟睿明, 王裙, 周中泽, 陈志华

2022, 48(1): 53-57. doi:10.3969/j.issn.1674 1579.2022.01.008

摘要 ( 62 )

PDF (1671KB) ( 63 )

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随着卫星计算机集成度和计算能力的提高，卫星综合电子计算机具备实现星务管理功能和姿轨控功能的能力，卫星综合电子应用软件的规模变大、复杂度提高，这对卫星综合电子应用软件架构设计提出了更高的要求.本文分析现在卫星综合电子应用软件的遥控功能实现方法存在功能耦合问题，提出采用HASH表+链表的方式实现了机制和具体指令执行完全解耦，提高了软件的性能、可扩展性和可维护性，通过仿真及在型号中的实际应用验证了该方法达到了良好的效果.

Select 面向可重构片上网络的缓存可靠性分析

李思照, 姜宏睿, 韩新宇, 赵欢

2022, 48(1): 58-65. doi:10.3969/j.issn.1674 1579.2022.01.009

摘要 ( 54 )

PDF (5240KB) ( 50 )

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一种新的网络交换体系结构混合电路交换(HCS)，已经部署在多处理器系统中，解决了片上网络系统(NoC)所存在的功率过大和较低吞吐量的问题.然而，在HCS中，为保证各个核心数据的一致，采用的是广播形式来解决缓存一致性问题.这样就会占用大量的系统资源，对系统的整体运行会产生较大的影响.因此，试图通过讨论基于HCS的芯片多处理器(CMP)上缓存一致性的实现来解决这个问题，并提出了一种基于k端模型的可靠性协议建模方法.重点研究了三种缓存一致性协议：WriteOnce、MESI和MOESI，并得到了系统可靠性概率的表达式.结果表明，HCS网络与EB网络和总线网络相比较，这些协议的可靠性平均提高了40.22%和59.83%.

Select 基于迭代链接的C6000 DSP平台在轨维护方法研究

杜建伟, 李振松, 关健

2022, 48(1): 66-71. doi:10.3969/j.issn.1674 1579.2022.01.010

摘要 ( 63 )

PDF (8014KB) ( 34 )

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航天器软件的在轨维护能力对于维持星载软件正常运行有着极其重要的意义.随着数字信号处理器(DSP)在空间领域的广泛应用，针对DSP平台在轨维护手段的提升成为一个重要的研究问题.针对C6000 DSP平台设计了一种基于迭代链接的在轨维护方法，可实现注入代码的自动链接、段空间自动分配以及注入代码的自动提取，并进行了在轨应用验证，可有效提升基于DSP平台的航天器软件在轨维护能力，具有良好的工程应用价值.

Select 基于MCNP的空间辐射效应可视化仿真系统设计

胡涛, 梁森, 万波

2022, 48(1): 72-80. doi:10.3969/j.issn.1674 1579.2022.01.011

摘要 ( 103 )

PDF (13346KB) ( 54 )

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当前对航天器的抗辐射性能试验主要依靠地面模拟和计算机仿真，而地面模拟的成本较高且会受到地面环境的限制，计算机仿真则存在模型编辑困难、效率低下等问题.设计了一种基于MCNP的空间辐射效应可视化仿真系统，使用MCNP计算几何模型中关注点在空间辐射环境下的辐射效应.为了实现仿真过程的可视化和交互性，系统利用了WEB GL技术、中间件技术和云计算技术进行构建.该系统首先通过WEB GL技术在web页面上进行几何模型可视化，并可以通过用户交互设定模型材质、辐射源、关注点等参数，然后通过模型转换中间件将几何模型转换为MCNP软件的输入文件，最后调度部署在计算节点上的MCNP软件计算几何模型中关注点的辐射效应.测试结果表明，该可视化仿真系统具有跨平台、易扩展、交互性强等特点，能够有效提高空间辐射效应的仿真效率和体验.