航天器工程

研究与设计

  • 基于反射面天线的高分辨率星载SAR技术研究

    谭小敏;党红杏;刘昕;孙嘉;高阳;杨娟娟;安建平;

    星载合成孔径雷达(SAR)作为一种微波遥感载荷,具有全天时、全天候的特点。随着对复杂目标的细节描述需求不断提高,高分辨率星载SAR技术得到长足发展。文章介绍了基于反射面天线实现高分辨率星载SAR的系统技术,对系统功能及组成进行了描述。为解决距离、方位2维高分辨率成像及宽测绘带等系统关键难点,提出步进调频信号带宽合成、高稳定连续方位向扫描、变脉冲重复间隔(PRI)、距离向同时多波束等方案,并通过机载校飞试验验证了基于反射面天线的高分辨率SAR系统所采用的多子带宽带信号拼接、2维高分辨率成像、连续方位向扫描等技术的可行性。最后,从多方位角观测、2维多波束观测、大斜视角观测成像3个方面对基于反射面天线体制的高分辨率SAR系统前景进行展望。

    2022年02期 v.31;No.153 1-11页 [查看摘要][在线阅读][下载 1279K]
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  • 应用GNSS数据拟合的卫星自主维持星座构型策略

    齐彧;李新刚;林骁雄;

    利用全球导航卫星系统(GNSS)数据拟合得到在轨情况下的相对半长轴拟合结果,并以此为输入构建应用GNSS数据拟合计算的卫星自主维持星座构型策略。自主构型维持策略根据卫星轨道纬度幅角与半长轴之间的微分关系与星载GNSS接收机测量得到的高精度纬度幅角信息,对星座构型维持过程中相对半长轴的变化情况进行拟合计算,得到高精度的相对半长轴拟合计算结果,从而大幅度提高利用GNSS数据对轨道相对半长轴的测量精度。对极轨星座的仿真结果表明:上述星座构型维持策略能够有效提高构型维持精度,可以满足未来大规模星座自主高精度构型维持的需求。

    2022年02期 v.31;No.153 12-18页 [查看摘要][在线阅读][下载 598K]
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  • 月球探测器GNSS信号可见性分析改进方法及应用

    樊敏;胡小工;李海涛;刘勇;王宏;程承;

    针对全球导航卫星系统(GNSS)如何支持月球探测器导航的问题,根据信号功率电平计算模型,辅助航天器姿态模型信息,全面考虑发射/接收天线增益方向特性、飞行轨道特征、飞行姿态和天线安装位置及指向等因素,改进GNSS信号可见性分析方法,并利用嫦娥-5T1探测器的实测数据验证了改进方法的正确性。以嫦娥五号探测器为例,利用该方法分析了GNSS信号可见性,结果表明:相比单GPS系统,采用GPS+“北斗”双模工作模式,可以显著增加可见卫星数,最大增幅可达100%。对于地月转移轨道段,接收机载噪比门限达到21 dBHz即可满足月球探测器GNSS导航定位的可见卫星数需求。

    2022年02期 v.31;No.153 19-28页 [查看摘要][在线阅读][下载 911K]
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  • 我国月球探测器热控技术发展

    向艳超;刘自军;宁献文;苗建印;

    探月工程推动了我国航天器热控技术长足发展,基本形成针对月面探测器月昼散热、月夜保温相融合的热控技术体系。文章论述我国在探月工程中开发的新型热控技术及其应用情况。展望后续长期无人及有人驻留月球探测任务,建议发展大功率同位素温差电池(RTG)和小型核反应堆技术,以提升月夜期间的热-电联供能力和效率;发展泵驱两相流体回路技术,提升月昼与月夜期间可控热传输能力;发展热泵技术及低吸收、高发射涂层热控涂层技术,以提升月昼期间的辐射器热排散效率。

    2022年02期 v.31;No.153 29-34页 [查看摘要][在线阅读][下载 268K]
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  • 融合多源数据的北斗卫星导航系统健康管理体系

    龙东腾;张锐;王晋婧;申林;郑恒;凤建广;

