中国空间科学技术
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2017年 37卷 3期
刊出日期 2017-06-25

研究探讨
技术交流
研究探讨
1 脉冲星导航试验卫星时间数据分析与脉冲轮廓恢复
黄良伟, 帅平, 张新源, 陈绍龙, 徐立宏, 杨哲, 邓楼楼, 陈建武, 石永强, 薛力军, 丁强强, 吴耀军, 贝晓敏, 蒙静, 林晴晴, 陈强, 张倩, 张恒彬
脉冲星导航试验卫星(X-rayPulsarbasedNavigation1,XPNAV-1)是中国致力于脉冲星导航空间试验验证的首颗试验卫星,旨在研究X射线光子时间数据处理分析方法,通过实测数据恢复脉冲轮廓,以验证使用国产X射线探测器观测脉冲星的能力。文章对XPNAV-1卫星科学试验任务作了介绍,给出了光子时间数据处理的步骤,建立了脉冲星X射线大尺度延时模型;针对XPNAV-1卫星实测蟹状星云(Crab)脉冲星数据,借助大尺度延时模型将光子到达时间改正到了惯性参考点,使用历元折叠方法获得了Crab脉冲星脉冲轮廓曲线,其特征的双峰结构表明国产探测器成功实测了Crab脉冲星观测。
2017 Vol. 37 (3): 1-10 [摘要] ( 57 ) [HTML 1KB] [PDF 6856KB] ( 211 )
11 空间太阳能电站微波能量传输验证方案设计
董亚洲, 董士伟, 王颖, 付文丽, 李小军, 高式昌, 韦高
微波能量传输技术作为空间太阳能电站(SpaceSolarPowerStation,SSPS)的关键技术之一,目前的研究和验证工作均集中在各单项技术的突破和验证,缺乏针对SSPS系统特点的全面优化设计。文章根据SSPS的工作模式给出了全面验证空间太阳能电站微波能量传输的验证系统方案设计,对收发天线进行了一体化设计,利用了幅度近似高斯分布的发射阵列场分布设计和低反射的接收整流阵列设计,以高精度来波方向测量和高精度移相控制为波束指向控制的技术途径。对验证系统的波束收集效率进行了分析,收集效率可达94.2%,比传统均匀分布系统高出17.6%。验证系统可从系统规模缩比、波束扫描范围、发射天线口径场分布、整流天线处功率密度、反向波束控制方法等方面模拟SSPS微波能量传输工作模式,推动SSPS系统技术的发展。
2017 Vol. 37 (3): 11-18 [摘要] ( 50 ) [HTML 1KB] [PDF 9876KB] ( 79 )
19 微波能量传输系统设计及试验
王颖, 韦高, 董亚洲, 董士伟, 付文丽, 李小军, 冉立新
面向空间太阳能电站应用,进行了固态体制微波能量传输技术研究。针对能量传输波束扩散导致收集效率低的问题,研究了基于人工媒质理论设计的完美匹配层的能量接收整流表面,通过调节人工媒质单元的结构参数实现天线输出阻抗与整流电路输入阻抗的共轭匹配,同时抑制整流电路高次谐波,省去原有匹配及低通滤波器,简化电路结构、实现高效微波能量吸收与转换。以空间太阳能电站规定的波束中心传输微波功率密度限制作为能量接收整流表面设计的约束条件,设计能量接收整流表面,结合固态体制微波能量发射端,搭建5.8GHz小规模微波能量传输系统开展了地面试验验证,实测结果显示整流表面能量转换效率最高为57.7%。此次试验验证了先进的固态能量传输试验系统,为空间太阳能地面缩比试验及未来空间太阳能电站的建设提供了技术支撑。
2017 Vol. 37 (3): 19-27 [摘要] ( 43 ) [HTML 1KB] [PDF 3577KB] ( 58 )
28 表面电荷对聚四氟乙烯沿面击穿特性的影响
王飞鹏, 张涛, 文刚, 范帆, 李剑, 崔万照
聚四氟乙烯(Polytetrafluorethylene,PTFE)因其高绝缘性而极易在表面积累空间电荷,且电荷衰减周期长。认识表面电荷对PTFE沿面击穿性能的影响,对设计相关的绝缘系统具有重要指导意义。使用针板电极装置,采用从6kV变化到10kV的正、负极性针电压对PTFE样品膜进行电晕充电积累表面电荷,使用静电电位计测量样品膜表面电位并估算得到表面电荷面密度。对具有不同表面电荷密度的PTFE样品膜,试验研究常压及真空中样品的负极性直流沿面击穿场强。结果表明,不同充电电压可以有效调控PTFE表面电荷密度。负极性较正极性电晕充电能够更有效地在PTFE表面积累高密度电荷;正极性表面电荷在常压和真空中均导致PTFE的负极性直流沿面击穿场强降低,而负极性表面电荷则具有影响程度较小的相反效果,即仅在一定程度上提高PTFE的负极性直流沿面击穿场强,且表面电荷在真空中对沿面击穿场强的影响弱于常压环境。
