2022 Vol. 39(2): 1-7| [摘要](53) | [PDF](49)空天安全技术专栏- “多对多”模式下GEO卫星在轨加注任务规划
- 韩鹏，李兴龙，李传江，智慧
- 随着在轨服务技术的发展和对航天器发射运营成本的控制，航天器在轨服务模式将由“一对一”服务逐步发展为“一对多”“多对多”的服务模式。在具有多个服务目标的模式下，针对服务航天器的任务分配与规划将变得尤为关键。因此，本文研究了多服务航天器为多个地球同步轨道(GEO)卫星进行在轨加注的任务规划问题。首先，考虑服务航天器容量约束、服务路径约束等多类约束条件，以最小化燃料消耗为优化指标，以每个服务航天器的服务顺序为决策变量，建立“多对多”在轨加注任务规划模型。其次，针对遗传算法局部搜索能力差、易陷入局部最优的缺陷，设计了一种将大邻域搜索算法和遗传算法相结合的混合启发式算法(LNS-GA)，用以求解该任务规划问题。该算法利用大邻域搜索算法中的“破坏”和“修复”思想，对遗传算法每一代种群中的精英个体进行进一步的迭代搜索，从而增强算法的局部搜索能力。最后，通过设定的仿真场景与单一遗传算法进行仿真对比，验证了本文所提出算法的有效性和优越性。
- 2022 Vol. 39(2): 8-14
| [摘要](49) | [PDF](39)- 高轨卫星远程抵近轨道优化研究
- 刁华飞，尚晓龙，王培，芦雪
- 针对高轨远程转移抵近的机动策略优化问题，使用Pork-chop速度增量等高线图对时间约束内单脉冲Lambert转移进行分析。而后建立多脉冲转移抵近的数学模型，以燃料最省为优化目标，使用差分进化算法(DE)搜寻全局最优解。通过仿真验证在不同脉冲次数、不同时间约束情形下的轨道抵近计算，得出三脉冲转移抵近相对较优的结论。
- 2022 Vol. 39(2): 15-23
| [摘要](39) | [PDF](32)- 基于多智能体强化学习的轨道追逃博弈方法
- 许旭升，党朝辉，宋斌，袁秋帆，肖余之
- 针对空间轨道博弈过程中的集群卫星和非合作目标追逃博弈情形下的动力学模型复杂、非合作目标机动信息未知，以及卫星间难以有效协调等问题，提出一种基于多智能体深度强化学习算法的集群卫星空间轨道追逃博弈方法。首先通过对博弈场景进行建模，在考虑最短时间、最优燃料以及碰撞规避的情形下进行奖励函数的塑造和改进，利用深度强化学习方法中的多智能体深度确定性策略梯度(MADDPG)算法进行集中训练，得到各个追捕卫星和逃逸卫星的最优追逃策略参数;然后分布式执行使得多个追捕卫星和逃逸卫星之间能够完成追逃博弈。仿真结果表明:该方法能够完成集群卫星对非合作目标的追逃博弈，且能够利用数量优势有效地弥补速度劣势，涌现出“围捕”“拦截”“合作”“潜伏”等一系列智能博弈行为，有效地实现了博弈目的。
- 2022 Vol. 39(2): 24-31
| [摘要](31) | [PDF](29)- 机器人组装超大型结构的姿-轨-柔耦合动力学仿真
- 王启生，蒋建平，李庆军，江国期，周铃松
- 机器人空间组装是建造超大型航天器的重要方式。当前针对空间组装的研究大多集中于小型结构，没有考虑万有引力梯度和姿-轨-柔耦合效应的影响。本文针对主结构-空间机器人-待组装结构组成的系统，建立姿-轨-柔耦合动力学模型，研究万有引力梯度和姿-轨-柔耦合效应对组装过程的影响。首先，将空间机器人看作刚体，将主结构和待组装结构看作柔性体，分别采用自然坐标法和绝对节点坐标法进行运动学描述;然后，考虑刚体和柔性体的动能、万有引力势能和弹性势能推导系统的Hamilton方程，计入万有引力和万有引力梯度的影响;最后，通过轨迹规划和轨迹跟踪控制实现空间机器人空间组装超大型结构的姿-轨-柔耦合动力学仿真，给出组装过程中系统的轨道运动、姿态运动、空间机器人关节空间和笛卡尔空间、结构振动等动力学响应。研究发现:万有引力梯度和姿-轨-柔耦合效应对空间机器人的控制力矩和组装精度产生显著影响，在组装方案设计和控制系统设计中必须予以考虑。
- 2022 Vol. 39(2): 32-38
| [摘要](28) | [PDF](24)- 组网卫星电推进自主轨道保持方法