    针对北斗卫星导航系统健康管理过程中数据融合程度有待提高、星上和地面产品研制和试验数据未得到充分利用的现状,文章结合数据驱动健康管理技术发展基础,提出了涵盖星上产品生产过程数据、在轨遥测数据、可靠性试验数据、服务性能监测评估数据的多源数据融合北斗卫星导航系统健康管理体系,研究了北斗卫星导航系统多源数据融合框架,并按照单机级、系统级、星座级多层次阐述了健康管理的内容和流程,可为北斗卫星导航系统的精细化健康管理提供借鉴。

    2022年02期 v.31;No.153 35-42页 [查看摘要][在线阅读][下载 603K]
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  • 遥感卫星在轨图像智能处理设计与验证

    肖化超;王鹏;张建华;师勇;孙钰林;郭琪;杨芳;

    传统遥感卫星星上成像、地面处理的方式制约了用户信息获取的效率,为提升遥感卫星在轨处理的智能化水平,文章针对多项在轨智能处理技术,设计并研制了星载智能处理器,突破了基于深度学习的目标检测、在轨云检测实时处理和多层级在轨重构等关键技术,并基于某遥感卫星对软硬件设计进行了在轨验证,测试结果表明:在轨智能处理可显著提高用户信息获取的有效性和时效性,倍增卫星对地观测效能及服务能力,可应用于后续遥感卫星设计。

    2022年02期 v.31;No.153 43-48页 [查看摘要][在线阅读][下载 626K]
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  • GEO SAR波束误差综合补偿方法

    倪崇;张庆君;刘杰;唐治华;郑钢铁;

    与低地球轨道合成孔径雷达(LEO SAR)相比,地球同步轨道合成孔径雷达(GEO SAR)具有合成孔径时间长、波足速度慢和幅宽大的特点。根据GEO SAR的特点,提出GEO SAR波束误差综合补偿方法,主要包括基于主被动联合振动抑制的高精度波束指向稳定度控制、基于卫星平台姿态摆动的波束方向图测量和基于分块处理的数据域波束误差补偿。该方法综合考虑了GEO SAR波束在各环节的误差源,可以最大限度地补偿波束误差,从而很好地改善GEO SAR的成像质量。

    2022年02期 v.31;No.153 49-54页 [查看摘要][在线阅读][下载 394K]
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  • 一种异轨等高MEO卫星的建链模式设计方法

    刘飞;宋效正;杨立峰;张凌燕;

    针对异轨卫星相对位置大范围动态变化的问题,在分析单颗卫星可见性、轨道特性及天线指向范围的基础上,提出了一种异轨等高中地球轨道(MEO)卫星的建链模式设计方法,推导了与建链模式匹配的最小离轴角解析式和指向范围判断式,并结合不同类型建链情况提出了两类建链模式实现流程及其匹配的最小离轴角解析式。对典型工况的稳定链路数、指向范围类型及最小离轴角进行计算,并与STK软件仿真结果比对,结果表明:文章设计的建链模式完全可行,最小离轴角计算值与仿真修正值偏差(小于0.1°)优于工程要求的指向精度(0.2°),具备工程应用价值。

    2022年02期 v.31;No.153 55-62页 [查看摘要][在线阅读][下载 857K]
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  • 近地高速目标接入北斗星间链路系统的快速建链方法

    田广宇;蔡文炳;陈宜稳;李莎莎;何程;许伟;

    针对近地高速目标接入北斗星间链路系统,存在卫星超出当前天线波束扫描范围后如何继续保持星地链路和星地双向链路快速捕获的问题,提出先规划空域再双向辅助捕获的方法。首先,采用根据近地高速目标波束扫描范围进行空域划分的方法,近地高速目标根据飞行姿态和航迹变化计算与建链卫星的角度并选择对应的天线;然后,近地高速目标提前计算天线波束指向、通信时延和多普勒频率等辅助捕获参数,在接收和发射时隙分别辅助自身和卫星完成星地双向链路快速捕获。基于近地高速目标和卫星飞行相关数据开展联合仿真,结果表明:天线波束指向方位角和俯仰角最大误差均小于0.002°,通信时延误差小于2μs,多普勒频率误差小于60 Hz,从而验证了快速建链方法的可行性,可为近地高速目标接入北斗星间链路系统提供一定参考,具有一定工程应用价值。

    2022年02期 v.31;No.153 63-70页 [查看摘要][在线阅读][下载 546K]
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  • S频段星载相控阵双波束发射链路载荷设计与实现

