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当期目录

    2020年, 第40卷, 第3期 刊出日期:2020-06-25 上一期   
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    航天器微波技术专栏
    三维规则形貌影响下的二次电子发射特性研究
    张娜, 崔万照, 曹猛, 王瑞, 胡天存
    2020 (3):  1-7.  doi: 10.16708/j.cnki.1000.758X.2020.0025
    摘要 ( 37 )   PDF(3603KB) ( 8 )  
    通过人工加工出特定的表面形貌来调控材料的二次电子发射特性已在诸多领域得到应用。规则表面形貌易于揭示抑制规律和影响机制对二次电子发射特性的影响,同时采用光刻、等离子刻蚀等工艺可以较好地实现特定设计的规则形貌,因此,在抑制微放电的研究初期或原理性试验验证过程中多采用定制的规则表面形貌。基于提出的电子与表面形貌相互作用的多代模型,以三维圆柱孔为例,采用蒙特卡罗方法系统研究了三维规则表面形貌的深宽比、占空比等参量影响二次电子产额、二次电子能谱以及出射角分布的规律。研究发现:规则形貌的深宽比越大,能谱展宽越强烈,形貌对出射角的选择性越强,二次电子产额的抑制效果越好,但该抑制效果存在饱和效应。在形貌不发生交叠时,增加占空比,可有效降低二次电子产额,由于圆柱孔出射电子占比较少,二次电子能谱与出射角分布接近于平面。所获得的三维规则表面形貌的二次电子发射特性对于全面评估其对微放电效应的影响提供了参考。
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    应用于航天器的低无源互调滤波器分析
    王琪, 崔万照
    2020 (3):  8-12.  doi: 10.16708/j.cnki.1000.758X.2020.0026
    摘要 ( 41 )   PDF(2644KB) ( 17 )  
    随着航天器有效载荷朝着大功率、小型化方向发展,大功率滤波器的无源互调问题成为制约航天器有效载荷发展的重要问题。对应用于航天器的大功率同轴滤波器产生无源互调的因素进行了研究,发现了表面镀层处理和不同材料调节螺钉方式对无源互调的影响规律。用介质隔离同轴连接器内导体和馈电杆的接触方式,设计了一种S频段低无源互调同轴滤波器,比传统同轴滤波器的无源互调有效降低了20dB。这表明该方法是一种有效降低大功率微波部件无源互调的方法,可应用于航天大功率和地面移动通信大功率微波部件。
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    基于宽带调制信号的无源互调测试研究
    李砚平, 黄浩, 贺捷
    2020 (3):  13-18.  doi: 10.16708/j.cnki.1000.758X.2020.0027
    摘要 ( 47 )   PDF(1204KB) ( 21 )  
    随着收发共用和数字调制技术(如BPSK、QPSK)在卫星通信中大量使用,原有的连续波(continous wave,CW)无源互调(passive intermodulation,PIM)测试系统存在验证不充分的问题。设计了宽带调制信号PIM测试方法改进了原有的测试系统,通过采用通道功率测试PIM,测试研究结果表明BPSK、QPSK数字调制无源互调量值均高于连续载波信号2~9dB,考虑到卫星运行可靠性,采用数字调制宽带工作模式改进原有测试系统后更接近实际工作方式,提高了地面验证可靠性。
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    星载L波段宽带低噪声放大器芯片设计
    赵博超, 徐辉, 殷盼, 贺娟, 张大为, 徐鑫
    2020 (3):  19-24.  doi: 10.16708/j.cnki.1000.758X.2020.0028
    摘要 ( 45 )   PDF(4040KB) ( 23 )  
    基于0.25μm 砷化镓赝品高电子迁移率晶体管(GaAs pHEMT)工艺,设计了一款应用于星载微波接收机的L波段单片微波集成电路(MMIC)低噪声放大器(LNA)。该低噪声放大器采用电流复用拓扑结构,降低了芯片的工作电流,节省了宝贵的卫星能量资源;通过两级负反馈方式优化了器件的稳定性和增益平坦度,提高了卫星通信质量;恒流源的偏置结构使得工作电流随工艺波动较小,芯片维持在稳定的工作状态下。测试结果表明:该放大器工作电流为35mA,在频率范围0.9~1.8GHz内,增益大于33dB,噪声系数小于0.6dB,增益平坦度小于0.5dB;芯片尺寸为2.0mm×1.3mm,满足航天产品的高性能小型化应用需求。
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    面向空间天线的TWF复合材料性能研究
    李怡晨, 宋燕平, 胡飞
    2020 (3):  25-35.  doi: 10.16708/j.cnki.1000.758X.2020.0029
    摘要 ( 42 )   PDF(6291KB) ( 16 )  
