2020 Vol. 37(1): 1-10| [摘要](71) | [PDF](47)导航、制导与控制专栏- 充液挠性航天器姿态机动控制的多目标优化
- 朱锐,郭毓,王璐,钟晨星
- 针对充液挠性航天器姿态快速机动、快速稳定的控制要求，为减小姿态机动对挠性附件振动和液体晃动的激发，设计了一种基于正弦型加加速度的姿态机动路径规划方法。为进一步提高姿态控制性能，提出了一种基于云多目标粒子群算法的姿态控制器参数和机动路径参数联合优化方法。以最小化充液挠性航天器三轴姿态达到指定指向精度的时间以及三轴姿态稳定度，构建多目标优化模型，并应用云多目标粒子群算法求取姿态控制器参数和机动路径参数的Pareto最优解。仿真结果表明:采用多目标联合优化算法得到的控制器与路径参数，能够有效减小液体晃动和挠性附件振动，显著提高充液挠性航天器大角度姿态机动的快速性和稳定性。
- 2020 Vol. 37(1): 11-17
| [摘要](43) | [PDF](34)- 基于自适应IMM算法的蛇形机动目标加速度估计研究
- 吴新宏,张紫琪,王磊,高帆,仇理宽
- 针对防空导弹拦截高速蛇形机动反舰导弹的难题，基于导引头测量的视线角速度、弹目相对速度等信息，开展了蛇形机动目标加速度估计算法的研究，最终建立了基于交互多模型的扩展卡尔曼滤波算法，实现了对蛇形机动目标的加速度估计。考虑传统加速度方差计算方法受限于先验值的缺陷，根据残差对加速度方差的计算方法进行了改进。数字仿真证明:提出的自适应交互多模型算法能有效提高蛇形机动目标加速度的估计精度。
- 2020 Vol. 37(1): 18-23
| [摘要](32) | [PDF](41)- 改进差分进化算法求解多成像卫星调度问题
- 彭攀,白沐炎,陈长春,陈晓宇
- 针对多成像卫星联合调度规划建模难度大和求解复杂度高等问题，通过分析成像卫星的成像过程和工作原理，将成像卫星调度过程分为调度预处理、任务规划和调度优化3个阶段。在调度规划过程中，建立了多星联合调度约束满足最优化模型，采用启发式算法思想，定义了个体适应度评估函数，设计了任务冲突消解方法，提出了一种改进的差分进化算法。在此基础上，采用一些确定性规则对调度规划方案可行解进行了评估和二次优化。结果表明:提出的成像卫星调度问题求解方法能够有效地分配卫星资源，生成优化的调度方案。设计结果也能够为卫星系统最优化设计和效能评估提供必要的决策支持。
- 2020 Vol. 37(1): 24-32
| [摘要](39) | [PDF](33)- 一种考虑摄动影响的星座构型稳定性设计方法
- 陈长春,林滢,沈鸣,戴光明,王茂才
- 研究了星座构型稳定性设计方法，通过分析在长期摄动因素影响下星座各卫星轨迹偏移量，采用卫星初始参数偏置补偿原理，提出星座整体偏移思想。结合数据拟合方法，对多种摄动整体影响结果进行拟合调整，设计相应的调整方案，以消除卫星轨道在长期摄动因素下产生的偏差，保持了星座构型稳定性。在获得相应的参数调整量后，选取最为合理的设计方案，使卫星构型因摄动影响而调整所需要的能量尽可能小。
- 2020 Vol. 37(1): 33-37
| [摘要](38) | [PDF](32)- 基于无迹卡尔曼滤波的空间目标双星定位方法
- 张宇,夏鲁瑞,蔡博宇
- 利用双星对空间目标的观测角进行目标定位，可以很好地避免地基探测系统探测弧段短的缺点。研究了基于动力学滤波的双星定位方法，介绍了无迹卡尔曼滤波的基本原理，建立了考虑地球非球形J2项引力摄动的空间目标动力学方程和基于无偏量测转换的双星观测方程。通过仿真比较两种滤波方法在相同条件下对目标的定位误差，可知无迹卡尔曼滤波方法在收敛速度和定位精度上均优于扩展卡尔曼滤波方法。
- 2020 Vol. 37(1): 38-43
| [摘要](26) | [PDF](26)- 柔索并联式导弹自动抓取装置动力学仿真
- 唐文献,杨珺柳,李佳圣,解强,彭永红