    余鹏程;葛枫;吴瑞荣;陈小群;

    基于二代中继卫星S频段多址相控阵系统对前向多波束服务能力的需求,设计了一种用于星上射频波束形成的S频段双波束16通道发射链路,其产生的波束具有高EIRP、高实时响应的特点,具备波束指向计算、通道移相、功率放大与控制等功能。针对发射链路搭建了测试系统,对通道的性能指标进行了有线测试,证明该发射链路具有良好的幅相一致性及优异的波束切换性能,并在与相控阵天线集成后的无线测试中,对系统的EIRP、波束扫描和跟踪能力、数传性能进行了验证。

    2022年02期 v.31;No.153 71-77页 [查看摘要][在线阅读][下载 624K]
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  • 多柔性附件卫星热致振动特性研究

    陈夜;王开浚;沈海军;张雷霆;彭海阔;

    空间环境的温度突变是诱发卫星柔性结构振动的重要因素,对卫星的稳定度与有效载荷的性能带来不利影响。为研究进、出地影期间的温度突变在多柔性附件卫星上产生的振动效应,文章分析了热致动力学基本方程,提出了振动响应的解耦分析方法。以某遥感卫星为背景,建立了整星级有限元模型,以卫星进、出地影期间的动态温度场为载荷条件,运用ABAQUS软件隐式动力学模块开展动态响应分析,发现卫星在出地影后发生了明显的热致振动,其中高精度平面阵天线上的最大振幅约3μm,振幅在800 s内衰减了90%。为辨识振动的频率组成与源头,采用快速傅里叶变换将振动时域响应转换到频域,发现抛物面天线的弯曲振动在其他附件上产生了牵连振动,若要进一步提高平面阵天线的稳定性,应同时考虑柔性伸展臂与抛物面天线的振动抑制。

    2022年02期 v.31;No.153 78-84页 [查看摘要][在线阅读][下载 871K]
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  • 空间宏微机械臂振动抑制最优轨迹规划

    尹旺;王翔;

    针对空间站宏微机械臂分时独立控制的操作方式,将宏机械臂视为柔性基座,建立了柔性宏刚性微机械臂的等效动力学模型,即柔性基座微机械臂动力学模型。此模型揭示了基座弹性振动与微机械臂刚性运动之间的耦合关系,即基座的受迫振动完全由微机械臂运动产生的反作用力引起。在此基础上,为降低微机械臂刚性运动激起的宏机械臂弹性振动,建立了“4-3-4”形式的参数化关节轨迹模型,采用遗传算法在关节空间对微机械臂的运动轨迹进行了优化,并利用机械臂的冗余特性对其自运动进行了优化。数值仿真表明:轨迹规划和优化自运动项的方法能有效抑制微机械臂在运动过程中对柔性基座激起的弹性振动。

    2022年02期 v.31;No.153 85-91页 [查看摘要][在线阅读][下载 605K]
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  • 应用DSM的航天器供配电分系统架构设计方法

    刘治钢;杜青;李海津;夏宁;彭兢;杨孟飞;

    针对复杂航天器供配电分系统全级次数字化模型构建问题,提出一种应用特定域建模(DSM)的航天器供配电分系统架构设计方法,通过抽象供配电领域概念形成供配电领域元模型,基于元模型构建层次化供配电DSM架构模型,通过组件映射和模型转化方法,将DSM架构模型自动生成Modelica仿真模型,开展供配电分系统全链路静态分析和动态仿真分析。以嫦娥五号飞行试验器(CE-5T1)为例,对供配电分系统架构设计方法进行验证,结果表明:该方法实现了设计信息到仿真模型的自动化、一致性传递,提升了仿真验证效率。

    2022年02期 v.31;No.153 92-100页 [查看摘要][在线阅读][下载 1295K]
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  • DC-DC模块行为级建模及在航天器供配电分系统中的应用

    时晓东;王姝;曹鹏;许皓;