- 杜宁，张凯华，王世耀，陈文晖，徐家国
- 以某对地观测星座任务为背景，对基于电推进的组网卫星自主轨道保持控制方法进行研究。由地面进行标称轨道递推并定期上注，星上考虑地球非球形J2项摄动进行本星和标称星拟平均轨道参数递推，采用单边极限环方法进行面内相位保持控制。针对长期运行在对日定向模式的倾斜轨道且固定太阳翼卫星，考虑能源、程控任务、轨道偏心率等约束，设计了卫星自主轨控实施方案。以高精度轨道摄动模型进行数学仿真，验证了算法的有效性。
- 2022 Vol. 39(2): 39-44
| [摘要](50) | [PDF](32)- 基于序列凸优化的上面级远程交会轨迹优化
- 王访寒，周如好，余薛浩，黄飞，陈海朋
- 针对末端时间自由的上面级远程交会问题，提出一种基于序列凸优化的上面级远程交会轨迹优化方法。首先建立了末端时间自由的上面级远程交会模型，通过约束松弛和线性化等方法将该模型转化为一组可以迭代求解的凸优化问题。其次结合上面级发动机推力较大的特点，采用双脉冲变轨的计算结果作为迭代初值，进而减少迭代次数。最后用对偶内点法求出远程交会轨迹与推力控制序列。仿真结果表明:该方法计算速度快，实时性好，可为上面级远程交会任务提供参考。
- 2022 Vol. 39(2): 45-52
| [摘要](27) | [PDF](27)创新与探索- 基于光载波携能的制导武器无线携能通信研究
- 周明进，侯如非，陈钊，张帅，孟宇麟，丁立平
- 制导武器和发射装置之间通常采用有线接触式数据通信和供电方式，为了适应未来快速装填、抗饱和攻击的需要，应加强对无线携能通信方式的关注。当前无线携能通信广泛采用了基于无线耦合的数据传输技术，但这在日益复杂的强电磁作战环境下易受干扰。针对强电磁环境下的可靠无线通信和传能需求，提出了一种基于光载波携能的无线发射数据通信系统。该系统利用可见光、红外光不易受电磁波干扰的特点，采用光载波调制、传输和解调技术，实现了制导武器和发射装置之间的可靠无线携能通信，弥补了传统无线携能通信在强电磁环境下易受干扰的不足，可应用于强电磁环境下的无线发射场景。
- 2022 Vol. 39(2): 53-59
| [摘要](24) | [PDF](22)- 基于相推法的空间光载射频链路绝对延时测量
- 孙修远，王辉，徐忠扬，冯利鹏，王祥传，潘时龙
- 空间光载射频链路利用空间光链路实现射频信号的传输。由于采用大气信道传输光载射频信号，链路绝对延时受到大气湍流和温度等因素影响，产生延时抖动。本文采用相推法对1 km空间光载射频链路的绝对延时进行了高精度测量，测量结果与理论模型吻合，测量精度优于0.1 ps。该测量方法采用电光调制和射频鉴相实现了链路绝对延时测量，与光载射频链路具有良好的技术兼容性，同时较高的测量精度可以满足构建稳定光载射频传输链路的要求。
- 2022 Vol. 39(2): 60-65
| [摘要](22) | [PDF](24)- 基于双幂次趋近律的终端滑模舵机控制器设计
- 杨竞楠，杨峰，孟琪，郭明坤，夏广庆
- 针对电动舵机系统的快响应鲁棒控制问题，提出了一种基于双幂次趋近律的全局非奇异终端滑模控制方法。首先，建立了舵机系统的数学模型，将气动干扰和摩擦建模为有界扰动;其次，根据系统模型构建非奇异终端滑模面，结合双幂次趋近律设计舵机控制器，从而保证滑模面的固定时间可达性，充分利用滑模控制方法的鲁棒性和不变性，并提高舵机系统的响应速度;最后，针对该控制器进行Lyapunov稳定性分析和数值仿真分析。相关结果表明:新型控制方法使得系统误差在有限时间内收敛至零，有效提升了舵机系统的响应速度和稳态精度。
- 2022 Vol. 39(2): 66-71
| [摘要](23) | [PDF](20)- 基于波段选择的RX改进算法
- 彭娜
- 针对高光谱检测亚像元飞机的问题，提出基于大气吸收谱段的改进RX异常检测算法，实现亚像元检测能力和检测效率的提升。阐述了改进算法的基本原理，对比了10 km高度和地面大气吸收系数的曲线差异，建立了改进算法的检测模型，采用仿真的客用飞机可见-短波高光谱数据和海水背景高光谱数据，获得了信噪比10 dB的高光谱仿真图像。采用经典RX算法和基于4个大气吸收波段的改进RX算法，对150个谱段仿真图像进行检测，获得了2种算法亚像元的检测能力和受试者工作特征(ROC)曲线。结果显示，改进RX算法能够有效提升亚像元检测能力，缩短检测时间。
