2020 Vol. 37(5): 10-18| [摘要](57) | [PDF](34)- 特征定量识别的航天精密伺服机构轴承运行可靠性评估方法及应用
- 袁静，李昕，魏颖，蒋会明，赵倩，刘海江
- 滚动轴承是航天精密伺服机构中的关键运动副，其可靠性常作为表征伺服机构寿命的重要指标。针对航天精密伺服机构的复杂载荷、极端环境与具体轴承个性问题，本文开展基于特征定量识别的航天精密伺服机构轴承动态可靠性评估方法及其应用研究。采用自适应标准多小波定量识别机构关键轴承运行状态特征，基于降半正态分布函数构建关键轴承运行状态特征与其隶属可靠度的映射关系，建立轴承运行状态信息的可靠性评估模型，为精密伺服机构轴承可靠性评估缺乏大样本数据和当下产品可靠度难以真实评价的工程难题开辟新途径。工程实例表明:该方法可以有效揭示试验台轴承外圈损伤所引起的运行可靠性降低的原因，并成功应用于评估某型航天精密伺服机构轴承运行状态。
- 2020 Vol. 37(5): 19-23
| [摘要](28) | [PDF](16)- 含间隙天线折展机构模块精度分析
- 董自瑞，林飞，侯鹏，陈金宝，刘虎林
- 针对天线折展机构连接运动副间隙引起天线折展过程运动不确定、精度下降等问题，提出了基于“无质量杆”模型来模拟自由状态的含运动副间隙机构建模方法。该方法基于D-H法建立了天线3个闭环的几何关系模型，将无质量杆模型引入天线几何关系中，获得了展开误差的计算模型。通过综合运用蒙特卡洛法实现了自由状态折展机构展开误差计算。计算结果表明:转动副间隙对折展机构单元肋展开在Z方向上展开精度影响最大，单元肋展开最大误差为0.353 mm，可为天线折展机构设计提供了参考。
- 2020 Vol. 37(5): 24-29
| [摘要](27) | [PDF](21)- 空间冗余机械臂零反作用最优路径规划
- 李文龙，孔祥龙，裘俊，马伟，张晓静
- 自由漂浮空间机械臂运动通过力传递会对其载体航天器产生反作用力和力矩，从而影响基座和末端执行器的位置与方向。利用冗余机械臂的反作用零空间，求解对基座航天器姿态零干扰的机械臂运动规律的解析解。给定机械臂初始和终端状态，考虑最大关节角约束和最大关节角加速度约束，分别针对时间最优和沿整个运动路径关节加速度最小的问题，采用高斯伪谱法，在零反作用轨迹解集中寻找满足约束方程的最优解。所得最优解使得机械臂在达到期望构型的同时不影响基座姿态。将算法用于平面3自由度冗余机械臂系统中，仿真结果表明:算法在保证基座姿态稳定的同时，关节运动满足给定的约束条件，从而验证了算法的有效性。
- 2020 Vol. 37(5): 30-36
| [摘要](37) | [PDF](29)- 基于输入整形方法的2自由度机械臂运行过程振动抑制
- 张美艳，邹怀武，王和庆，唐国安
- 输入整形方法是一种根据结构振动特性对外力函数进行整形，以达到振动抑制效果的方法。本文以三连杆二关节的2自由度机械臂为例，详细推导了机械臂(逆)运动学和输入整形方法，设计了行程和输入整形函数，将整形后的动态响应与逆运动学方法的解析结果进行比较。研究结果表明:输入整形方法能有效抑制2自由度机械臂运行时的振动。该方法可以拓展到7自由度机械臂，针对柔性特征明显的空间站大型机械臂末端振动抑制也有直接参考意义，具备空间大型柔性结构基座机器人在轨精细控制的应用前景。
- 2020 Vol. 37(5): 37-42
| [摘要](33) | [PDF](29)- 空间伸展臂折展单元运动学分析
- 陈佳伟，陈传志，陈金宝，郭芸芸
- 运用螺旋理论对一种可折展三角桁架式空间伸展臂的折展单元进行运动学分析和仿真计算。利用 D-H法建立折展单元运动的正逆位置解，应用螺旋理论对折展单元运动的正速度进行分析。通过对比软件Matlab的理论数值计算结果和软件ADAMS仿真计算结果，验证了该伸展臂折展单元的可行性和本文方法的正确性，为研究伸展臂折展单元的结构及工程应用打下基础。
- 2020 Vol. 37(5): 43-47
| [摘要](32) | [PDF](16)专家特稿- 我国首次自主火星探测任务中环绕器的研制与实践