    针对DC-DC电源模块于开关模式下的物理模型在航天器供配电分系统仿真中解算效率低、收敛性差等问题,文章提出一种基于外特性特征参数提取的行为级建模方法,将DC-DC电源模块等效为“黑盒”模型,在提取特征参数后以方程形式描述其外部功能性能,而不需详述DC-DC电源模块的内部组成结构和工作原理。此方法在不影响系统级仿真精度的同时,显著地提高了仿真效率,并避免了多时间尺度带来的收敛性问题。在某航天器供配电分系统中进行仿真,结果表明:该方法能有效解决系统级仿真精度、效率和收敛性问题,相比传统方案有明显优势。

    2022年02期 v.31;No.153 101-107页 [查看摘要][在线阅读][下载 506K]
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  • 星上SRAM型FPGA抗SEU内部刷新系统设计

    王番;施敏华;常亮;

    卫星上常用的静态随机存储器(SRAM)型现场可编程门阵列(FPGA)器件易受到空间环境中高能粒子辐射发生单粒子翻转,从而可能导致电路出现故障,引起卫星无法正常工作。针对此问题,文章采取的抗单粒子翻转方法是通过FPGA的内部访问接口(ICAP),对配置数据进行回读刷新,并使用纠错能力更强的RM(2,5)码来替代常用的FRAME_ECC纠错码,最高可以支持对3个比特位的翻转进行检错纠错,进一步提高了系统的纠错能力。除此外,还对刷新控制电路部分进行三模冗余加固处理,降低了刷新控制电路出现单粒子翻转的可能性。并且对冗余模块增加错误判断,可及时识别冗余部分是否发生单粒子翻转,避免由于错误累积可能导致多个冗余模块发生故障的现象。通过以上措施的改进,提高了系统的可靠性。同时在布局布线过程中,将待刷新电路与刷新控制电路进行分布式布局,使得对待刷新电路帧地址的确定更加方便。最后,通过实验仿真论证了改进后的内部刷新系统容错率是传统内部刷新系统的2.56倍。

    2022年02期 v.31;No.153 108-116页 [查看摘要][在线阅读][下载 635K]
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  • 基于XTCE标准扩展的测试序列建模方法

    张雪丰;杨甲森;苏举;刘明洁;徐聪;张鑫宇;

    针对传统测试序列建模方法未能实现模型规范化,对判读知识、测试流程控制的表达难以直接驱动测试系统研制的问题,提出一种基于可扩展标记语言遥测遥控信息交换(XTCE)标准的测试序列建模方法。引入“知识元数据”和“事件元数据”概念,将XTCE标准描述对象的范围,从先前遥测参数、遥控指令,扩展覆盖至判读知识,顺序、循环及条件等测试流程控制,以此为基础设计符合XTCE标准的测试序列Schema。工程实践结果表明:该方法输出的模型,可有效驱动测试序列执行、综合数据判读、载荷状态监视等测试软件的灵活重构,实现测试系统对不同测试需求的快速响应。

    2022年02期 v.31;No.153 117-125页 [查看摘要][在线阅读][下载 994K]
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  • 航天器电子数据单应用方法分析

    吕良庆;张峻巍;何睿;王彧泽;

    为提升航天器部件的即插即用和自主能力,针对电子数据单技术在航天领域应用的问题,文章从空间数据系统咨询委员会(CCSDS)的空间数据系统参考架构(RASDS)信息视角,论述了信息对象的描述方法和抽象数据架构、数据模型、具体数据对象的3个建模过程。采用该方法,结合CCSDS的可扩展标记语言的遥测遥控信息交换标准(XTCE)和航天器接口业务电子数据单(SEDS)标准,分析了针对航天器所需要的遥测、遥控和部件接入等信息对象的应用场景,提出了相应的插件式电子数据单工具系统的设计思路,给出了在航天领域电子数据单技术研究方向的建议。

    2022年02期 v.31;No.153 126-131页 [查看摘要][在线阅读][下载 559K]
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  • 等效系统质量法在舱外服CO_2清除评估中的应用

    杨乐;田林;李志杰;徐小平;李劲东;

    CO_2清除是舱外航天服环控生保系统的重要组成部分,其功能是维持航天员出舱活动期间服内正常的CO_2分压。文章利用等效系统质量(ESM)方法计算并分析了LiOH、金属氧化物及固态胺等3种CO_2清除技术在不同任务规模下8 h舱外活动的等效质量,并针对月球及火星表面行走任务模式,结合等效系统质量法完成了对比评估,提出部分再生式CO_2清除技术由于任务场景变化,其等效质量可能超过非再生式技术,建议再生式环控技术应尽量降低设备功率或避免采用对航天器造成大量热负荷的再生方式。

