2020 Vol. 37(4): 1-9| [摘要](39) | [PDF](20)- 深空天文测角测速组合自主导航可观测性分析方法
- 王伟，马广富，张伟，黄庆龙
- 导航系统的性能与其可观测性密切相关，而可观测矩阵是分析导航系统可观测性能的重要依据。本文基于分段线性定常系统(PWCS)方法给出导航系统的可观测矩阵，进而针对测角测速组合导航系统开展可观测性分析。通过分析测角测速组合导航系统可观测矩阵的秩和条件数，得到导航系统的可观测性和整体可观测度，并研究导航系统的可观测阶数对导航系统的影响;同时基于奇异值分解(SVD)方法给出测角测速组合导航系统各个状态分量的可观测性分析方法。最后，以小行星探测工程任务巡航段为背景，系统地给出了不同量测模型的导航系统可观测性结果，分析了不同可观测性分析方法对导航系统可观测性刻画的适用性。本文所提出的可观测性分析方法，对导航系统可观测性分析具有很好的参考性，可为组合导航系统量测模型的优选提供参考，具有良好的理论和应用价值。
- 2020 Vol. 37(4): 10-17
| [摘要](18) | [PDF](6)- 上面级直接入轨卫星的上升段温度控制及预示
- 张筱娴，林士峰，马二瑞，蒋桂忠，李锴
- 为满足卫星在上升段持续时间长、外热流复杂、能源紧张等不利因素下的温度控制要求，需采取相应控温策略并进行预示。针对采用上面级“一箭双星”直接发射入轨的北斗三号中轨道导航卫星，进行了上升段期间的热分析并阐述了地面段和上升段的控温策略，通过仿真分析预示双星在上升段的温度变化，结合飞行数据，验证仿真分析的准确性以及控温策略的有效性，并获得星上各区域设备上升段的温度变化特性。结果表明:通过控制发射前整流罩内的初始温度以及采用延时指令开启相应区域固定功率加热器，上升段期间未开机设备均能保持缓慢的温度下降速率，所有星上设备温度均在要求的范围内。采取的控制策略对其他需保持较长时间低温储存状态的高轨航天器，以及深空探测器温控设计提供了一定参考。
- 2020 Vol. 37(4): 18-24
| [摘要](9) | [PDF](10)- 基于EM‑EKF的深空光学自主导航系统光轴偏差补偿算法
- 孙建党，刘宇，谭天乐
- 在深空探测任务中，光学自主导航的精度受导航敏感器件安装精度的影响较大。提出了一种基于期望最大化-扩展卡尔曼滤波(EM-EKF)的光学自主导航系统光轴偏差补偿算法。算法基于条件概率的思想，预先设定状态变量和观测量的统计特性参数，通过不断地最大化条件期望，得到出现概率最大的状态变量估值和光轴偏差参数估值。该算法可分为4步:EKF、固定区间平滑、求解条件期望和期望最大化，不断迭代即可得到光轴偏差估计值。以火星探测近火段为例进行仿真验证，经光轴偏差补偿后，导航精度由100 km提升至20 km以内。
- 2020 Vol. 37(4): 25-31
| [摘要](19) | [PDF](11)- 非零初末角速度约束下的卫星实时姿态机动规划
- 刘刚，陈殿印，张文政，黄静
- 针对存在初末角速度非零约束的卫星姿态机动任务，提出了一种基于旋转分解的实时解析规划算法。该方法通过将卫星三维旋转分解为多个绕固定轴的一维欧拉旋转，使非线性规划问题转换为多个一维空间上的线性规划问题，再将各个线性规划的结果通过四元数运算融合为最终的姿态机动规划结果。与过去针对此类问题经常采用的非线性规划方法相比，该规划算法可以通过解析的形式给出，因此不需要通过多次数值迭代得到可行解，运算量少，可以实时进行计算，适合实际在轨应用。
- 2020 Vol. 37(4): 32-39
| [摘要](14) | [PDF](11)创新与探索- 波束跃度对星载方位向扫描模式SAR图像质量的影响
- 李银伟，卢护林，刘俊豪，魏维伟
- 针对星载方位向扫描模式合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)系统中天线无法实现连续扫描而引入成对回波的问题，提出了波束跃度对SAR成像质量影响的定量化分析方法。提出了一种广义的SAR成像几何模型，以模式因子区分不同的方位向扫描模式;结合傅里叶级数和泰勒级数展开推导了波束跃度下的方位向天线方向图，在此基础上建立了方位向回波信号模型;得到成对回波幅度和位置与波束跃度的定量关系，着重比较分析了波束跃度对不同方位向扫描模式SAR图像质量的影响。仿真结果验证了上述分析方法的有效性。
