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当期目录

    2015年, 第35卷, 第2期 刊出日期:2015-04-25 上一期    下一期
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    研究探讨
    “北斗”导航卫星定轨残差特征提取与分布检验
    陈略, 唐歌实, 崔红正, 陈明, 刘荟萃, 王美
    2015 (2):  1.  doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2015.02.001
    摘要 ( 1516 )   PDF(548KB) ( 1732 )  
    针对“北斗”导航卫星定轨残差中非建模系统误差问题,提出基于总体平均经验模式分解(EEMD)与Hilbert谱分析相结合的定轨残差特征提取方法,并对定轨残差正态分布特性进行卡方检验。首先,分析总体经验模式分解原理,提出滤波辅助的改进EEMD方法与Hilbert谱特征提取结合,建立定轨残差特征提取模型,并阐述卡方检验正态分布原理;然后对北斗导航卫星伪距与载波相位数据定轨残差特征进行分析;最后将提出的方法应用于多测站、多北斗GEO卫星的定轨残差分析中。结果表明,EEMD与Hilbert谱方法有效提取出了定轨残差中1天的轨道周期项,且EEMD处理后定轨残差的卡方统计量为5.5,其值小于卡方检验临界,可视为正态分布。该方法可为北斗定轨残差中非建模系统误差分离、提高定轨内符合精度提供有效技术手段。
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    发射系下SINS/GPS/CNS多组合导航系统算法及实现
    潘加亮,熊智,赵慧,郁丰,王丽娜
    2015 (2):  9.  doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2015.02.002
    摘要 ( 1194 )   PDF(476KB) ( 1510 )  
    首先建立了发射惯性系下的组合导航系统模型,据此设计了基于联邦滤波器的SINS/GPS/CNS组合导航算法,最后研制了基于PC104硬件平台的组合导航算法验证样机。通过实时半物理仿真测试得出,三组合导航系统的姿态误差小于15″,位置误差小于10m,速度误差小于0.2m/s,表明所设计的组合导航系统算法正确,实现合理。
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    一种融合MRF分割与数学形态学的道路提取算法
    陈立福, 文俊, 肖红光, 庞科臣
    2015 (2):  17.  doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2015.02.003
    摘要 ( 918 )   PDF(618KB) ( 1066 )  
    针对高分辨率合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)图像中道路目标难以有效提取的问题,提出一种融合马尔可夫随机场(Markov Random Field, MRF)分割与数学形态学处理的高分辨率SAR图像道路提取算法。该算法首先利用直方图均衡化和增强Lee滤波对SAR图像进行预处理,实现道路的边缘增强,抑制相干斑噪声;进而利用基于条件迭代模式(Iterated Conditional Mode, ICM)的MRF对SAR图像中的道路目标进行初分割;再用数学形态学填充空洞,平滑道路边缘;最后,基于道路的几何特征,使用偏心率、矩阵度、复杂度等因子去除虚警,从而提取出道路目标。利用该文算法对两块实际高分辨率SAR图像进行道路目标提取,均可以取得90%以上的正确道路提取率,表明本文算法具有较高的道路提取精度。
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    翼伞系统纵向飞行性能分析
    陈建平, 张红英, 童明波
    2015 (2):  25.  doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2015.02.004
    摘要 ( 1141 )   PDF(412KB) ( 1452 )  
