天基激光清理低轨空间碎片的最佳角度分析与过程设计

针对天基高能脉冲激光清理低轨(LEO)空间碎片的问题,建立了高能脉冲激光清理LEO碎片作用过程和轨道演化的模型,推导了脉冲激光作用碎片的最佳角度与碎片轨道参数的解析关系,证明了最佳角度下的清理效果具有关于碎片轨道主轴对称的特性。以平台飞行时间和激光作用时间综合优化为目标,提出了一种天基激光清理空间碎片过程的简化设计方法,能快速有效地获得清理方案。选取典型的激光器与空间碎片参数进行仿真验证,结果表明:采用最佳作用角度能极大提高激光清理的效果;基于优化设计方法可使得在平台飞行时间仅增长10%情况下激光作用时间减少30%。     

基于体态识别的航天员虚拟训练仿真技术研究

以未来空间站任务建设虚拟现实训练器为需求,为了最大限度地降低虚拟现实设备穿戴给航天员带来的额外束缚,提出了一种新的基于体态识别的航天员虚拟训练仿真系统:采用平行双目视觉原理和偏振立体电视实现立体图像的生成与显示;采用人体三层模型实现虚拟航天员表达,采用骨骼动画实现人体典型动作自动演示、Kinect实现人机交互过程中人体跟踪和运动控制,适合于空间站任务航天员训练、工效验证、典型流程演示等人机交互应用。     

天基近地轨道空间监视雷达卫星重访效能分析

空间目标监视系统是空间态势感知的重要支撑，为克服地基观测系统时空监视能力的限制，基于天基平台的空间目标监视技术是空间目标监视领域技术发展的必然趋势。天基监视雷达是天基监视技术的重要组成部分，着眼于未来空间监视的需要，必须开展天基雷达相关技术的研究。本文分析了近地轨道空间卫星间相对距离变化的周期性，以此为基础给出了天基雷达对观测目标的重访特性，为天基空间监视雷达卫星星座系统的设计提供了理论基础。     

天基对地打击武器空间机动过程分析

天基对地打击武器是一种新的战略威慑力量,与地基发射的武器相比具有自己独特的优势。首先通过对天基武器作战过程的分析,得出在轨机动是实现天基快速对地打击的关键的结论;而后建立了天基平台的轨道面机动与相位机动的数学模型。在上述研究的基础上,通过数学仿真分析了轨道机动对打击时间的影响,得到了一些有用的基本结论。     

航天器天基测控技术仿真研究

天基测控技术是航天测控系统的发展方向，是弥补地基（陆基＋海基）测控系统缺陷、缓解地基测控资源紧张的有效办法。本文提出了基于“北斗一号”系统的航天器天基测控技术仿真方法，设计并建立了相应的仿真系统。基于建立的仿真系统、按照设计的仿真方法对航天器天基测控技术进行了全面仿真。仿真结果表明，基于“北斗一号”系统的天基测控技术可行，性能指标可以满足中低轨道航天器实际测控需要。     

虚拟维修仿真系统的设计与实现

为解决当前虚拟维修平台在处理维修任务时存在的不足，提出了虚拟维修仿真系统结构框架。将系统结构设计成主要由维修场景构建、维修任务和动作分解及维修性分析评价数据输出三个功能模块组成。基于Jack软件平台完成了系统开发。以某装备维修任务典型工况为例，对系统进行实例验证。结果表明：该系统能有效地加快维修过程的创建，改善了人机界面的交互功能，提高了虚拟维修仿真系统的智能化程度，基本满足了维修仿真的需求，具有可行性与实用性。     

美国天基靶场的开发

目前美国正在积极研究天基靶场并计划从地基靶场向天基靶场升级,这是美国靶场发展规划的一个重要目标。本文对美国天基靶场概念进行了分析,并与今天基于雷达的地基靶场进行了比较,最后介绍了美国实施天基靶场的一些演示实验方案。     

快速响应侦察的测控通信与地面站布设研究

快速响应侦察是空间快速响应技术的一个重要应用,而合理布设地面站以保障侦察卫星的发射测控和快速数据回收是侦察任务顺利完成的基础。通过分析近地快速覆盖轨道和近地重复覆盖轨道的对地覆盖特性,针对发射测控和快速数据回收提出了地面站的布设原则,结合我国领土特点给出了这2类轨道的地面站布设方案,并求解了该方案所能提供的发射测控弧段长度和侦察数据返回时间。分析表明,在我国境内布设地面站以保障快速响应侦察卫星的发射测控和快速数据回收是可行的,其数据返回时间小于1个轨道周期。     