- 张玉花，王献忠，褚英志，朱新波，王伟，牛俊坡
- 火星探测是国际深空探测的重点和热点，2020年，中国、美国、阿联酋的火星探测器相继发射升空。我国的首颗自主火星探测器——“天问一号”由环绕器、着陆巡视器组成，将一步实现火星的“绕、着、巡”。其中，火星环绕器作为探测器的核心组成部分，承载着地火转移、制动捕获、离轨分离、中继通信以及环火科学探测等重要任务。本文简要回顾了我国火星环绕器的研制历程，介绍了环绕器的基本方案，分析了研制过程中的技术难点和关键技术攻关情况，指出了未来技术发展方向，提出了构建通用化环绕平台的构想，为后期的深空探测任务提供参考。
- 2020 Vol. 37(5): 1-9
| [摘要](72) | [PDF](42)创新与探索- 低波段天基雷达射频干扰机理及抑制方法
- 陈筠力，李劼爽，侯雨生，刘艳阳，陶明亮
- 天基合成孔径雷达(SAR)是一种重要的主动遥感设备，在测绘、目标警戒、资源探测等方面具有独特的全天时、全天候优势。但由于低波段电磁频谱异常拥挤复杂，也容易受到其他无线电设备的非蓄意射频干扰(RFI)。本文针对工作于P、L波段的天基SAR系统，分析其常见的地面射频干扰源及其干扰机理，并构建典型的窄带与宽带干扰模型，比较分析了频域陷波、最小均方(LMS)算法、自适应线谱增强(ALE)、特征子空间分解与时频滤波等多种干扰抑制算法，并在卫星实测数据的基础上进行仿真验证抑制宽带干扰的有效性。仿真结果表明:时频滤波算法抑制宽带干扰效果最好，造成的信号损失最小，能够为后续天基合成孔径雷达的抗干扰算法设计提供决策依据。
- 2020 Vol. 37(5): 48-55
| [摘要](22) | [PDF](19)- 基于测量数据积累的弱目标检测前跟踪算法
- 余若峰，杨威，付耀文
- 检测前跟踪(TBD)算法是一种有效的弱目标联合检测与跟踪方法。当目标强度参数未知时，基于点目标假设的主流TBD算法通常将其建模为增广目标状态变量，在贝叶斯框架下联合估计目标运动状态与强度信息。本文研究发现强度参数估计精度受限于点扩散函数(PSF)的设置，提出了一种基于测量数据积累的弱目标TBD算法。该方法利用目标的航迹，积累多帧间目标占据分辨单元的测量数据，在实现弱目标的联合检测与跟踪的同时，对目标强度参数完成准确估计，为后续目标分类或识别提供有用的目标强度信息。仿真结果表明:在低信噪比条件下，所提算法的强度参数估计精度和稳健性优于主流TBD算法，并最终收敛于参数完全已知时的最优联合检测与跟踪结果。
- 2020 Vol. 37(5): 56-66
| [摘要](24) | [PDF](19)- 新型机电一体化微磁力矩器设计与实现
- 袁德虎，孙俊，武海雷，沈国明，刘超镇
- 现代微小卫星的发展需要磁力矩器具备轻量化、低功耗、小型化、集成化等特点。提出了一种新的微型磁力矩器设计方式，采用机电一体化设计思想，使控制电路内嵌于支架的端面上，实现了磁力矩器结构和驱动电路的集成化和整体结构的小型化，明显优于传统的分离设计方式。采用单绕组线圈+脉冲宽度调制(PWM)换向驱动控制的形式，相比常规的双绕组线圈电流幅度控制形式，线圈的重量和体积都减少了一半，功耗更低，控制更加简便。驱动电路具有电流采样功能，可以实现闭环控制，相对于传统的开环控制策略控制精度更高。此外还对磁力矩器的线圈参数和磁芯参数进行了最优设计。所设计的磁力矩器在某微小卫星上已成功应用，表明了该设计方案的有效性和优越性。
- 2020 Vol. 37(5): 67-72
| [摘要](18) | [PDF](19)- Walker星座碰撞检测及碰撞概率分析
- 吴启星，陈雨
- 针对Walker星座的碰撞问题，在狭义碰撞的基础上，设计一种Walker星座碰撞检测模型。该模型考虑星座实际在轨构型发散与维持偏差，给出了Walker星座构型维持条件下的广义碰撞检测与碰撞概率计算方法，并提出了表征Walker星座构型防碰撞性能的安全度系数。利用该检测模型，在进行Walker星座设计时不仅可以避免狭义碰撞，还可以实现星座在构型维持阈值内的广义碰撞安全性分析，实现星座构型择优。通过案例仿真分析，证明了该系统模型的可行性及可靠性。