    利用碳纤维三向编织物(triaxial woven fabric,TWF)作为增强材料,与柔性基体材料硅橡胶复合,制成兼具一定柔性和刚性的复合材料壳膜结构,用于卫星天线反射器,是一种新型的高精度可展开天线实现方案。采用复合材料细观方法,对碳纤维增强硅橡胶TWF复合材料进行了力学性能的研究。首先由纤维和基体的材料特性得到均质纤维束的材料特性;接下来考虑纤维束交织情况(起伏波动)建立由纤维束组成的单胞实体有限元模型;然后对单胞实体有限元模型进行均匀化分析,施加周期性边界条件,最终得到等效的均质材料特性;为满足天线反射器高性能需求,分析了碳纤维种类、纤维体积分数对单胞等效性能的影响规律。对该材料力学性能的研究,可以为其未来应用于大型高精度可展开天线反射器提供一定的理论依据。
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    基于DDMZM的星载微波光子混频器设计
    惠金鑫, 赵莹, 邓向科, 郑飞腾, 孙树风
    2020 (3):  36-42.  doi: 10.16708/j.cnki.1000.758X.2020.0030
    摘要 ( 54 )   PDF(2308KB) ( 13 )  
    微波部件由于分布式参数的影响,存在一定的频率选择性,难以实现宽带多频段兼容的变频系统,已不能满足高通量星载通信载荷的需求。微波光子技术以其大带宽和无频率选择性的优势为高通量天基通信需求的实现提供了可能性。基于双驱动马赫增德尔调制器(DDMZM)对星载通信转发设备混频单元的方案进行探索,通过理论分析链路模型,使用VPI软件对链路进行仿真优化来寻找DDMZM的最佳偏置点。试验结果表明调制器偏置在最小点时,变频效率高,且具有一定的载波抑制功能,可实现宽带、多频段以及抗干扰等性能,优于微波变频性能。
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    专题述评
    星座备份策略研究进展
    王许煜, 胡敏, 赵玉龙, 徐家辉
    2020 (3):  43-55.  doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2020.0031
    摘要 ( 16 )   PDF(1857KB) ( 14 )  
    针对星座卫星在轨运行时因操作或故障导致星座服务性能下降的现象,综述了星座备份策略研究的进展。首先,概述了导航星座、通信星座的基本情况和备份现状,归纳出不同星座的备份策略。其次,重点阐述了3种不同的星座备份策略模式,即在轨备份、停泊轨道备份及地面备份,给出了3种备份策略模式的特点。在此基础上,分别从卫星故障模式、卫星可靠性、卫星可用性、星座状态概率和星座系统可用性5个方面梳理了国内外星座备份策略关键因素的研究进展。再次,综述了目前星座备份策略分析的主要模型和方法,包括Petri网、马尔可夫链以及存储论。最后,对未来星座备份策略研究的发展方向进行了展望。
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    研究探讨
    变结构航天器模糊神经网络滑模控制器设计
    王冉, 周志成, 曲广吉, 陈余军
    2020 (3):  56-63.  doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2020.0032
    摘要 ( 21 )   PDF(3275KB) ( 34 )  
    变结构航天器是目前航天领域的重要发展方向,航天器结构的变化将导致质量分布发生明显变化,这对航天器动力学建模和控制器设计都提出新的问题。针对这种情况,采用混合坐标法和拉格朗日方程建立了航天器刚柔耦合动力学模型,利用几种典型工况的参数近似得到变结构过程中动力学参数的变化规律。设计滑模控制器对航天器变结构过程进行姿态控制,为提高滑模控制器的适应性,设计模糊神经网络(FNN)自适应调节滑模控制器参数,并利用径向基函数(RBF)神经网络逼近动力学模型,得到控制力矩与姿态变化之间的近似关系,用于FNN的优化。通过仿真得到航天器变结构期间无控、滑模控制和模糊神经网络滑模控制的姿态变化,仿真结果对比验证了模糊神经网络滑模控制对于滑模控制的优势,证明了其在变结构航天器姿态控制方面的有效性。
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    折叠式变体飞行器轨迹优化及控制分析
    杨博, 朱一川, 魏延明, 樊子辰
    2020 (3):  64-75.  doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2020.0033
    摘要 ( 15 )   PDF(8059KB) ( 3 )  
    针对临近空间高超声速飞行器存在的问题,设计了一种折叠翼飞行器,可以通过折叠机翼来适应各种飞行状态,保持最优的气动特性。并针对临近空间滑翔式高超声速的特点,采用高斯伪谱法对固定翼飞行器和折叠翼飞行器的轨迹优化,通过将折叠翼飞行器与传统固定翼飞行器在射程能力、规避热流能力方面进行对比,提出了一种综合目标的轨迹优化思想。设计的折叠翼飞行器相比传统固定翼飞行器性能更加优越,更适合临近空间环境,提高了17.67%的航程,减少了热流率峰值的35.72%,并通过控制系统的设计和仿真加以验证,仿真结果表明变体飞行器机动能力相比固定翼飞行器有了显著的提高。
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    绳索断裂对二维二次太阳翼展开过程影响分析