    翼伞系统的飞行性能不仅取决于翼伞本身的气动特性,而且与安装角、伞绳长度、回收物阻力特征、翼载荷等系统参数密切相关。文章应用拉格朗日方程建立翼伞系统的纵向飞行力学模型,对翼伞系统进行飞行力学数值仿真,深入分析了系统参数以及开伞状态对翼伞系统纵向飞行性能的影响规律。结果表明:只有安装角在0°~20°时,翼伞系统才能达到稳定的滑翔状态,且安装角在4°~6°时对应两个稳定的滑翔状态,具体由开伞姿态和速度决定;伞绳特征长度的增加使系统的静稳定性增加;回收物的阻力特征增加6m2,翼伞系统的稳定滑翔角增加15°左右,而迎角减小不到1°;翼伞飞行速度随着翼载荷的增加而增加,其平方与回收物质量成正比。上述结论可为翼伞系统的工程实际应用提供参考。
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    球铰接杆式支撑臂斜拉索组件的参数影响分析
    黎彪, 刘志全, 程刚, 丁锋
    2015 (2):  33.  doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2015.02.005
    摘要 ( 1014 )   PDF(441KB) ( 1565 )  
    文章分析了斜拉索倾角对支撑臂剪切刚度和扭转刚度的影响,给出了一定横杆长度下斜拉索倾角的最佳取值范围。以支撑臂杆件不发生屈曲失效和支撑臂在最大负载下不发生坍塌为准则,给出了斜拉索预张力的上下限。〖JP2〗基于Hertz接触理论,推导了斜拉索预张力与球铰副接触刚度的关系,将关系式引入支撑臂单元段的有限元模型中,进行了模态分析,给出了斜拉索预张力对单元段一阶弯曲频率的影响曲线。分析结果表明,单元段一阶频率先随着斜拉索预张力的增加而增加,但当预张力超过一定值后,预张力的增加反而会使一阶频率降低;得到了斜拉索预张力优选范围。推导了锁定装置解锁力与支撑臂收拢时所需外力矩的关系,利用ADAMS软件对展开/收拢过程的扭矩进行了仿真,〖JP〗对支撑臂单元段展开/收拢过程中所需力矩进行了试验测试,试验结果表明,力矩的理论计算及仿真与试验结果基本吻合,误差在3%以内,证明了理论计算与仿真的正确性。研究结果为球铰接杆式支撑臂中斜拉索组件设计提供了理论依据。
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    非合作目标拖拉式对接机构设计与分析
    李隆球, 刘伟民, 陈萌, 张广玉, 张雪敏, 柏合民
    2015 (2):  41.  doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2015.02.006
    摘要 ( 855 )   PDF(489KB) ( 1384 )  
    针对非合作目标对接技术的要求和特点,提出了一种以卫星远地点喷管为对接接口的非合作目标拖拉式对接机构方案。设计了拖拉式对接机构的具体结构并建立其三维CAD模型,根据此模型,对机构进行了包络范围的求解;使用ADAMS软件对机构进行了动力学仿真,分析了对接过程中目标星与机械臂的动态特性,分析了对接过程中捕获力与关节受力情况。计算与仿真结果表明,提出的对接机构能够对目标进行有效、可靠的对接捕获,碰撞接触力小于280N,不会造成本体及目标的破坏。与以往对接机构相比,此拖拉式对接机构具有结构简单、可靠性高、捕获范围大、控制方法简单等优点,且机构受力合理,适合作为空间非合作目标对接的捕获装置。
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    一种基于有限K近邻的强度帕累托进化算法
    姜宏, 杨孟飞, 于广良, 魏梦捷
    2015 (2):  49.  doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2015.02.007
    摘要 ( 1000 )   PDF(466KB) ( 1635 )  
    在航天器控制计算机的软硬件协同设计过程中,需要解决多目标优化问题。当前的强度帕累托进化算法在求解高维多目标优化问题时具有优势,但是在环境选择阶段的计算时间复杂度仍然较大。文章针对这一问题,提出了一种改进算法。新的算法采用有限K近邻方法,减少了原算法中K近邻策略的比较次数,使时间复杂度由O(M3)下降为O(max(l,logM)M2。试验结果表明文中算法的计算速度更快,并且具有更优的收敛性和分布多样性特征。
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    地球静止轨道遥感卫星相机太阳规避设计
    彭洲, 李振松, 乔国栋, 刘新彦
    2015 (2):  57.  doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2015.02.008
