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当期目录

    2015年, 第35卷, 第5期 刊出日期:2015-10-25 上一期    下一期
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    研究探讨
    北斗卫星导航系统实时定轨与钟差处理策略
    崔红正, 唐歌实, 宋柏延, 刘荟萃, 葛茂荣
    2015 (5):  1-7.  doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2015.05.001
    摘要 ( 813 )   PDF(3796KB) ( 1210 )  
    目前鲜有对北斗卫星导航系统(BeiDouNavigationSatelliteSystem,BDS)实时精密定轨与钟差确定的研究,文章提出了BDS实时轨道与实时钟差处理策略,包括了观测与动力学模型、实时轨道与实时钟差处理流程与评估方法。尤其对于实时钟差,为了提高计算效率,联合使用两个独立并行的线程估计非差绝对钟差和历元间相对钟差。利用多模全球卫星导航系统试验(MGEX)与全球连续检测评估系统(iGMAS)实测数据进行了北斗实时轨道与钟差解算,BDS实时轨道径向平均精度对于GEO卫星优于20cm,对于IGSO与MEO一般优于10cm;钟差精度对于GEO卫星为0.5~4.5ns,对于IGSO/MEO为0.2~2.0ns。基于目前的轨道与钟差结果,实时精密单点定位(PrecisePointPositioning,PPP)结果可以达到分米量级。
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    地基伪卫星系统多址测距误差的校正算法
    何成龙, 蔚保国
    2015 (5):  8-14.  doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2015.05.002
    摘要 ( 636 )   PDF(3551KB) ( 564 )  
    相对于卫星导航,地基伪卫星与接收机距离较近,测距中不涉及电离层传播等误差,易实现高精度测距和定位。但由于地基伪卫星位置固定,在信号连续发射模式下伪卫星信号间的多址干扰(MAI)会引起相对恒定的测距误差,针对地基伪卫星系统这一特点,提出一种基于反馈串行干扰抵消(SIC)的测距算法。首先对全部伪卫星信号进行捕获跟踪和功率估计,然后通过串行干扰抵消算法降低强功率伪卫星信号对期望测距信号的干扰,通过反馈模式进一步提高干扰抵消算法的性能。仿真结果表明,该方法可有效改善地基伪卫星系统强远近效应区域内的测距性能,不考虑其他误差下在强远近效应区域内基于码环可将伪卫星测距性能从10 m以上降低到约0.3 m。
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    具有初始动量的空间机械臂零反作用轨迹跟踪
    廖志祥, 师鹏, 赵育善, 郑翰清
    2015 (5):  15-21.  doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2015.05.003
    摘要 ( 757 )   PDF(3556KB) ( 447 )  
    对具有初始动量的自由漂浮空间机械臂系统进行了研究,考虑其执行在轨任务时便已经具有的动量,根据系统的构型参数建立运动学模型,再采用拉格朗日第二类方程建立动力学模型。利用空间机械臂系统具有冗余自由度这一特性,推导运动学和动力学方程,得到了零反作用运动方程,消除了基座和机械臂之间的角速度耦合作用。末端运动轨迹用多项式插值函数来逼近,根据给定的机械臂末端初始和终止状态来规划其运动轨迹,并将机械臂末端的工作空间转换到关节空间中。根据已知的动力学模型,设计合适的比例-微分(PD)控制率。仿真结果表明,通过选择合适的增益反馈矩阵,机械臂末端能平稳地跟踪目标轨迹,同时,机械臂的运动不会对基座的姿态产生扰动,保证了基座姿态的稳定性及航天器的正常运行。
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    微纳卫星共面伴飞相对运动椭圆短半轴最省燃料控制
    周美江, 吴会英, 齐金玲
    2015 (5):  22-32.  doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2015.05.004