- 2020 Vol. 37(4): 40-47
| [摘要](13) | [PDF](12)- 基于通道剪枝的SAR图像舰船检测优化算法
- 周舟，王海鹏，徐丰，张志俊，王志诚
- 近几年，随着深度学习的发展，基于深度学习的目标检测算法开始应用于合成孔径雷达(SAR)图像中的舰船检测。但深度学习模型结构复杂，参数量与计算量巨大，无法应用到星载处理器的实时处理中。本文提出一种结合了Faster-RCNN和卷积通道剪枝的舰船检测方法，在保证检测精度不受较大影响的情况下，剪除卷积层中的部分参数，提高检测效率。实验表明:经过剪枝优化的Faster-RCNN舰船检测模型中的参数量降低了约56%，而推理时间减少了约51%，同时精度下降仅有1.9%。这给未来在星载处理器上部署舰船检测算法提供了新的思路。
- 2020 Vol. 37(4): 48-54
| [摘要](13) | [PDF](12)- 基于能力分析的天基资源虚拟化方法的设计与实现
- 刘红林，李英玉，杨震，王广钰，贺欢
- 随着小卫星技术以及卫星组网技术的飞速发展，天基资源的规模呈爆发式增长，依赖多种类卫星节点提供的卫星能力，完成多星协同的复杂空间任务，向普通大众用户提供可用的、即时的卫星信息服务，成为未来发展的趋势。针对多类异构卫星，提出一种面向用户的应用层天基资源能力虚拟化方法。分析了即时观测信息服务的用户需求及天基资源的属性特征，综合时间、空间、能源、存储等约束条件，将天基资源按照时空逻辑，分层抽象虚拟化成面向用户的服务能力，建立了适用于大规模异构卫星、统一标准的应用层天基资源虚拟化方法，并设计了计算模型。选取具有代表性的卫星平台、载荷等，针对在轨实时虚拟化的需求，设计并实现了在轨虚拟化算法。试验证明，算法时效性可以满足星上实时计算要求。
- 2020 Vol. 37(4): 55-63
| [摘要](13) | [PDF](9)- 运载火箭尾段防热/承载一体化热防护系统设计及性能分析
- 时圣波，王韧之，严立，孙培杰，唐硕
- 先进热防护技术是可重复使用运载火箭研制的关键技术之一，具有高结构效率的防热/承载一体化热防护系统是运载火箭极具潜力的备选热防护方案。本文系统地总结了可重复使用运载火箭尾舱段防热和承载两方面的设计要求，设计了一种全复合材料防隔热/承载一体化热防护系统。开展了运载火箭尾段一体化热防护系统设计，进行了代表性单胞结构的高温环境地面试验，揭示了复合材料一体化热防护系统的防隔热机理。同时施加力学和热流载荷，利用有限元方法对运载火箭尾段进行了热力耦合分析，获得了尾段结构的温度场、应变场和应力场。结果表明:在典型载荷工况下一体化热防护系统内壁温度保持在89.2 ℃以下，内部最大应力不超过9.53 MPa，安全系数达到1.89。
- 2020 Vol. 37(4): 64-73
| [摘要](11) | [PDF](11)- 超薄钛内衬复合材料高压气瓶力学特性分析
- 顾森东，石晓强，徐涛
- 以卫星用超薄钛内衬T1000碳纤维增强复合材料高压气瓶为研究对象，基于各向同性材料弹塑性理论及复合材料层合板理论，建立三维有限元分析模型。通过对比分析金属内衬和复合材料层在不同内压下的位移、应力和应变分布规律，得到了这种气瓶在各承压工况下的力学特性，最后通过压力试验结果验证了有限元模型的准确性。研究结果表明:当内压超过气瓶的工作压力时，复合材料气瓶主要发生轴向变形，且内衬既有弹性变形又有塑性变形，复合材料层始终处于弹性变形。此外，气瓶爆破失效薄弱点在筒体与封头的过渡区域，在不均匀应变的作用下易沿环向发生撕裂而爆破。本文的研究成果可为超薄内衬复合材料高压气瓶的设计、试验等提供参考依据。
- 2020 Vol. 37(4): 74-78
| [摘要](10) | [PDF](8)- 旋流器结构参数对燃烧室出口温度分布的影响
- 刘威，王成军，郑顺，于雷