    摘要 ( 1027 )   PDF(407KB) ( 1742 )  
    地球静止轨道成像式遥感卫星的光学成像相机在轨工作期间需要避免阳光的照射,针对现有滚动轴姿态机动算法存在规避开始时初始角速度过大的问题,提出一种改进的滚动轴机动太阳规避算法。该算法在规避开始与结束时,设计一定的规避角度余量,将建立机动初始状态的过程由达到规避角度的瞬间延伸到角度余量区间中,延长建立初始状态的时间,减小初始角速度。系统数学仿真和测试验证证明该算法简单可靠,在开始规避时,初始角速度由0.2(°)/s减小到0.014(°)/s,整个规避过程平稳,具有良好的工程应用价值。
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    一类带液体晃动的航天器滑模姿态控制器设计
    杜辉, 郝金华, 邢林峰, 李亚强
    2015 (2):  63.  doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2015.02.009
    摘要 ( 868 )   PDF(351KB) ( 1323 )  
    针对一类带液体晃动的航天器,在建立系统数学模型的基础上,利用一种增量滑模的设计方法来设计控制器。将系统状态变量分成可自行到达平衡位置和需要施加控制才能到达平衡位置两部分,对于需要施加控制达到预定平衡位置的状态变量,用增量滑模控制来设计控制律,将其分解成两个子系统,选取一个子系统的状态变量构造第一层滑模面,然后将第一层滑模面看成一个状态变量与另外一个子系统的状态变量构造第二层滑模面,最后采用Lyapunov方法求取总控制量。当系统接近平衡位置时,增量滑模控制器可以在保证最后一级稳定的情况下实现整个系统各个状态的控制,在30s内可以保证系统能够稳定在最终的平衡位置上。仿真结果表明,该方法能很好地达到控制效果。
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    LIPS300离子推力器加速栅电压的优化设计
    陈娟娟, 张天平, 贾艳辉, 吴辰宸
    2015 (2):  70.  doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2015.02.010
    摘要 ( 1068 )   PDF(457KB) ( 1067 )  
    在不改变推力器几何结构的前提下,为了获得LIPS300离子推力器的最佳加速栅电压,采用半经验分析和数值仿真计算相结合的方法分析了加速栅电压分别为-180V、-190V、-200V、-210V和-220V时LIPS300离子推力器栅极组件引出束流过程中束流离子从非平衡态到平衡态的演化过程,通过数值模拟计算得到了推力器运行过程中交换电荷离子轰击溅射到加速栅壁面的产额,利用寿命预测的半经验计算方法对5种情况下LIPS300离子推力器的栅极寿命进行估计,分析了关键失效模式,通过对比获得了LIPS300离子推力器的最佳加速栅电压。计算结果显示,在现有几何结构下加速栅电压的变化不会影响栅极组件的引出性能;加速栅下游更易受到交换电荷离子的轰击溅射;加速栅电压从-180V变化至-220V过程中,影响栅极寿命的关键失效模式为电子反流失效;对比5种情况下发生电子反流和结构失效时对应的栅极寿命可以发现,LIPS300离子推力器加速栅电压最佳值应为-220V,此时对应的栅极寿命为16170.4h。
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    小管径超声波流量计去噪方法
    文闻, 宗光华, 于洋, 孙亮
    2015 (2):  77.  doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2015.02.011
    摘要 ( 848 )   PDF(477KB) ( 1480 )  
    超声波流量计中存在各种噪声,直接影响流量测量的精度。文章首先分析了小管径超声波流量计中噪声的来源,从实时性的角度出发,提出了一种直接对测量时间差进行去噪的方法,避免了对原始超声波信号进行采样、分析带来的实时性差的问题。针对随机噪声和声学噪声引起的时间差数据中的误差,以硬阈值小波滤波作为第一级滤波、中值加均值滤波为第二级滤波进行处理。通过流量测量实验,验证了去噪方法的有效性,结果表明,去噪后流量计的瞬时测量误差小于1%。
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