航天器弱电磁信号处理设备综合防护技术

航天器弱电磁信号处理设备极易受到来自数据管理、姿态控制、供配电等电子设备的噪声干扰而无法正常工作。文章分析了弱电磁信号处理设备受航天器平台干扰的机理和干扰源识别方法,提出低频电缆整束屏蔽、穿舱电缆孔缝屏蔽、舱外设备支架屏蔽和舱体结构电磁隔离等多种抗干扰防护措施。实践证明这些措施可有效实现弱电磁信号处理设备的抗干扰防护,具有工程应用价值,可供航天器总体电磁兼容性设计参考。     

屏蔽度仿真在航天器电磁兼容性分析中的应用

提出了一种采用s参数法结合CST-MS软件进行航天器屏蔽度仿真分析和预测的方法。在航天器舱体结构内的发射天线和舱体结构外的接收天线处分别设置端口,通过计算端口间的s参数来分析计算舱体结构的屏蔽度,并将仿真分析结果与实测结果进行对比。对比结果表明,仿真计算结果与实测验证结果基本上是一致的,充分验证了采用s参数法结合CST-MS软件对屏蔽度仿真分析,具有很好的实用性和计算精度。这种方法应用于航天器设备级和系统级,能够显著降低航天器电磁兼容性(EMC)分析的难度,并能在一定程度上简化航天器前期设计中EMC试验验证的需求。     

基于Modelica的载人航天器环热控系统建模仿真

为了给载人航天器乘员营造一个良好的生活工作环境,需要将众多空气环境参数控制在指标范围内。文章结合载人航天器专业知识,基于Modelica统一建模语言建立了一种载人航天器环热控系统仿真分析模型;利用该模型仿真分析了温湿度控制风机取不同转速时,载人航天器空气环境参数随乘员代谢水平的变化趋势。结果表明:在其他参数不变的情况下,温湿度控制风机转速越大,空气温度越低,相对湿度越高;乘员代谢水平变化对空气环境参数有显著影响,通过调节系统运行参数可将各空气参数有效控制在指标范围内。舱体温度与氧分压、二氧化碳分压、舱体相对湿度有密切关系且相互影响,不可单独分析。     

点式连接航天器等效刚度模态分析方法

针对点式连接航天器受接触影响而产生的非线性特性,提出了利用线性等效刚度代替非线性刚度以计算点式连接航天器模态的分析方法。首先采用有限元软件对点式连接航天器的非线性刚度进行分析,并基于非线性振动和结构动力学的原理,建立了等效刚度的计算方法。将等效刚度代入广义弹簧单元,最终获得点式连接航天器的简化模型并分析其模态。模态分析结果与试验结果对比显示,相比于传统分析方法,基于等效刚度的简化模型精确地预测了点式连接航天器的模态,有利于提高点式连接航天器的动力学仿真分析精度。     

MSC.NASTRAN子结构法在航天器结构动力学分析中的应用

航天器结构系统日趋庞大和复杂,为实现对复杂系统的高效分析和计算,同时为解决不同研制单位之间的模型传递和交互中的技术保护问题,文章介绍了一种基于MSC.NASTRAN软件的子结构分析方法（MSC.NASTRAN超单元法）,可用于复杂航天器的系统级动力学分析,并给出航天器结构分析实例。实际应用表明,该方法能够有效屏蔽结构设计参数,显著提高复杂航天器系统分析效率。     

一种载人航天器气压控制系统仿真模型

为支持航天员在轨驻留,载人航天器须利用气压控制系统将密封舱内的氧分压和总压控制在指标范围内。为分析气压控制系统的工作性能,文章提出了一种气压控制系统仿真模型,利用关键参数和主要特性描述公式对气压控制系统的主要要素进行定义,形成了密封舱、航天员、供氧组件、供氮组件、舱体漏孔等的数学模型,并定义了要素之间的接口关系。将正常模式和舱体泄漏模式下的仿真模型计算结果与载人航天器相关地面试验数据进行对比,证明了仿真模型的正确性。最后,利用仿真模型分析了舱体容积和漏孔通径大小对密封舱氧分压和总压变化趋势的影响。     

一种高可靠轻量化泄压防热装置设计与验证

针对在轨具有封闭舱体的航天器发射过程中环境气压降低,需要对舱体进行即时泄压和再入过程中舱体气动防热的问题,文章基于杆式压紧释放原理提出了一种集泄压和防热两大功能于一体的高可靠作动装置。该装置在发射入轨段通过预置泄压孔实现舱内外压力平衡,入轨后通过机构作动密闭泄压孔实现气动防热功能,并给出工作到位信号。经仿真分析和试验验证,结果表明:该装置设计合理有效,并具备结构简单、轻量化、泄压效率高、可靠性高的特点,可为后续航天器舱体的主动泄压和热防护的机构产品设计提供参考。     