    2022年02期 v.31;No.153 132-138页 [查看摘要][在线阅读][下载 209K]
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发展战略与情报研究

  • 深空探测光通信技术途经分析与展望

    白帆;李炯卉;徐宝碧;韩宇;

    针对深空探测任务对高速数据传输能力的需求,文章在调研国内外深空测控通信系统现有支持能力与空间激光通信技术最新发展成果的基础上,对我国深空探测任务对空间光通信技术高效化、网络化的发展需求进行了梳理;对深空光信号捕获瞄准跟踪技术、高光子效率信号调制与编码技术、地面高效信号接收技术和深空光通信中继与组网技术的实现途径进行了分析。结合我国未来深空探测任务规划与实际需求,借鉴国外相关领域的技术发展路线,提出了适用于我国国情的深空探测光通信发展设想,旨在构建高效、高速的中国深空测控通信网。

    2022年02期 v.31;No.153 139-145页 [查看摘要][在线阅读][下载 490K]
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卫星应用

  • 高分三号卫星在地表形变提取中的应用研究

    王洪明;李如仁;陈振炜;张过;

    针对高分三号(GF-3)卫星影像干涉形变提取较弱的问题,利用合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术,提出“基于影像几何与内容特征的配准”和“多尺度相位滤波方法”对2景GF-3卫星影像进行了地表形变提取。首先,将影像从像元级粗配准提高到精配准,使影像在方位向和距离向上配准精度达到0.1像素;然后,为消除由时空基线引起相位噪声,利用多尺度相位滤波对差分干涉图进行滤波处理,保证后续相位解缠的成功;最后,设置0.3的相干性掩膜阈值与0.10~0.15的相位解缠阈值,采用最小费用流相位解缠方法,在保证相位解缠精度的同时减少相位跳变。结果表明:研究区域城区地表形变较为均匀,周边山区出现形变漏斗与其所在区域矿区开采有关。文章提出的方法能提高GF-3卫星的地表形变监测能力,可为国家防灾减灾领域提供数据支撑和信息服务。

    2022年02期 v.31;No.153 146-151页 [查看摘要][在线阅读][下载 365K]
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航天短讯及其他

  • 航天短讯

    赵迎龙 ;赵宏校;

    <正>神舟十三号载人飞船成功返回据中国航天科技集团有限公司2022年4月16日报道,当天,神舟十三号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆,航天员翟志刚、王亚平、叶光富平安返回、感觉良好!飞行乘组在空间站组合体工作生活了183天,创下了中国航天员连续在轨飞行时长新纪录,至此中国空间站关键技术验证阶段任务完成,即将转入在轨组装建造阶段。

    2022年02期 v.31;No.153 152-157页 [查看摘要][在线阅读][下载 538K]
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  • 神舟十三号载人飞船成功返回

    <正>~~

    2022年02期 v.31;No.153 2页 [查看摘要][在线阅读][下载 148K]
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  • 《航天器工程》征稿简则

    <正>《航天器工程》是由北京空间飞行器总体设计部主办的综合性技术期刊,也是中国宇航学会飞行器总体专业委员会、中国宇航学会系统工程与项目管理专业委员会会刊,是国内全面、综合反映空间技术发展、工程研究、系统设计、集成测试和试验发展水平的代表性期刊之一,是中国科技核心期刊、中文核心期刊、中国科学引文数据库(CSCD)核心期刊,面向国内外公开发行。

    2022年02期 v.31;No.153 3页 [查看摘要][在线阅读][下载 2507K]
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  • 《中文核心期刊要目总览》入编通知

    <正>《航天器工程》主编先生/女士:我们谨此郑重通知:依据文献计量学的原理和方法,经研究人员对相关文献的检索、统计和分析,以及学科专家评审,贵刊《航天器工程》入编《中文核心期刊要目总览》2020年版(即第9版)航空、航天类的核心期刊。该书由北京大学出版社出版。书中按《中国图书馆分类法》的学科体系,列出了74个学科的核心期刊表,并逐一对核心期刊进行了著录。

    2022年02期 v.31;No.153 5页 [查看摘要][在线阅读][下载 623K]
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