- 采用数值模拟方法研究旋流器的结构参数对中心分级高温升燃烧室出口温度分布性能的影响，结构参数主要是叶片安装的角度和叶片的旋向组合多种方案，再对这些组合方案进行比较，从而选出最优结构。数值计算结果表明:旋流器结构参数对燃烧室出口特性有很大的影响，设计合理的旋流器结构参数对提高燃烧室性能很重要。选取最优的角度组合，第1级为45°，第2级与主燃级为60°;第1级与第2级旋向反向，并且第2级与主燃级旋向一致。
- 2020 Vol. 37(4): 79-87
| [摘要](11) | [PDF](10)专业纵论- 基于增程雷达一维像特征的高轨卫星识别方法
- 王军，张帅钦，葛页
- 高轨卫星距离地球数万公里，雷达为了实现有效跟踪，通常使用增程技术。远距离使位置测量误差大到千米量级，增程导致数据率低到每帧以分钟计，雷达散射截面积(RCS)细节信息丢失，这给利用目标轨道和RCS进行目标分辨、识别带来困难。幸运的是高轨卫星目标相对观测视线位置和姿态稳定，天然消除了宽带一维像使用中方位敏感性的问题。本文通过一维像的尺寸、波形熵等特征，通过最小二乘支撑向量机，设计了高轨卫星目标的模板匹配算法，利用实测数据进行了识别验证，结果表明了方法的有效性。
- 2020 Vol. 37(4): 88-95
| [摘要](10) | [PDF](7)- 基于自适应滤波的光谱畸变误差抑制方法
- 许俊，张伟，黄庆龙，陈晓
- 为降低天文光谱畸变误差对多普勒测速导航精度的影响，设计结合非线性Sage-Husa噪声估计器及抗差扩展卡尔曼滤波器(Robust Extend Kalman Filter, REKF)的自适应滤波算法。当系统模型可靠时，抗差滤波能够通过预测残差判断异常量测并降低其权重;当系统模型噪声先验信息不准确时，通过Sage-Husa噪声估计器估计系统噪声协方差阵 阵，以保证抗差滤波的效果。此外，结合多普勒测速导航及X射线脉冲星导航进行组合导航，以提高位置估计精度。仿真结果表明，该算法能够在系统模型噪声先验信息不准确的情况下有效控制光谱畸变造成的量测误差对导航精度的影响。
- 2020 Vol. 37(4): 96-102
| [摘要](8) | [PDF](8)- 基于落角约束的最优导引律
- 田江桥，郑国栋，方东洋，李绍隆，陈俊伟
- 在对地精确制导武器的实际使用中，不仅要求脱靶量最小，而且希望能以一定的落角命中目标，从而可以充分发挥战斗部效能，取得最佳毁伤效果。传统的比例导引律不能满足该要求，为此本文建立了含有落角约束的最优控制模型，并依据施瓦兹不等式原理进行了推导，最终得到了含有落角约束的最优导引律的表达形式。仿真结果表明:该导引律可以使导弹以期望的落角命中目标，且具有实现简单、结果最优等特点。
- 2020 Vol. 37(4): 103-106
| [摘要](14) | [PDF](11)- 单层编织增强复合材料力学特性计算
- 高冀峰，余兵，陈务军，胡建辉，赵兵，樊鹏玄，张大旭，房光强，彭福军
- 单层编织增强复合材料具有优异的比强度、比刚度和变形特性，逐渐被应用于空间可展结构。其一般采用薄壳形式，应用基于均匀化ABD刚度矩阵的壳体理论可提高结构计算效率。对于非对称编织增强物，如按经典复合材料理论计算，中性面偏移会导致不准确的耦合效应。本文提出了一种基于单胞模型的多尺度方法，通过确定中性面并施加周期边界条件，计算任意单层编织复合材料的ABD刚度矩阵和模量值。对比试验验证了方法的准确性，预测了平纹、破斜纹1/3、斜纹1/3编织增强复合材料刚度及模量随编织密度的变化趋势，给出了单胞的合理应变分布。
- 2020 Vol. 37(4): 107-116
| [摘要](6) | [PDF](6)- 卫星天线反射面板热形变面形误差检测方法
- 陈宇，李钰，陈丽，李志松，郑炜，陈文康，钟平
- 为实现航天卫星天线面板热形变面形误差高精度检测，提出利用三坐标测量系统搭载高精度激光位移传感器，对检测对象进行扫描测量;并通过对其系统误差来源进行分析、公差合理分配及误差控制，提出对测量系统进行整体优化，以满足所提出检测精度要求。为验证所提出方法的可行性，搭建测量系统，对标准试件的测量数据进行面形拟合，获得测量偏差优于±4.22 μm/m2;分别制作常规铝板及光滑铝板作为测试对象，在其背部黏贴加热板的加热方式，以模拟卫星面板在实际工作环境中发生热形变。采用提出的方法对其进行了热形变面形误差检测实验，检测结果验证了所提出方法的可行性。