- 2022 Vol. 39(2): 72-75
| [摘要](23) | [PDF](19)- 兆瓦级空间核电源碱金属朗肯循环热电转换系统设计
- 张震，张昊春，张冬，赵广播
- 为解决火星探测任务中存在的星表供电问题，制定了以空间液态金属朗肯循环作为星表基地热电转换模块的任务规划，采用Simulink模块化建模方法对空间液态金属朗肯循环模型进行程序化描述。根据空间朗肯循环各部件的耦合标准，建立系统部件及总体控制仿真模型，重点研究变运行条件下循环输出功率的波动。研究表明:在本文各工况下，朗肯循环动态热电转换仿真模型最终输出功率均可达到1 MW以上，在额定工况下，热电转换效率可达到27.3%，满足火星探测背景下的系统热发电功率要求。本文采用Simulink模块化建模方法，可为空间核动力热电转换仿真技术提供指导，相关研究成果可为未来中国火星探测计划提供参考。
- 2022 Vol. 39(2): 76-84
| [摘要](31) | [PDF](25)- 抗压制干扰的离散相位编码序列设计
- 杜盈，王志诚，张劲东，蒋宜林，尹明月
- 压制干扰会淹没目标信号，使其无法被雷达检测，在强干扰下，雷达系统可能直接瘫痪。因此，研究对抗压制干扰的方法具有重要意义。为抑制压制干扰，可采用离散相位编码序列作为发射信号，以最小化发射信号距离旁瓣为准则，固定压制干扰信号经过匹配滤波器的输出水平和离散相位编码作为约束条件，构建优化问题模型;引入交替方向乘子法嵌套拟牛顿法(ADMM-BFGS)求解，并针对ADMM-BFGS算法计算复杂、耗时长的问题，提出一种交替方向乘子法嵌套类幂迭代法的复合算法ADMM-PMLI。仿真结果表明:相较于ADMM-BFGS，ADMM-PMLI可极大地减少计算时间，且两种算法都能保证雷达探测性能，并提升雷达对抗压制干扰的能力。
- 2022 Vol. 39(2): 85-90
| [摘要](21) | [PDF](23)- 基于双重分类深度学习的低空目标自动检测方法
- 钟立军，林彬，王杰，甘叔玮，张小虎
- 由于图像数量多，因此准确、高效的目标检测是提升靶场光测图像处理自动化程度的关键步骤。针对低空目标图像及目标类型多、目标特性变化等情况导致传统目标检测算法适应性差的问题，提出了一种基于双重分类深度学习的低空目标自动检测方法。该方法基于深度学习目标检测框架YOLO V3，根据低空目标的亮度和形状的双重属性特征，将网络输出层中的单属性分类改进为双属性分类;基于目标区域生长实现样本自动标注，利用序列图像目标约束增加检测结果确认环节。靶场低空场景下的实际图像训练及检测结果表明:该方法初步检测成功率高于90%，后处理之后取得了99%的检测成功率和62%的平均定位精度。
- 2022 Vol. 39(2): 91-98
| [摘要](20) | [PDF](21)专业纵论- 碘工质霍尔推力器内部过程数值模拟
- 王尚，梁子轩，王平阳，徐宗琦，杭观荣
- 随着霍尔推力器的大力发展，碘工质霍尔推力器越来越受到研究人员的重视。深入了解碘工质霍尔推力器放电室内部过程，为优化推力器性能和拓展空间应用提供依据。建立了二维PIC/DSMC/MCC混合方法模型，结合鞘层和二次电子发射模型，根据碘工质特性，加入解离-电离过程，在定壁温条件下，针对200 W碘工质霍尔推力器放电室内部过程开展了数值模拟，考察其放电室内等离子体的多场耦合特性以及与壁面的相互作用过程。研究其放电通道内部的等离子体行为，分析放电室内的等离子体参数，获取其离子数密度、离子轴向运动速度、电子温度等特征参数，将模拟结果和氙工质进行比较。结果表明:相较于氙工质，碘工质霍尔推力器存在解离区，宽度约为2 mm，位于近阳极区之后、电离区之前。
- 2022 Vol. 39(2): 99-104
| [摘要](22) | [PDF](22)- 环形柔性结构四点悬吊设计方法及试验研究