一种航天器热平衡试验温度稳定判据确定方法

针对典型航天器热控设计与传热过程特点,建立了设备与舱体动态耦合换热集总参数模型。提出了一种基于热时间常数的航天器热平衡试验温度稳定判据确定方法,给出了双节点耦合换热型航天器系统的热时间常数定义,建立了热平衡温差与温度变化率的对应关系。提出了基于Levenberg-Marquardt最小二乘法温度曲线拟合的热时间常数实时修正方法,该实时修正方法可用于多节点耦合换热航天器热平衡温度稳定判据确定。讨论了目前广泛采用的航天器热平衡试验温度稳定判据的适用性,研究结果可用于指导航天器热平衡试验中温度稳定判据确定。     

孔缝对导弹电子设备机箱电磁屏蔽效能的影响

电子设备电磁屏蔽效能的好坏直接影响着导弹武器系统的电磁兼容性能,而其机箱上的孔缝造成的电磁泄漏是一个不容忽视的问题.针对这个问题,本文运用FDTD分析计算软件EZ-FDTD进行FDTD建模,分析计算了孔缝形状、数量、大小及排列对电子设备电磁屏蔽效能的影响,提出了具体的改进措施.并对某型导弹的电子设备机箱进行了电磁屏蔽设计,使其屏蔽效能提高了26dB,验证了本文电磁屏蔽设计方法的有效性.     

液体大幅晃动类等效力学模型研究

基于液体大幅晃动等效力学模型研究充液航天器动力学与控制问题。首先,发展并完善了模拟液体大幅晃动的运动脉动球模型（MPBM）,结合已有的液体大幅晃动运动规律和分析结论对MPBM的法向力的计算方法进行了改进;通过数值仿真结果与已有试验结果的对比证明了以上改进工作的有效性。然后,基于MPBM建立了携带多个充液储箱的航天器动力学模型,针对携带四个储箱的充液航天器进行姿态机动控制研究。研究结果表明,四个充液储箱的三种可能的空间布局对航天器姿态机动过程中的角速度、液体晃动力矩和控制力矩将产生不同的影响;此外,还研究了液体大幅晃动等效力学模型中液体晃动阻尼因素对航天器姿态机动控制的影响。     

电子设备机壳电磁屏蔽技术研究

文章阐述了谱域分析方法计算屏蔽效能的原理，针对电子设备机壳上的周期结构矩形孔阵，应用谱域法对其屏蔽性能进行了分析和计算。在此基础上利用谱域法和FDTD法对矩形孔周期结构导电板进行了比对分析和计算，并用试验方法进行了测试，计算结果与FDTD法计算结果基本一致，也与测试结果比较吻合。     

基于轨道角动量的电磁涡旋SAR成像新方法

为研究电磁涡旋波在合成孔径雷达(SAR)领域的应用潜力,验证电磁涡旋SAR成像的可行性,将电磁涡旋与合成孔径雷达模型结合,通过使用单一模式的轨道角动量,用合成孔径原理实现方位聚焦。给出了基于电磁涡旋的SAR几何模型和回波信号模型,并提出了适用于电磁涡旋SAR的改进chirp-scaling(CS)成像算法。通过点目标仿真分析,验证了所提成像算法的有效性。该方法可为SAR系统新体制设计及雷达的研究提供参考。     

考虑电离层对GEOSAR影响的改进CS成像算法

地球同步轨道合成孔径雷达(GEOSAR)轨道位置高且合成孔径时间较长,电离层的空时变化特性严重影响该雷达的聚焦性能。为解决电离层对GEOSAR成像聚焦性能的影响,提出一种改进的chirp scaling (CS)成像算法。结合GEOSAR的轨道运动特点,给出因电离层空时变化引起的回波信号模型,提出了改进CS成像算法用以解决电离层对成像聚焦性能的影响。仿真结果表明:该成像方法能较好地处理电离层影响,可获得理想的聚焦成像结果。该方法为GEOSAR实现高精度成像提供了技术支撑。     

GEO卫星结构屏蔽设计与性能分析

地球同步轨道(GEO)卫星在轨期间将遭遇空间带电粒子辐射,导致的电离总剂量效应会损伤星上的电子元器件。在对GEO卫星典型结构进行屏蔽设计时,采用钽箔等材料对卫星结构大开口处进行封堵,又用屏蔽厚度的实体相交法求解卫星的屏蔽性能。建立卫星的三维屏蔽厚度模型,对比屏蔽设计前后的总剂量值,同时分析该封堵方法对卫星机热系统的影响。通过对GEO卫星结构三维屏蔽性能的分析,验证了该封堵方法的有效性。     