    摘要 ( 824 )   PDF(5904KB) ( 455 )  
    针对伴随微纳卫星资源受限、轨控需要尽可能节省燃料的现实问题,基于希尔(Hill)方程,研究推导了共面编队伴飞卫星的轨控时机和轨控方向对相对运动椭圆短半轴控制效率的影响。理论推导和仿真均表明:当控制量大小|ΔV|与相对运动椭圆短半轴b满足|ΔV|≤nb/2关系时(n为参考星平均轨道角速度),在相对运动椭圆上下点进行横向或反横向控制,最大效率地将相对运动椭圆短半轴改变了|Δb|=2|ΔV|/n。其中,在上点反横向或下点横向进行控制,可以最大效率地增大椭圆短半轴;在上点横向或下点反横向进行控制,可以最大效率地减小椭圆短半轴。
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    基于天基光学探测图像初析南大西洋异常区影响
    张科科, 李宗耀, 胡海鹰, 朱振才, 杨根庆
    2015 (5):  33-40.  doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2015.05.005
    摘要 ( 627 )   PDF(6170KB) ( 423 )  
    文章针对目前在轨运行的高灵敏度探测类可见光遥感器经过南大西洋异常区(SouthAtlanticAnomaly,SAA)时出现的探测能力降低、目标无法识别等现象,通过卫星在轨获取的SAA天基探测图像研究图像中出现的异常现象机理;提出了基于CCD探测器固有暗像元区的图像特征变化开展SAA影响评估的方法,根据在轨图像暗像元区的均值和标准差、图像区的热像素及活像元等特征参数的统计分析,判断经过SAA过程中连续获取的图像中出现显著影响时的拐点,通过曲线拟合估算出该轨道高度的SAA空间分布特征和边界,依此进一步提出利用在轨天基探测图像给出测量影响该轨道高度卫星SAA区域边界的简单方法;最后,基于SAA对天基探测器件的影响分析结果和认识,给出了高灵敏度探测类卫星避免或消除SAA影响的改进措施和建议。文章采用的数据分析和评估方法为提升SAA对天基探测影响的认识,以及下一步有效开展空间碎片探测工作提供参考。
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    技术交流
    返回舱垂直自由入水砰击过程的数值模拟
    李少伟, 屈秋林, 刘沛清, 周丹杰
    2015 (5):  41-49.  doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2015.05.006
    摘要 ( 764 )   PDF(4974KB) ( 365 )  
    文章数值研究返回舱垂直自由入水砰击过程中水气流场与返回舱运动之间的动力学与运动学耦合问题。水气两相流的流动方程选为非定常雷诺平均Navier-Stokes(URANS)方程和Realizable k-ε湍流模型,返回舱的运动方程选为刚体的一维平动方程,水气交界面的追踪采用流体体积函数(VOF)方法,返回舱与水面之间的相对运动采用动网格技术实现。在计算方法得到试验验证的基础上,数值研究了返回舱的不同触水速度、质量对入水过程中砰击力、加速度等参数的影响规律;给出了入水过程中加速度峰值与触水速度及质量之间的定量关系式;发现了返回舱底部的入水砰击压强峰值发生在入水初期,且压强峰值始终位于喷溅射流的根部。
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    基于谐波平衡法的微振动被动控制动力学研究
    朱恩涌, 魏传锋
    2015 (5):  50-55,63.  doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2015.05.007
    摘要 ( 888 )   PDF(3243KB) ( 457 )  
    为了探究航天器被动隔振系统参数对隔振效果的影响,用变形的三次多项式函数描述粘弹性隔振器的非线性刚度,用分数导数阶算子表征隔振器的阻尼特性,建立了微重力状态下被动隔振系统非线性动力学模型,用谐波平衡法对动力学微分方程进行求解,计算隔振系统的振动传递率,然后探讨了隔振器以及隔振对象的刚度、阻尼、质量对隔振效果的影响。研究结果表明,隔振器非线性阻尼项对系统隔振效果影响很大,被隔振对象的质量对隔振系统共振峰值的影响与非线性阻尼系数的大小密切相关。
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    静电悬浮加速度计地面高压悬浮原理与应用