基于OpenGL的虚拟座舱显控系统快速设计与实现

以当前飞机座舱显控系统为背景,介绍座舱显控系统的组成和功能。以国内外通用的座舱显控系统为参考对象,使用VC++开发平台,应用OpenGL专业图形开发库,结合快速原型开发思想,设计并实现了一套完整的虚拟座舱显控系统。该虚拟座舱显控系统实现了数据显示、按键控制等功能。该系统能用来座舱显控系统的论证、开发和功能测试,还为飞行员的演示和培训提供了一种简单、快速、经济的选择。     

机器人航天员双臂操作仿真系统的研究与实现

针对机器人航天员复杂操作场景下的任务规划和仿真验证问题,基于仿真模块集成化的设计思想,集成通信模块、任务调度管理模块、路径规划模块、力控制模块、碰撞检测模块、双臂3D几何模型,通过OSG建立了实体模型及仿真场景,并建立插拔、抓握、对准、旋拧、搬运、转移等典型操作库,实现了机器人航天员双臂多种复杂操作任务的仿真。最后,通过机器人航天员搬运物体任务仿真实现双臂协调操作任务规划的仿真,验证了该系统的有效性和任务规划验证的合理性。     

基于立体观测的空间目标天基光学监视定位

利用天基观测平台实现对空间目标的有效监视是空间监视的发展方向和必然趋势。本文提出充分利用天基光学观测灵活性,采用基于双／多星立体观测定位的方法,提高空间目标监视定位效能,并就系统观测条件进行分析。     

面向信号的 ATS测试软件结构及相关模型

面向信号的自动测试是通用自动测试系统的发展方向，建立统一的测试系统模型是面向信号测试系统中信号管理与任务调度的关键。为了实现面向信号的测试系统软件的规范化描述，文章采用测试软件分层描述的方式，以信号模型为中心，给出了仪器模型和测试任务模型，并论述了各模型之间的关系。     

具有时延的漂浮基空间机器人基于泰勒级数预测、逼近的改进非线性反馈控制

 探讨了本体位置与姿态均不受控的漂浮基空间机器人在时间延迟(简称时延)情况下惯性空间轨迹跟踪的控制问题.利用拉格朗日方法并结合系统动量守恒关系,分析、建立了漂浮基空间机器人完全能控形式的系统动力学模型及运动Jacobi关系.以此为基础,针对系统存在时延的情况,利用泰勒级数预测、逼近的方法,建立了适用于时延情况下控制系统设计的数学模型.利用该模型,提出了一种空间机器人在时延情况下的改进非线性反馈控制方案.然后运用Lyapunov第二类方法,结合范数以及图形分析的方法证明了在时延情况下整个闭环控制系统的渐近稳定性.文中提到的控制方案能够有效地克服系统存在时延的影响,控制漂浮基空间机器人末端爪手跟踪惯性空间的期望轨迹.系统数值仿真结果证明了上述控制方案的有效性与精确性.     

一种基于一致性理论的卫星协同自主探测方法

为了提高天基空间碎片探测系统对空间碎片探测能力,研究了一种基于一致性理论的卫星协同自主探测方法,对系统中的卫星进行协同控制,从而实现对空间碎片进行最长时间的持续跟踪探测。探测星座利用招投标机制选取探测效果最好的卫星,空间碎片周围的卫星载荷再利用一致性理论,协同自主地指向空间碎片,以实现探测星座对空间碎片连续跟踪。仿真结果说明了该方法的有效性,1d内探测星座对典型空间碎片的最大连续观测时间由协同前的 6 min提高到了协同后的 39 min,提高了约 5倍,总观测时间由协同前的 1.5 h提高到 13 h,提高了约 8倍。该方法提高了观测效能,可为天基空间碎片探测系统提供一种对空间碎片协同探测的技术途径。     