- 针对导弹质量大、作业环境复杂等形成的难以自动装填问题，融合钢丝绳柔性浮动对位原理，对柔索并联式导弹自动抓取装置进行动态特性分析。基于有限段离散建模方法，对该抓取装置钢丝绳进行柔性体建模，进而建立了该抓取装置的多体动力学模型。通过仿真计算，分析了抓取装置和导弹模块，在处于不同的对位姿态时，钢丝绳柔性和结构接触耦合作用下，抓取装置下放-抓弹-吊弹过程中的运动和受力特性，验证了引入钢丝绳柔性环节的抓取装置方案，针对对位时姿态偏差的自适应调整能力，为该导弹自动装填系统设计提供了参考。
- 2020 Vol. 37(1): 44-50
| [摘要](26) | [PDF](28)创新与探索- 含间隙铰链的非线性动力学建模及数值分析
- 徐彦,王培栋,孙禄君,朱东方,方琴
- 针对空间可展开机构中的含间隙铰链，建立非线性动力学模型，研究其非线性动力学特性。将含间隙铰链实体等效为“T”字型梁模型，针对两侧端部的径向碰撞和侧向碰撞，首次提出了碰撞点的检测算法。针对不同的碰撞类型,建立相应的非线性接触力和摩擦力分析模型，将碰撞点处的作用力等效施加到“T”字型梁模型上。进行“T”字型梁模型在轴向冲击载荷下的动力学特性分析，并与ANSYS软件的分析结果进行比较，验证了含间隙铰链非线性动力学模型的有效性。分析了有多个含间隙铰链的可展开桁架动力学响应特性，研究含间隙铰链对桁架响应的影响机理。结果表明:采用含间隙铰链的动力学模型，可以更加精确地分析可展开桁架结构的非线性动力学响应，为可展开桁架结构的动力学设计提供支撑。
- 2020 Vol. 37(1): 51-62
| [摘要](15) | [PDF](29)- W波段UAV MISAR实时成像运动补偿方法
- 曾朝阳,王辉
- 建立了实时成像正侧视合成孔径雷达(SAR)运动误差模型，采用了一种基于惯导和相位梯度自聚焦(PGA)运动误差估计的中心波束平面运动补偿算法。该算法对回波包络和相位进行分开补偿，利用惯导数据把带有运动误差的回波包络拉直，再利用相位梯度自聚焦算法对回波进行相位误差估计并补偿。针对实时成像的时间少、运算量大、运算资源受限等特点，该算法取消了距离徙动校正的步骤，将运动误差矢量在斜距平面投影并完成包络校正和相位误差估计。该方法运算量小，同时能满足分辨率要求。仿真结果表明:该方法能够得到质量较高的SAR图像。
- 2020 Vol. 37(1): 63-69
| [摘要](30) | [PDF](30)- 空间伸展臂热应变与热变形光纤监测技术
- 黄居坤,王勇,曾捷,于惠勇,吴肖,卢李,李翔宇,张旭苹
- 针对空间伸展臂在热载荷作用下承载特性与形态变化的监测需求，提出了一种基于分布式光纤传感器的伸展臂结构温度、热应变以及热变形集成监测技术。借助ANSYS Workbench有限元分析软件，构建了单端热载荷作用下铝合金空间伸展臂结构热-力模型，分别得到不同局部热载荷下伸展臂轴向温度、热应变以及热变形分布与变化规律。在此基础上，提出了基于有限元分析与热传导理论的两类伸展臂轴向热变形计算方法。构建了分布式光纤传感监测系统，实时监测伸展臂若干关键位置的温度值与应变值，进而反演出结构轴向温度场、应变场连续变化信息。研究表明:采用有限元拟合法与热传导解析法计算所得伸展臂轴向热变形误差分别为5.256%与3.556%。相关成果能够为未来航天器在轨服役状态监测与辨识提供技术支撑。
- 2020 Vol. 37(1): 70-78
| [摘要](18) | [PDF](15)- 一种基于S-R-S构型特点的正交冗余机械臂避障规划方法
- 吴长征,岳义,韦宝琛,刘明芳
- 针对正交冗余机械臂避障规划问题，提出了一种基于S-R-S构型特点的避障规划新方法。该方法将正交7自由度冗余机械臂构型等效为S-R-S(球副-转动副-球副)构型，并依据S-R-S构型特点将避障规划分为肘部笛卡尔位置规划、第2根臂杆规划、末端工具规划3个部分。引入Bézier曲线完成肘部和末端工具在球面的避障规划，第2根臂杆的避障规划依据避障最大运动能力调整完成。通过Schunk-Lwa4D正交冗余机械臂避障规划实验，验证了提出的基于S-R-S构型特点的避障规划新方法的有效性和可行性。
- 2020 Vol. 37(1): 79-86
| [摘要](24) | [PDF](31)- 基于卷积神经网络的局部图像特征描述符算法