- 2020 Vol. 37(5): 73-78
| [摘要](22) | [PDF](18)- 针对星载SAR法拉第旋转估计的NeQuick-2模型精度分析
- 訾海峰，门志荣，陈筠力，孙永岩，刘艳阳
- P波段星载合成孔径雷达(SAR)凭借其较强的穿透能力，在对森林、沙地等观测方面具有较强的优势，但易受法拉第旋转等电离层干扰的影响，其图像质量严重下降。本文针对现有电离层模型的精度开展分析，以基于GPS的CODE GIM全球电离层实测数据为参考，对比评估NeQuick-2模型的电离层总电子量表征能力。在分析CODE GIM实测数据特点的基础上，讨论其在星载SAR领域的局限性;在解析NeQuick-2模型和方法的基础上，研究其表征精度的影响因素;通过对比该模型生成的电离层数据与CODE GIM数据，验证NeQuick-2模型的估计精度。结果表明:NeQuick-2模型可满足P波段星载SAR的法拉第旋转角估计和校正的需求。
- 2020 Vol. 37(5): 79-85
| [摘要](25) | [PDF](15)- 卫星舱内无线传输技术的应用探索
- 缪鹏飞，司圣平，费飓峰
- 针对传统有线连接的整星电缆网其灵活性差、通用性差及操作性差等问题，提出了利用无线网络通信技术解决卫星舱内有线连接在整星布局、装配、集成和测试等方面的不利影响，进行了基于卫星舱内使用的无线传输网络设计和探索，包括无线网络拓扑结构、网络频率配置及通信抗干扰等内容。通过基于某型号卫星的数据传输应用场景进行了方案设计和试验测试，验证了卫星舱内无线传输技术的可行性，为解决卫星平台和有效载荷之间的数据交换和平台自身管理提供了一个高可靠、高效率的实现途径。
- 2020 Vol. 37(5): 86-91
| [摘要](25) | [PDF](16)专业纵论- 哨兵2卫星综合水质指标的河流水质遥感监测方法
- 王歆晖，田华，季铁梅，巩彩兰，胡勇，李澜，何志杰
- 上海市河流水污染监测是当前研究的热点问题。针对上海市河流水质监测的需求，提出了一种基于因子分析的河流综合水质遥感反演的方法。以欧洲航空局发射的哨兵-2A(Sentinel-2A)卫星搭载的多光谱成像仪获取的遥感影像，以及准同步获取的河流断面实测水质参数数据为例，研究对象为上海市青浦区和松江区部分河道。选取高锰酸盐指数、氨氮等5项主要水质参数为监测指标，在因子分析的基础上建立水质遥感反演的模型，得到综合水质指标用于确定水质类别。实验结果表明:综合水质指标值越小，内陆河流水质状况越良好，水体更清洁。该方法能够应用于内陆河流水质遥感监测，为水环境管理部门提供参考信息。
- 2020 Vol. 37(5): 92-97
| [摘要](20) | [PDF](14)- 基于多分辨率复合阵列的未知信源数波达方向估计
- 李伯达，刘爱华，施君南，侯凯强，姜艳娜，蒋洁
- 为解决信源数未知情况下的多分辨率复合阵列波达方向(DOA)估计问题，将未知信源数的相干信号DOA估计算法拓展到多分辨率复合阵列中。本文研究了基于子阵空间谱联合的DOA估计方法，首先构造各个子阵列的托普利兹矩阵，并进行未知信源数的相干信号DOA估计;然后利用多分辨率复合阵互质的特性，构建联合代价函数进行解模糊。针对全范围搜索计算量大的不足，文中提出了单个不模糊区搜索，反推全部模糊角度的改进方案。仿真结果验证了所提方法的有效性，相比于全空间搜索的MUSIC算法和Capon算法，该算法无需信源数先验信息，且在信噪比大于15 dB和快拍数大于300时，其DOA估计的均方根误差仅为传统方法的1/2。
- 2020 Vol. 37(5): 98-104
| [摘要](21) | [PDF](13)- 破片速度对碳纤维层合板冲击损伤的影响
- 陈战辉，王文智，赵文杰，万小朋