    陈光锋, 霍红庆, 王佐磊, 银东东, 雷军刚, 张小青, 席东学
    2015 (5):  56-63.  doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2015.05.008
    摘要 ( 775 )   PDF(4194KB) ( 781 )  
    静电悬浮加速度计是进行空间飞行器准稳态非重力精密测量的设备。静电悬浮加速度计研制中,需要借助高压悬浮来完成其功能和部分性能评价的相关工作。文章就地面静电悬浮加速度计检验质量高压悬浮中涉及的相关问题进行了理论分析,给出了地面悬浮原理、高压电路实现形式、工作点选取、稳定性控制、高压静电力作用分析等,给出了实际试验结果,表明地面上系统在0.1Hz附近具有10-8gn/Hz1/2左右的分辨率,并可在悬浮状态下,完成功能及相关性能测试,获得静电悬浮加速度计地面直接性能评价受限的主要因素,同时就存在的问题进行了讨论。
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    星载SAR辐射定标及其精度分析
    陶满意, 纪鹏, 黄源宝, 姜岩
    2015 (5):  64-70.  doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2015.05.009
    摘要 ( 720 )   PDF(3082KB) ( 571 )  
    随着星载合成孔径雷达(SAR)应用需求的发展,为了观测目标的物理特征,可以利用辐射定标技术获取更加精确的目标后向散射系数信息。主要完成单通道单极化条带成像模式下辐射定标及其精度分析,首先从雷达方程出发,进行严格的数学推导研究单通道单极化条带模式辐射定标技术;其次给出通过对已知雷达散射截面积的目标的观测,得到SAR图像上的灰度值与绝对的雷达散射截面积之间的关系;采用测量定标常数的方法,并基于辐射定标流程建立辐射精度误差模型和计算公式,重点研究了短期相对定标和长期相对定标中各因素对精度的影响。而且针对定标常数对绝对定标精度的影响给出了详细说明,指出星载SAR系统需要定期地完成系统修正。最后以TerraSAR-X卫星为例进行了计算验证,结果表明辐射精度预估值与实测值相差小于0.05 dB。
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    一种适用于卫星数据传输的高效编解码算法
    张亚航, 程博文
    2015 (5):  71-76.  doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2015.05.010
    摘要 ( 506 )   PDF(2789KB) ( 403 )  
    提出了一种喷泉编解码方法,又称为快速速龙码(RRC),该编码方法能实现与传统速龙码相同的差错控制效率的同时,时间复杂度相对更低。相对传统速龙码,在编码过程中无需计算中间节点,直接通过生成矩阵计算校验节点;其解码方法是先通过置信传播(BP)算法对校验节点进行降度之后,再对校验节点降度之后组成的矩阵进行高斯消元法解码,从而降低矩阵规模。改进后的算法更加高效和简单,适用于航天器空间通信中的应用层数据传输、存储保护和深空探测信号传输。
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    基于地面分布式数据中心的天地一体化网络
    郭嘉宁, 李长德, 石云, 吴斌
    2015 (5):  77-84.  doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2015.05.011
    摘要 ( 670 )   PDF(3683KB) ( 435 )  
    天地一体化网络通常具有覆盖范围广、数据传输量大等特点。现有的一体化网络研究侧重于网络间传输协议,以及如何有效管理网络资源等。但考虑到当前卫星网络数据处理能力相对较差,而地面网络发展已非常成熟,因此将一体化网络与数据中心网络融合,把数据中心网分布式地接入骨干光网络中,卫星作为网络的传输节点与地面分布式数据中心网络构成统一整体;以中国电信骨干网为基础,针对一体化网络的内部传输代价和外部请求代价等多种因素,进行折中,使用整数线性规划得到网络的最优化部署。所提出的网络架构能很好地满足一体化网络的要求,提供了一种具有竞争力的信息平台设计架构。
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