- 石国强,赵霞,陈星洲,陈雨佳,陈萌,郭松,陈凤
- 为提升基于图像序列三维重建的速度，解决传统局部特征描述符算法提取速度慢的问题，设计了一种基于深度学习的局部特征描述符网络。利用特征描述符网络实现对图像特征点的特征提取，结合本文采用的欧氏距离匹配准则，实现了对不同图像间特征点的匹配。算法对MVS数据集进行了验证，实验结果表明:提出的局部特征描述符算法实现了对图像特征点特征的快速准确的提取、匹配，与传统特征描述符算法相比，特征提取时间缩短了50%以上，特征点的匹配时间缩短了60%以上。相对于本算法中复杂结构的特征描述符网络，结构简单的泛化性更好，可拓展到航天领域的三维重建中。
- 2020 Vol. 37(1): 87-92
| [摘要](34) | [PDF](24)专业纵论- 基于变刚度变阻尼的柔性喷管动态模型
- 胡嘉鑫,薛牧遥,杨敬贤,童悦,邹杰,郑庆,任军学
- 针对柔性接头动态迟滞曲线受控制系统控制位置精度和动态响应速度影响较大的问题，基于电液伺服机构和柔性接头变刚度变阻尼模型，构建了柔性喷管的电液伺服机构-变刚度变阻尼模型，将其和电液伺服机构-定刚度定阻尼模型进行了对比。分析了电液伺服机构主要参数、柔性接头工作参数等对电液伺服机构-柔性接头系统动态特性的影响。分析结果表明:电液伺服机构-变刚度变阻尼模型所构造的迟滞曲线可更准确地与实验结果相吻合，并符合迟滞曲线随频率变化的规律，反馈系数、放大器静态放大系数、电液伺服机构增益、滑阀流量增益等参数对系统动态特性的影响更为明显。该模型为固体火箭发动机电液伺服机构-柔性接头系统动态特性的调整提供理论依据。
- 2020 Vol. 37(1): 93-100
| [摘要](21) | [PDF](26)- 复燃对液体火箭返回阶段底部热环境的影响
- 李志鹏,包轶颖,孙培杰,王平阳
- 为了研究垂直起降液体火箭在返回阶段发动机反向喷流及复燃对箭体着陆支腿和底部热环境的影响，建立了尾焰复燃、流场及光谱辐射计算模型。在国内率先对垂直起降液体火箭在返回阶段的箭体底部热环境进行了数值计算，流场计算采用商业软件，复燃反应使用有限速率化学反应模型;采用HITRAN数据库获得喷流气体组分的光谱吸收系数、正反光线踪迹法求解辐射传递方程。利用文献实验结果，对计算进行了验证并考察了复燃对底部热环境的影响。结果表明:复燃反应对包括箭体底面、侧壁面及着陆支腿的对流和辐射热流密度均会明显升高，最高可达80%以上。因此，研究成果适用于液体火箭返回阶段底部精细化热设计，且在设计过程中有必要考虑复燃的影响。
- 2020 Vol. 37(1): 101-106
| [摘要](21) | [PDF](39)- 蜂窝夹层结构抛物面天线型面精度仿真分析
- 张弘弛,梁旭豪,王晓蕾,田杰,史丽萍
- 星载抛物面天线在绕地球工作时会产生较大的热变形。为了获得在近地服役环境下全尺寸反射器型面精度模拟的工程方法，采用ABAQUS有限元和最小二乘法，对口径1.2 m的小尺寸蜂窝夹层结构天线进行热变形和均方根(RMS)值计算，对热膨胀系数、蜂窝高度和蒙皮铺层数量等因素进行分析。结果表明:蜂窝高度方向的热膨胀系数是影响RMS值的最主要因素。当蜂窝高度为65 mm，上、下蒙皮铺层数量为12层时，型面精度RMS值满足设计要求。最后基于实际装配条件计算全尺寸反射器在-80~120 ℃下的热变形，发现紧固件和预埋件可以有效减小工作面热变形，并且得到全尺寸反射器RMS值为40.45 μm。该研究结果可为星载固面蜂窝夹层结构反射面天线结构的设计提供依据。
- 2020 Vol. 37(1): 107-112
| [摘要](26) | [PDF](22)工程实践- 新型加热器在运载火箭绿色单元发动机上的应用
- 刘俊,邱鑫,段德莉
- 运载火箭用绿色单元发动机需要预热达到120 ℃以上才能正常起动，为了降低发动机的加热功耗，开展了新型高效加热器的研究。根据加热器的工作特点，提出了管式和弧式两种加热器结构，外壳都采用高温合金。通过发动机数值仿真与发动机高空热试车相结合的方式进行了对比分析考核，结果表明:两种加热器都通过了热试车考核，在相同的加热功率与加热时间条件下，弧式加热器对发动机的加热效果更好，能够降低发动机加热功率和缩短加热时间，已成为运载火箭使用的方案。