    董富祥
    2020 (3):  76-82.  doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2020.0034
    摘要 ( 24 )   PDF(5215KB) ( 8 )  
    为识别二维二次太阳翼关键环节和预示其在轨展开故障模式,开展不同位置绳索断裂失效对太阳翼展开的影响程度分析。采用考虑绳索断裂的绳索联动轮力学模型,建立了适应于不同联动轮半径的联动轮受力模型,提出角度触发约束消除方法,解决了太阳翼第2次展开过程连续仿真问题,建立了太阳翼第2次展开动力学方程,分析了不同位置绳索断裂失效对太阳翼各板展开角度、展开构型和其他绳索张力的影响。分析表明,越靠近星体的绳索联动机构失效对太阳翼展开过程的影响越大,其中连接架上绳索联动机构失效可直接导致二维二次太阳翼在轨展开失败。
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    静止轨道卫星通信链路的预算与分析
    徐挺, 兰海, 张宏江
    2020 (3):  83-92.  doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2020.0035
    摘要 ( 23 )   PDF(3338KB) ( 9 )  
    星地链路计算作为卫星通信的重要技术,是卫星通信系统设计的基础和理论依据,直接决定了卫星通信系统的链路通信质量。由于影响卫星链路的因素很多,设计中存在一处不合理即使得整条星地链路不可用,造成巨大的损失。而且在实际设计中无法做到最理想的链路状态,往往需要在某方面有所取舍,这也是链路计算中的一大难点。基于目前国际通用的链路计算方法,将星地链路上下行拆分,独立计算,综合分析,再结合实际工程经验,分析和计算实际工程案例,针对不同的链路配置给出相应合理的设计方法,可作为静止轨道通信卫星星地链路计算分析的参考。
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    技术交流
    星载相机地面电性能测试系统的设计与实现
    张雅琳, 杜以强, 王淳, 林喆, 孙伟健
    2020 (3):  93-99.  doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2020.0036
    摘要 ( 20 )   PDF(1489KB) ( 4 )  
    根据新型相机结构复杂、载荷多的特点,针对性地设计并实现了一种新型星载相机的电性能地面测试系统。分析并总结了地面测试系统的设计需求,并且针对新型相机测试的全面性要求,设计并实现了整星和多种载荷的模拟接口;针对新型相机测试的可靠性要求,提出了冗余网络切换的测试系统设计方法并解决了数据库访问冲突的问题;针对新型相机测试的安全性要求,提出了针对冗余链路的测试方法和错误注入的测试方法。该系统已经成功配合完成了某高轨型号星载相机的研制,并交付使用。试验证明测试系统功能全面稳定,连续测试72h误码率为0,能够满足新型相机全面性、可靠性、安全性的测试需求。
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    一种基于模糊聚类模型的动量轮健康性排序方法
    季业, 崔振, 王雪涛, 严嵘, 刘一帆
    2020 (3):  100-106.  doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2020.0037
    摘要 ( 24 )   PDF(1197KB) ( 18 )  
    基于模糊聚类分析提出一种动量轮健康性排序方法,选取实际型号任务中50N·m·s动量轮的地面测试数据与在轨数据,对数据处理后,研究闭环工况动量轮动态转速的电机电流,利用相关系数法将其转换为模糊相似矩阵,聚类分析动量轮健康性最大阈值;同时以最大阈值为标准,设计判断准则,用4个动量轮的数据验证该方法的实用性并与峭度试验方法进行对比。结果表明:该方法可以准确对动量轮健康性进行排序。
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    基于TLE的弹道系数计算方法及应用分析
    张炜, 崔文, 张育卫, 刘兴, 朱俊
    2020 (3):  107-113.  doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2020.0038
    摘要 ( 25 )   PDF(3008KB) ( 11 )  
    针对仅使用两行要素(Two Line Element,TLE)作为数据源的应用需求,研究了基于TLE轨道衰减的弹道系数计算方法。介绍了一种常用的基于两组TLE的直接计算法,分析TLE选取间隔对结果精度的影响;提出了一种基于多组TLE的迭代计算方法,以降低异常TLE对计算结果的影响;从弹道系数计算效果、在再入预报中的应用等方面对这两种方法进行比较分析。结果表明,两种方法各有优劣,基于多组TLE的迭代计算法稳定性更高、受TLE精度的影响更小;由于数据区间更短,基于两组TLE的计算结果对短期轨道衰减特性反应得更准确,用于临近再入时的预报效果更好。
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