2017 Vol. 37 (3): 28-34 [摘要] ( 50 ) [HTML 1KB] [PDF 4305KB] ( 64 )
35 圆轨道航天器在轨加注任务空间燃料站部署问题
朱啸宇, 乔兵, 张庆展, 靳永强, 谭迎龙
在轨服务技术因在航天器故障修复、寿命延长及军事方面有重大辅助作用而越来越受到各航天大国的重视,作为在轨服务技术重要组成部分的在轨燃料补给技术也越来越受到关注。文章针对圆轨道航天器在轨燃料加注任务,将空间燃料站技术与多目标在轨加注技术相结合,对基于燃料站的在轨加注模式进行了研究,提出了一种基于聚类分析的在轨加注任务调度及优化算法。通过对双脉冲轨道转移问题的求解与分析,获得了轨道转移速度增量和轨道参数之间的关系,在此基础上分析了圆轨道航天器在轨加注任务调度问题,并根据调度模型的变量和约束关系,建立了圆轨道航天器在轨加注任务多目标规划模型,并采用免疫遗传算法对加注任务调度空间燃料站选址问题进行了研究。以30颗目标航天器的在轨加注任务为例进行了数值仿真,并由燃料消耗的计算结果验证了算法的有效性。
2017 Vol. 37 (3): 35-43 [摘要] ( 54 ) [HTML 1KB] [PDF 7814KB] ( 69 )
44 二氧化碳探测仪瞬态热分析模型修正
李强, 陈立恒
为实现碳卫星载荷在轨温度的准确预测,对其试验状态瞬态热分析模型的修正进行研究。先比较热分析计算结果与热平衡试验结果,求出两者对应温度监控点的温差;再利用蒙特卡洛法对二氧化碳探测仪热分析模型参数进行灵敏性分类,将模型参数分为整体灵敏、局部灵敏与不灵敏参数。然后根据热平衡试验数据,用拉丁超立方和单纯形法的混合法对模型各个参数进行分层修正,得到满足目标函数各个灵敏性参数的最优值。最后将参数最优值代入热分析模型计算验证该修正方法正确性,并进行残差分析。结果显示修正后各温度监控点热分析计算与热试验温差δa小于±0.5℃,残差修正率θ高于80%,修正后多数温差比修正前减少了一个数量级。结果表明修正取得的效果明显,修正方法合理可行。
2017 Vol. 37 (3): 44-52 [摘要] ( 53 ) [HTML 1KB] [PDF 7908KB] ( 61 )
53 空间通信自适应文件传输协议设计
王洋, 杨宏, 陈晓光, 陈淞
现有的基于调整重传次数来降低文件传递时延的算法,或固定地重传丢失的协议数据单元(包)两次,或仅根据丢包率来调节重传次数,没有考虑到包个数、丢包率、链路单向传播时延与单个包发送时延之比等影响因素。文章基于延迟型否定应答文件传输协议,提出了一种用于空间通信的自适应调节重传次数的文件传输协议。对该协议的文件传递时延和额外传输开销性能进行了理论建模,分析了重传阶段包重传次数对重传回合数和重传包总个数两方面的影响,提出了自适应调节模块的设计方案。理论分析和仿真结果表明,在地火通信、文件包个数为1k、丢包率为0.79条件下,相比于双重传文件传输协议和延迟型否定应答文件传输协议,分别缩短了55.69%和74.28%的文件传递时延;在地月通信、文件包个数为100k、丢包率为0.79条件下,相比于仅根据误码率调节重传次数的重复发送文件传输协议,缩短了28.05%的文件传递时延。
2017 Vol. 37 (3): 53-61 [摘要] ( 51 ) [HTML 1KB] [PDF 8672KB] ( 56 )
62 航天嵌入式软件数据访问冲突基准测试集研究
陈睿, 杨孟飞
针对数据访问冲突问题的检测方法及工具的研究很多,但缺少对其进行评估的基准测试集。文章基于大量真实航天嵌入式软件中断数据访问冲突案例研究的结果,总结出影响数据访问冲突检测的6类要素,设计开发了嵌入式软件中断数据访问冲突基准测试集程序RaceBench,对SpaceDRC工具进行了指标评估。结果表明,RaceBench能够有效评估工具的适用性。