- 2020 Vol. 37(4): 117-127
| [摘要](9) | [PDF](8)- 轴系回转轴线指向误差测量方法
- 史耀强，郑渊
- 回转轴线指向误差是扫描机构的重要性能指标之一，对遥感成像质量有明显影响。针对回转轴线无法直接精确测量的问题，提出了基于平面反射镜、电子自准直仪的测量系统。在详细分析平面反射镜法线与回转轴线间关系的基础上，对测得的镜面法线指向数据进行傅里叶级数展开，通过零次项去除和一次谐波分量误差分离处理，得到真实的回转轴线指向误差。利用该方法对某扫描轴系实物进行了测量，结果表明:该方法测得的回转轴线误差为39″，满足系统的指标要求，相对于常规处理方法在精度和准确度上有所提高。
- 2020 Vol. 37(4): 128-132
| [摘要](11) | [PDF](8)工程实践- Si3N4/TC4活性钎焊连接机理与性能
- 陈旭，铁铎，马平义，韩兴，刘海建，彭赫力
- 针对Si3N4/TC4复合结构钎焊连接问题，研究了钎料和母材中活性元素Ti对Si3N4/TC4接头润湿性、界面结合机制和力学性能的影响。进行了润湿、接头显微组织分析和剪切强度试验，结果表明:活性元素Ti对于钎料在陶瓷表面的润湿起主要作用，Ag-Cu钎料通过TC4母材中Ti元素的长程扩散进入Si3N4界面虽然实现润湿，但形成的反应产物并不明显，陶瓷/钎料界面成为断裂薄弱区域。Ag-Cu-Ti钎料中Ti元素在Si3N4一侧界面富集形成TiN+Ti5Si3反应层，对钎料在陶瓷界面润湿性和接头断裂脆性都具有改善作用，接头剪切强度达到267.3 MPa。
- 2020 Vol. 37(4): 133-140
| [摘要](15) | [PDF](12)- 脉冲噪声下微弱信号相似度检测方法及应用
- 祝海宁，刘文红
- 实际中采集的信号常常含有脉冲性噪声且信噪比偏低，这时用相关函数来表示信号之间的相似度时，会出现精度不高、鲁棒性不强的问题。提出了一种脉冲噪声下微弱信号的相似度检测方法，即非线性变换法。该方法采用Alpha稳定分布描述脉冲噪声信号，首先将采集的带噪信号进行Sigmoid映射，削弱脉冲噪声对信号相似度检测的干扰;接着对映射后的信号求取相关函数，得到信号之间相似度的信息。该方法简洁、计算量小，没有调整参数，能较好地减弱脉冲噪声对信号相似度估计的不利影响。该方法可以应用于定位系统中信号到达时差的估计。比较脉冲噪声低信噪比条件下计算机仿真结果显示，非线性变换相关法的估计精度高于共变法。实验结果表明:非线性变换相关法不仅可以用于高斯噪声环境下微弱信号相似度的检测，也可以用于强脉冲噪声环境下信号相似度的检测，具有较宽的适用范围和较好的鲁棒性。
- 2020 Vol. 37(4): 141-147
| [摘要](15) | [PDF](7)- 超细CL‑20的可控批量制备及降感技术
- 梁力，常志鹏，张正金，陈建发，郭效德
- 为了批量制备低感度超细六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)，用作固体推进剂的高能添加剂，以氧化锆球(0.8 mm或0.3 mm)为研磨介质，采用HLG-05型粉碎设备制备了两种超细类球形CL-20。用激光粒度仪、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)和拉曼光谱(Raman)对CL-20样品进行了相应的表征;用差示扫描量热(DSC)研究了样品的热分解性能;测试了样品的撞击、摩擦和静电火花感度。结果表明:制备的微米级和亚微米级CL-20平均粒径分别为3.43 μm和320 nm，表面光滑，类球形;其晶型不变，无质杂峰;超细CL-20的分解峰温稍有下降，活化能降低，其静电火花感度略有提高，但撞击感度分别降低了24.6%和108.4%，摩擦感度下降了8%和20%;机械感度降低效果明显，在高能固体推进剂中有较大的应用前景。
- 2020 Vol. 37(4): 148-154
| [摘要](15) | [PDF](11)
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