- 2020 Vol. 37(1): 113-118
| [摘要](28) | [PDF](24)- 星载激光测高地面数据处理设计研究
- 李彬彬,谢欢,童小华,张志杰
- 星载激光测高技术是对地观测系统中最为核心和前沿的信息获取技术之一，因其具有探测方向性好、测距精度高等特点，在地球科学领域中体现出了巨大的应用潜力。在ICESat/GLAS测高地面数据处理系统的基础上，针对将于今年发射的高分七号卫星的载荷特点，设计了一套星载激光测高地面数据处理系统软件。该软件可实现对星载激光测高数据的地面处理并生成3级数据产品，包含激光能量计算、波形分解和激光脚点定位等，以及相应各级产品的数据质量控制处理。利用高分七号仿真数据对该软件进行相应的性能测试，测试结果表明:该系统软件基本满足需求，已初步具备星载激光测高地面数据处理能力。
- 2020 Vol. 37(1): 119-124
| [摘要](20) | [PDF](15)- 基于刷扫和研磨的复合式小行星取样器取样过程仿真与分析
- 董成成,张军,陆希,黄帆,倪江生,黄繁章,江朝军
- 针对小行星表面微重力环境及样品机械属性未知的特点，提出了一种基于刷扫和研磨的复合式取样器设计方案。该取样器通过刷扫和研磨的复合方式进行取样，能够提高小行星表面取样任务的成功率。为了研究该取样器刷扫取样时刷轮叶片数、刷轮转速、推进速度、星壤参数等对取样效率的影响，研磨和刷扫复合取样的优越性以及刷扫和研磨时的驱动力矩，开展了样品颗粒相互作用建模及研磨取样动力学分析。基于离散元仿真软件EDEM，构建了取样器3D模型并仿真其在小行星表面取样，获得了样品收集质量与取样时间的关系曲线，分析了各个参数对取样效率的影响。结果表明:刷轮叶片数越多，刷轮转速越大，推进速度越大，取样器取样效率更高，刷扫和研磨的复合取样方法比起单一的刷扫取样，具有更高的取样效率。该研究为设计小行星取样器、取样参数设定和取样效果分析提供了依据。
- 2020 Vol. 37(1): 125-134
| [摘要](26) | [PDF](33)- 高精度非接触磁浮机构设计及其输出特性测试研究
- 唐忠兴,姚闯,何闻,周丽平,赵洪波,赵艳彬
- 为验证“双超”卫星地面试验系统与地面验证方案的合理性、可行性，针对“双超”卫星平台的核心部件非接触磁浮机构，提出了一种非接触磁浮机构磁钢匀强磁场、激励线圈拓扑结构及高精度程控精密功率放大器的多参数综合优化设计与测试方法。首先，通过选择适宜的磁钢材料和设计磁钢结构尺寸参数实现非接触磁浮机构磁钢磁场的均匀性;其次，通过激励线圈参数优化可降低输出力的波动;再次，通过驱动电路的优化设计可提升程控精密功率放大器的输出电流精度;最后，通过非接触磁浮机构的输出特性测试，验证了设计方法的有效性。该方法将“双超”平台的需求分解成磁浮机构各部分的设计指标，简化明确了设计思路，方案通过验证为下一步“双超”平台原理样机的设计及未来“双超”平台的工程应用提供了技术支撑。
- 2020 Vol. 37(1): 135-141
| [摘要](19) | [PDF](21)- 宽带瞬时精确测频技术及其应用
- 李小琳,庞旭东,舒汀,徐巍,张文俊
- 随着电磁对抗和雷达技术的不断演进，雷达信号由传统的连续波、单脉冲形式逐步向宽带线性调频、捷变频、跳频等复杂波形发展，常用的频率测量方法在测频精度和测频速度等方面很难满足要求。针对宽带相控阵雷达目标回波模拟器瞬时信号带宽高达2 GHz、扫频或随机跳频信号带宽覆盖整个工作频段的特点，创新性地采用瞬时测频引导结合实时宽带数字信道化精测频技术，设计研制了超宽带、高精度的瞬时测频模块和相应软件，并应用于宽带目标回波模拟器的研制之中。通过实测和半实物仿真试验验证，测频精度、测频范围和测频的实时性等指标完全满足整体性能要求。
- 2020 Vol. 37(1): 142-149
| [摘要](27) | [PDF](21)
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