- 为提升战斗部破片对航空复合材料结构的毁伤效果，采用空气炮冲击、数值仿真、战斗部静爆试验等手段，研究了层合板冲击损伤类型和分层面积随破片速度的变化规律，并分析了损伤机理。研究表明:层合板冲击损伤类型、机理和程度，与破片速度和层合板冲击临界速度(即冲击物穿透层合板的最小速度)的相对大小有关。在本文试验速度范围内，当破片速度小于层合板冲击临界速度时，造成背面裂缝型损伤，分层面积随破片速度增大而增大;当破片速度略大于层合板冲击临界速度时，造成背面炸裂型损伤，分层损伤范围最大;而更高的破片速度则造成切孔型损伤，分层损伤面积随破片速度的增大而减小，并趋近于切孔面积。为提高对复合材料结构的毁伤效果，应使破片着靶速度略大于层合板的冲击临界速度。
- 2020 Vol. 37(5): 105-112
| [摘要](27) | [PDF](12)- 基于梯度关系和局部连通性的红外小目标检测方法
- 李佳文，李建，杨杰
- 红外图像中的弱小目标检测技术在精确制导等领域有着广泛的应用，是提升现代军事实力的关键环节。传统的目标检测算法主要基于背景抑制和目标显著性两个方面，但往往不适用于色差较大、干扰较多的复杂环境。本文提出一种基于梯度检测和局部连通性判断的弱小目标检测算法，利用弱小目标在局部区域的梯度特性和连通特性识别可疑目标，并采用区域生长算法进一步剔除检测到的干扰点。同时采用自适应策略确定相关阈值，提升算法的灵活性与应用范围。本文算法在反映多种检测环境的图片和视频序列中进行检测，并与传统方法比较。检测结果表明:该方法准确率较高，可保证较低的虚警率，同时处理速度较快。
- 2020 Vol. 37(5): 113-118
| [摘要](19) | [PDF](11)- 基于深度前馈网络的自适应相对导航滤波
- 顾冬晴，符俊，刘晓坤，叶飚，陈凤，王盈
- 针对空间非合作翻滚目标近距离相对导航中出现测量异常偏差导致滤波精度下降甚至发散的问题，研究了具有抗差能力的自适应滤波估计方法。在设计了相对导航滤波模型的基础上，提出了基于深度前馈网络的自适应扩展卡尔曼滤波算法，并且详细设计了智能故障检测与估计的深度前馈网络模型与训练方法。数学仿真结果表明:深度前馈网络能够有效估计测量异常偏差且估计误差小于异常偏差值的15%，基于深度前馈网络的自适应扩展卡尔曼滤波结果显著优于常规扩展卡尔曼滤波。
- 2020 Vol. 37(5): 119-124
| [摘要](21) | [PDF](15)- 星载大气探测激光雷达技术与应用
- 王玉诏，郑永超
- 本文对国内外星载大气探测激光雷达的原理、技术和应用等情况进行了分析和归纳。星载大气探测激光雷达的发展，是科学需求、探测理论、硬件技术、应用能力波浪式推动和迭代的过程，具有弱周期性。在云和气溶胶方面，多波长、高光谱分辨结合偏振的综合探测将为科学研究提供更精细的微观信息，而小型化微脉冲激光雷达则为星座探测提供了技术基础。在大气成分方面，积分路径差分吸收技术将能提供更精确的数据。激光雷达是对其他遥感系统的有效补充，更加注重廓线探测、空间分辨和测量精度，在水平覆盖、探测效率等方面存在天然不足，激光雷达与其他遥感手段结合，才能构建更加科学的观测体系，为科学研究和遥感应用提供更有力的支撑保障。
- 2020 Vol. 37(5): 125-134
| [摘要](22) | [PDF](17)- 多功能大气探测激光雷达应用
- 刘博铭，马盈盈，龚威
- 激光雷达具有高的时间和空间分辨率、优越的方向性和相干性、高的探测精度和实时快速的数据获取能力，已经被广泛应用于大气探测、环境监测等领域。随着技术的发展，大气探测激光雷达由最初的单波长、单功能朝着多波长、多功能方向发展，技术更加成熟，操作更加方便。本文将介绍大气探测激光雷达的基本原理，及其在探测大气气溶胶和云、水汽、温度、污染物和大气边界层高度等方面的数据应用。最后，对多波长多功能大气探测激光雷达的数据应用发展进行了总结和展望。
- 2020 Vol. 37(5): 135-144
| [摘要](24) | [PDF](16)
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