基于快速极坐标格式算法的MIMO雷达虚拟孔径成像

针对共址多输入多输出（Multiple Input Multiple Output,MIMO）雷达在单次快拍下的虚拟孔径成像问题,分析了MIMO雷达虚拟合成阵列,建立了MIMO雷达极坐标格式波数域回波模型,分析了基于距离向和方位向尺度变换的空间谱转化,指出MIMO雷达方位向尺度变换不再是Keystone变换,提出了一种新的MIMO雷达快速极坐标格式成像算法。仿真表明了该文方法的有效性。     

基于双通道距离频率干涉相位解运动目标径向速度模糊方法

针对合成孔径雷达/地面动目标检测系统中动目标径向速度估计存在模糊的问题,提出一种基于双通道距离频率干涉相位解模糊的方法。该方法通过构造干涉相位与距离频率的关系,利用干涉相位随距离频率变化的斜率关系实现径向速度无模糊估计。该斜率与相位缠绕无关,所以所提方法具有不受相位缠绕影响的优点。为了减小噪声对径向速度估计的影响,利用最小二乘线性拟合方法估计该斜率。此方法能实现杂波背景和多目标情况下的应用。通过仿真和实测数据处理验证了所提方法的有效性。     

基于投影矩阵搜索的相干源DOA估计算法

在强相关或相干信号源环境下，基于子空间分解的高分辨方法无法准确估计信号到达角，而许多传统的解相干方法，如空间平滑法等，会减少阵列的有效孔径，且只适用于具有移不变性的阵列结构。针对相干信源DOA估计问题，提出了一种基于投影矩阵搜索的DOA估计算法。首先根据阵列流型构造噪声子空间的投影矩阵，并将阵列接收信号投影到噪声子空间；然后通过遍历搜索所有可能的投影矩阵获得空间谱，进而得到相干源的DOA估计。该算法能有效进行相干信源DOA估计，与传统的相干源DOA估计方法相比，该算法不会减小阵列的有效孔径，且适用于任意阵列结构，并具有良好的估计精度和超分辨能力，但计算复杂度较高。通过仿真实验，验证了该算法的有效性，比较了该算法与传统算法的性能。     

星载合成孔径雷达图像的飞机目标检测

针对大场景下星载合成孔径雷达(SAR)图像中飞机目标检测问题,提出一种端到端的飞机目标检测算法。先在大场景SAR图像中对机场目标进行粗检测,定位机场区域,再通过精确分割算法获得机场的精细区域。对机场区域中的飞机目标进行检测,采用一种基于Canny算子的边缘检测与卷积神经网络结合的飞机目标检测算法。通过飞机边缘检测、边界框预处理等操作确定潜在飞机目标在机场中的位置范围,采用基于GoogLeNet的卷积神经网络对可疑目标进行鉴别。利用星载合成孔径雷达数据对算法进行验证,证明该方法的有效性与实用性。     

面向多任务的预警卫星系统效能评估

针对预警卫星系统在对中段弹道导弹目标进行多任务预警时效能评估能力不足的问题,提出了一种基于模糊综合法的效能评估方法,拓展了预警卫星系统效能评估的应用范围。根据预警卫星系统的组成与工作流程,从预警任务、传感器使用、数据融合等角度构建了评估指标体系,建立了各指标的定量计算模型。对各指标使用的隶属度函数进行模糊化,利用模糊变换理论建立了系统效能综合评估模型,介绍了其具体实现过程。仿真实验验证了该评估方法的有效性。该方法为预警卫星系统效能指标的优化设计提供了思路。     

基于微多普勒效应的ISAR成像干扰新方法

本文从分析雷达目标微多普勒效应的产生机理出发,提出了针对ISAR成像的干扰新方法。一方面,针对现有基于微多普勒特征的雷达目标识别技术,干扰机将接收到的雷达信号进行移频和幅度调制处理后转发,生成虚假的微多普勒特征,实现对敌方雷达系统的欺骗干扰;另一方面,利用微多普勒效应对雷达回波的附加调制作用,干扰机发射虚假微多普勒信号,通过降低回波各次距离像之间的相关性和破坏距离像的初相信息,可有效干扰敌方成像系统的运动补偿处理,并在方位向生成干扰条带,对敌方ISAR系统形成“灵巧”抑制干扰,使其无法实现对目标的有效成像。仿真和实测数据处理均表明基于微多普勒效应的干扰方法可在较低干信比条件下实现对ISAR成像系统的有效干扰。