- 马国亮，杨津浦，田建辉，韩兴本
- 提出环形柔性结构的四点悬吊设计方法，并进行了模态试验研究。在环形结构地面试验前，设计悬吊装置的三维模型进行力学分析，先建立静平衡方程，增加变形协调条件，求解多个悬吊电机的输入电压和输出安培力。再应用有限元分析，计算结构的固有频率和静态变形。最后，制作缩比模型的四点悬吊装置并进行振动测试。悬吊试验结果表明:悬吊电机对应的电压值和理论分析一致。模态测试结果表明:悬吊前后固有频率接近，证明了悬吊装置的准确性，为航天器柔性结构多点悬吊装置的设计提供了理论依据和试验支撑。
- 2022 Vol. 39(2): 105-110
| [摘要](26) | [PDF](24)- 预旋结构对空间布雷顿循环涡轮盘表面换热特性的影响
- 张宗卫，王钊，刘志宏，刘存良，刘聪
- 针对空间核动力航天器涡轮盘表面温度过高和温度梯度较大的情况，提出了一种预旋涡轮盘冷却结构。采用数值模拟的方法对比分析了有无预旋2种冷却结构下的涡轮盘表面换热特性，研究了旋转雷诺数对换热效果的影响。计算结果表明:与无预旋结构相比，预旋结构可以有效地提高氦氙冷却气流与涡轮盘的对流换热系数，降低其表面最高温度和温度梯度，最高温降可达63.1 K。随着旋转雷诺数增大，涡轮盘表面最高温度降低，轮盘表面平均换热系数增大，采用预旋结构的表面平均换热系数比无预旋结构增大13.4%。
- 2022 Vol. 39(2): 111-118
| [摘要](25) | [PDF](25)- 一种高低轨卫星联合到达时间被动定位技术
- 邢瑞阳，吴启星，翟华
- 针对高低轨卫星被动定位情况下时钟同步精度很难满足定位精度需求的问题，综合考虑卫星系统误差，建立了兼顾目标位置坐标和未知传输时间的加权最小二乘定位方程，采用变换测量模型，引入半正定松弛算法将传统加权最小二乘问题松弛为半正定规划(SDP)问题，并证明该半正定松弛过程总是紧的，保证原始问题最优解。同时，将目标运动速度在较短观测时间内假设为常数，将所提方法推广到运动目标被动定位场景。所提算法可有效解决时钟同步误差情况下卫星定位性能恶化的问题，仿真结果表明:在非极度恶劣噪声水平下，所提方法的定位精度可达到克拉美罗下界。
- 2022 Vol. 39(2): 119-126
| [摘要](35) | [PDF](29)工程实践- 基于摄影测量的超大尺寸舱段装配变形分析技术
- 沙庆涛，芦利兵，朱建文，张小亮，马遥
- 针对运载火箭箭体结构舱段装配过程中形位精度测量及变形控制的需求，开展超大尺寸舱段精确、高效测量技术研究。首先，对比分析了不同测量技术方案的优缺点;其次，根据摄影测量技术的原理建立了超大尺寸舱段摄影测量的流程，完成了点云数据的采集，基于点云数据重构产品模型，开发软件进行数据的对齐与对比，实现产品形位精度的测量与装配变形的分析;最后，通过某超大尺寸铆接舱段的实例，验证了摄影测量方法及装配变形分析技术的可行性。
- 2022 Vol. 39(2): 127-134
| [摘要](27) | [PDF](25)- 快速响应卫星发射场贮存方法
- 邓家权，张芮，陈博，张晓杰，边小龙，赵征
- 为适应快速应急发射的需求，首先对卫星电子元器件、卫星结构、展开装置、蓄电池组和推进系统等关键部件的贮存要求及性能进行分析。然后考虑卫星在发射场贮存时间，以6个月为分界线，分别对卫星在发射场的长期和短期贮存方法进行了研究。短期贮存方案卫星以整星状态贮存，所有部件安装到位;贮存期间，每3个月进行一次整星全面加电状态检查。同时为了保证测试和产品安全性，地面测试系统屏蔽所有火工品起爆指令、推进阀门开指令，星表插头连接保护插头。长期贮存方案以平台加部件状态贮存，对各个部件贮存条件和检查条件均有单独的要求。最后对贮存卫星的快速响应性进行了分析。目前，卫星在发射场已有近10次短期贮存的成功案例，在地面有长达7 a的长期贮存案例。
- 2022 Vol. 39(2): 135-141
| [摘要](36) | [PDF](29)
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