2017 Vol. 37 (3): 62-70 [摘要] ( 64 ) [HTML 1KB] [PDF 1631KB] ( 73 )
技术交流
71 星上定标的观测恒星确定方法研究
张婉莹, 王涛, 陈凡胜
基于观测恒星的星上定标方法已成为近年来大型红外相机的主要定标方法之一。而这种定标方法的核心就是确定观测恒星及其在相机探测波段的辐照度。为了研究恒星在不同波段的辐照度,首先将恒星视为点源目标对其辐照度进行建模,在此基础上提出了泰勒级数展开和改进的遗传算法对恒星的温度T进行求解;然后对WISE星表的1000颗恒星进行辐照度外推,取得外推精度<3%的恒星所占比例高达68.34%的结果,满足项目需求;最后对不同精度下恒星的光谱分布特征进行了分析总结,验证了该外推方法的有效性。
2017 Vol. 37 (3): 71-76 [摘要] ( 46 ) [HTML 1KB] [PDF 1707KB] ( 55 )
77 基于FPGA的星载步进电机控制电路设计
林方, 王煜, 付毅宾, 陆钒, 常振, 邱晓晗
针对航天设备在轨运行时间长、不易更换的特点,提出了一种力矩宽且范围可调的步进电机控制电路设计。该电路原理样机以Xilinx公司的XC3S400pq-208型FPGA为核心控制芯片,以LMD18200为步进电机驱动芯片。在对电路总体设计进行介绍的基础上,重点阐述了航天过程中步进电机阻力矩增加的问题,以及通过脉冲频率和PWM控制技术调节输出力矩的方法。试验结果表明,力矩可调范围的最大值能够使力矩裕度达到4,匹配步进电机在轨运行过程中的力矩要求。
2017 Vol. 37 (3): 77-85 [摘要] ( 52 ) [HTML 1KB] [PDF 2150KB] ( 53 )
86 卫星平台运动对高分辨率光学遥感成像系统影响分析
范斌, 于起峰
在高分辨率光学遥感成像过程中,卫星平台的不稳定性将影响相机成像质量。针对该问题,在分析动态降质机理的基础上分别就面阵凝视模式、线阵推扫模式及时间延迟积分(TimeDelayandIntegration,TDI)推扫模式提出了相应的动态成像仿真模型,以此模拟不同情况下的退化结果。以高分辨率遥感相机为对象,开展多种情况下的仿真试验分析。结果表明,同等平台运动条件下,TDI推扫模式下的图像质量下降更明显;分辨率越高,像质对平台振动的响应灵敏度越高。最后结合仿真模型及图像评价参量,建立起空间分辨率与平台颤振指标之间的关系,给出不同空间分辨率下的平台运动误差阈值,为平台振动抑制和补偿提供约束条件。
2017 Vol. 37 (3): 86-92 [摘要] ( 50 ) [HTML 1KB] [PDF 5003KB] ( 58 )
93 漏极注入HPM对高电子迁移率晶体管的损伤机理
薛沛雯, 方进勇, 李志鹏, 孙静
针对典型GaAs高电子迁移率晶体管(HEMT)低噪声放大器,利用半导体仿真软件Sentaurus-TCAD建立了HEMT低噪声放大器二维电热模型,考虑高电场下的载流子迁移率退化和载流子雪崩产生效应,分析了由漏极注入高功率微波(HPM)情况下器件内部的瞬态响应,通过分析器件内部电场强度、电流密度、温度分布随信号作用时间的变化,研究了其损伤效应与机理。研究结果表明,当漏极注入幅值17.5V、频率为14.9GHz的微波信号后,峰值温度随信号作用时间的变化呈现周期性“增加—减小—增加”的规律。在正半周期降温,在负半周期升温,总体呈上升趋势,正半周电场峰值主要出现在漏极,负半周电场峰值主要出现在栅极靠漏侧,端电流在第二周期之后出现明显的双峰现象。由于热积累效应,栅极下方靠漏侧是最先发生熔融烧毁的部位,严重影响了器件的可靠性,而漏极串联电阻可以有效提高器件抗微波损伤能力。最后,对微波信号损伤的HEMT进行表面形貌失效分析,表明仿真与试验结果基本相符。
2017 Vol. 37 (3): 93-100 [摘要] ( 49 ) [HTML 1KB] [PDF 8576KB] ( 40 )
101 基于高轨航天器的GNSS接收机技术
高阳, 王猛, 刘蕾, 车欢, 张骞