Electrical power on a 30 kW space-based radar satellite

An electrical power system for a space-based radar satellite is described. When the radar is on, its transmitter needs an average DC power of 30 kW. The problem of distributing the power efficiently in pulses to many transmit/receive modules is addressed. System requirements include a high-voltage battery and transmission line, load-sharing between the solar array, and the battery during sunlit periods, and a 25-kW solar array. A scaled-down version of the power system for a proof-of-concept demonstration is described     

网络化综合化的天地一体化信息系统探讨

针对天地联网中空间与地面网络节点的信息高效互通、交换及应用需求,利用电子信息综合化技术实现高度综合化的多功能通用平台,构建天基以及地面系统"资源池",结合SDN(Software Defined Network,软件定义网络)架构、网络协议与路由网关,将有效解决网络中由于物理界限造成的信息阻隔,实现物理资源与边界虚拟化、信息流程智能化的天地一体化天基信息系统,提高天基信息资源利用率、信息按需定制及高效共享能力.结合天基信息系统发展趋势,探讨了天地一体化信息系统的网络化、综合化应用建议和研究重点,梳理了天、地节点综合化、网络化的关键技术方向.     

天基测控系统应用发展趋势探讨

基于中继卫星的天基测控系统将在我国航天测控系统中扮演越来越重要的角色,研究天基测控系统应用发展趋势,对支撑天基测控系统发展、引导技术及应用研究都有着重要意义。本文从我国基于中继卫星的天基测控系统应用需求分析入手,介绍了国内外天基测控系统应用现状,对我国天基测控系统应用发展趋势和相关关键技术进行了深入探讨,指出今后应加强中继链路设计分析与模拟验证工作,建议重点开展抗干扰抗截获技术、更高码速率传输技术以及多用户网络化技术等关键技术的研究和应用。     

天基光学平台下弹头与气球诱饵中段观测运动差异分析

为了解决弹道导弹在中段释放气球诱饵伴飞,以干扰天基光学防御系统对导弹目标进行精确跟踪识别的问题,基于弹头和气球诱饵质阻比的差异,利用美国NRLMSISE-00(Naval Research Laboratory Mass Spectrometer and Incoherent Scatter radar Exosphere,海军研究实验室质谱仪和非相干散射雷达大气经验性模型)对气球诱饵进行相应动力学分析,得出气球诱饵在弹道中段的大气阻力模型.然后给出了J2摄动下,气球诱饵经过阻力修正后较精确的中段运动模型,并将结论引入到天基光学平台中,进行观测仿真实验.结果表明,在200 km以上的高空,大气阻力对于弹头和气球诱饵的影响微弱,可忽略不计,在观测像平面中表现为一块难以区分的亮斑;而在100～200 km高度范围内,气球诱饵受大气阻力影响剧烈,在观测像平面内的运动与弹头存在较大差别,具有较强的可区分性.     

Power beaming providing a space power infrastructure

A study based on two levels of technology maturity, which applies to the power beaming concept to four planned satellite constellations, is described. The analysis shows that with currently available technology, power beaming can provide mass savings to constellations to orbits ranging from low-Earth orbit to geosynchronous orbit. Two constellations, a space surveillance and tracking system and space-based radar, can be supported with current technology. The other two constellations, a space-based laser array and a boost surveillance and tracking system, will require power and transmission system improvements before their break-even specific mass is achieved. A doubling of SP-100 conversion efficiency from 10 to 20% would meet or exceed break-even for these constellations     

Xs-MET-a reduced complexity fabrication process using complementaryheterostructure field effect transistors for analog, low power, spaceapplications

The requirements for space-based integrated circuit applications are defined with an emphasis on being radiation tolerant and low power consuming. Flexible analog signal processors (FASPs) are outlined as a means by which effective circuit designs can be utilized to perform a multitude of tasks. The development of complementary III-V technologies have been proven to meet the demands of the space environment, and have demonstrated the potential for frequency operation beyond 1 GHz using power supply voltages at or below 1.5 Volts. The novel fabrication process known as Xs-MET (pronounced kismet, which uses the Creek letter chi, X, and stands for Complementary Heterostructure Integrated Single Metal Transistor), is introduced as a manufacturing technique to be used in FASP design. The Xs-MET fabrication process is outlined with preliminary device results presented. An example of a FASP circuit design using Xs-MET is provided. Conclusions regarding the utilization of the Xs-MET process for FASPs are outlined with comments focusing on a space-based demonstration