全球导航卫星系统(GlobalNavigationSatelliteSystem,GNSS)应用于高轨航天器时,因轨道高于导航卫星,可见星数量急剧减少,空间信号功率微弱,信号的快速捕获和跟踪十分困难。文章对高轨地球同步轨道(GeosynchronousEarthOrbit,GEO)接收技术进行了研究。以中国实践十七号卫星为研究对象,采用官方正式发布的发射天线方向图对GEO下GNSS信号特征及可用性开展研究分析,并针对高轨道航天器GNSS信号微弱的特点,采用长时间积分处理的梳状滤波方法、差分相干累加比特同步算法和基于动力学模型补偿的扩展卡尔曼滤波自主定轨算法设计GNSS接收机,并在半物理仿真平台进行了测试验证。试验结果表明:GNSS接收机捕获灵敏度优于-173dBW,跟踪灵敏度优于-175dBW,定轨位置精度优于50m,速度精度优于0.01m/s。
2017 Vol. 37 (3): 101-109 [摘要] ( 50 ) [HTML 1KB] [PDF 7655KB] ( 51 )
110 天琴计划轨道构型长期漂移特性分析
万小波, 张晓敏, 黎明
为了实现天琴计划航天器轨道构型的长期稳定漂移并满足轨道构型的稳定性指标,文章应用优化算法搜索航天器初始最优瞬时轨道要素。建立考虑摄动情况下航天器轨道动力学模型,对导致等边三角形轨道构型发生长周期漂移的轨道要素进行了分析,并且将这些要素作为轨道设计的待优化参量,应用粒子群(ParticleSwarmOptimization,PSO)智能寻优算法进行优化,应用最终优化得到的轨道要素进行轨道构型仿真。仿真结果表明,在不进行轨道控制的情况下,4年内轨道构型呼吸角变化小于1.5°,臂长变化小于1500km,臂长变化速率小于10km/s,初步满足轨道构型的稳定性指标。
2017 Vol. 37 (3): 110-116 [摘要] ( 54 ) [HTML 1KB] [PDF 4278KB] ( 65 )
117 空间相机摆扫成像立体定位精度仿真分析
夏中秋, 黄巧林, 何红艳, 杨媛丽, 孙世君, 岳春宇
为了验证空间相机摆扫成像立体定位的可行性,考虑成像比例尺变化、摆扫角测量精度、摆扫角稳定度和摆扫角速度等影响因素,建立了以总体设计中影响定位精度的各指标为参数的空间相机摆扫成像几何模型,推导了基于误差传播理论的定位精度计算方法,并对平面定位精度和高程精度进行了仿真,提出了摆扫成像方式条件下提高定位精度的有效措施。结果表明,在成像幅宽较大时,单线阵摆扫成像线阵长度较小情况下和双线阵推扫成像线阵长度较大情况下,可达到相近的定位精度,提高摆扫角测量精度、摆扫角稳定度及时间同步精度,可提高平面定位精度。摆扫成像立体定位精度仿真方法适用于大幅宽成像遥感卫星定位精度指标分配。
2017 Vol. 37 (3): 117-125 [摘要] ( 53 ) [HTML 1KB] [PDF 8097KB] ( 49 )
126 基于跟踪微分器的CMG框架超低速测速方法研究
宿诺, 鲁明, 翟百臣, 胡跃伟
超低转速下,框架的测速精度是影响控制力矩陀螺框架系统控制精度的重要因素。针对超低转速下使用传统一阶后向差分方法计算转速会导致噪声放大的问题,给出了一种基于非线性跟踪微分器的实时速度估计方法,以及该方法基于四阶龙格库塔法的离散表达公式。提出了一种复合的测速策略,解决了直接使用跟踪微分器计算转速的跟踪延迟问题。进行了数值仿真分析和试验验证,仿真结果表明,所提出的测速方法有效降低了传感器输出的量化噪声和测量噪声对速度测量精度的影响;试验测试结果统计表明,相比传统的后向差分法,采用跟踪微分器计算转速,框架速度的波动量减小了67.1%。
2017 Vol. 37 (3): 126-131 [摘要] ( 43 ) [HTML 1KB] [PDF 5438KB] ( 43 )
中国空间科学技术
ISSN 1000-758/X
CN 11-1859/V
CODEN ZKKJEK

双月刊,1981年创刊
主编:侯深渊
主办:中国空间技术研究院
  编辑部公告
2017月球探测与载人登月征稿
2016临近空间飞行器信息技术发展研讨会
关于投稿的注意事项(重要公告)——请投稿作者注意
 
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