航天一线专家学术专著——《宇航概论》正式出版

2001年中国科学院院士、中国工程院院士闵桂荣倡导陆续出版空间飞行器（航天器）设计专业系列教材，为培养高级航天人才服务。此系列教材是国家“十一五”出版规划重点图书，是航天一线专家的学术专著。日前由胡其正研究员、杨芳研究员编著的系列教材之一——《宇航概论》已由中国科学技术出版社正式出版。     

频率计数器在航天器信号频率测量中的适用性分析

从频率计数器的工作原理出发,分析了航天器测控通信中常用的调相信号、调频信号和相移键控信号的频率测量误差,给出了调相信号和调频信号的测量误差表达式。使用频率计数器对上述3种航天器信号进行了频率测量试验。理论分析和试验结果表明,频率计数器适用于航天器调相信号和调频信号的频率测量,不适用于相移键控信号的频率测量。在实际使用中,为保证测量精度,应根据被测信号的调制方式选择适当的测量方法。     

多通道分布式航天器舱体健康数据采集方案设计

针对航天器长期处于辐照、冷热交变等恶劣环境下,内部、外部结构产生疲劳、屈曲等威胁航天器安全等因素,提出多通道分布式航天器舱体健康数据采集方案。该方案能够实时将舱体强度、力、热等飞行参数采集、存储及分时下传。采用FPGA+数字信号处理器(DSP)架构设计多通道、高精度数据采集系统,通过"调零"及"差分电桥"技术消除远距离线损阻抗及压降,并通过多级选通开关高速轮询采集变化的模拟信号。测试结果表明:电阻信号采集精度高于5‰,微弱电压信号采集精度高于2‰,可应用于航天器的实时健康监测与状态评估。     

航天器软件典型缺陷模式的自动检测技术

通过系统分析和总结航天器软件在轨、在研质量问题，开展软件缺陷模式研究，建立航天器软件缺陷模式集；研究缺陷模式的形式化规约和自动检测技术，开发缺陷模式自动检测工具，提高缺陷自动检出率，从而有效规避航天器软件中的典型多发问题，提高航天器软件研制质量、缩短研制周期.     

航天器电线电缆寿命预测模型研究

随着航天器复杂大系统的高速发展，以及器上电子产品的广泛应用，使得电线电缆大量应用于复杂系统之间的功率输送和信号控制。在航天器运行过程中，电线电缆由于受到空间布局限制，交叉重叠；同时受振动、温度、空间辐射等外部环境影响，致使电缆老化进而引发其他电气故障。介绍了基于可测特征参数的寿命模型建立方法，得出电缆剩余寿命的预计模型，开展航天器电线电缆老化机制以及寿命预测模型研究，最终实现航天装备电缆寿命预测的能力。     

航天器增阻离轨技术发展概述及前景展望

在介绍增阻离轨技术的基础上,分析了国外开展的薄膜轨道衰降装置(GOLD)、阻力帆离轨装置(DSDD)、充气式离轨装置(IDOD)、任务后气动离轨系统(Aeoldos)、气动离轨减速系统(IDEAS)等典型项目的研制情况;总结了增阻离轨技术的方案特点,提出针对质量1000 kg以上的大卫星,研究充气式增阻离轨技术的必要性;介绍了外形设计及优化、结构材料、折叠包装与可控展开等关键技术,并对该技术在空间碎片主动清除、大型空间平台有控再入等方面的应用前景及设想进行了介绍,可为发展增阻离轨技术提供参考。     

充液挠性航天器姿态机动控制的多目标优化

针对充液挠性航天器姿态快速机动、快速稳定的控制要求,为减小姿态机动对挠性附件振动和液体晃动的激发,设计了一种基于正弦型加加速度的姿态机动路径规划方法。为进一步提高姿态控制性能,提出了一种基于云多目标粒子群算法的姿态控制器参数和机动路径参数联合优化方法。以最小化充液挠性航天器三轴姿态达到指定指向精度的时间以及三轴姿态稳定度,构建多目标优化模型,并应用云多目标粒子群算法求取姿态控制器参数和机动路径参数的Pareto最优解。仿真结果表明:采用多目标联合优化算法得到的控制器与路径参数,能够有效减小液体晃动和挠性附件振动,显著提高充液挠性航天器大角度姿态机动的快速性和稳定性。     

一种航天器星上时间获取方法

星上时间获取精确度直接影响了航天器各项自主功能的执行。准确获取星上时间的主要挑战来自时间获取动作与时间维护动作之间的数据竞争。在中断嵌套导致高优先级中断与秒中断间发生数据竞争时，需要根据秒中断被嵌套的状态决定在高优先级中断中获取星上时间时是否进行进秒修正。在现有适用于高优先级中断嵌套秒中断场景下的星上时间获取方法中，依赖处理器中断状态判定秒中断是否被嵌套，这导致该方法不能适应某些处理器。为解决这一问题，提出了一种不依赖中断状态的星上时间获取方法。相邻两次秒中断之间的时间被分为存在中断嵌套可能的时段和不存在中断嵌套可能的时段。若存在中断嵌套可能，通过时间维护标识判断是否需要对获取的星上时间进行修正。和现有方法相比，该方法不依赖处理器，计算复杂度相当，适用范围更广。该方法已在火星探测器的多台星载计算机上应用并取得了良好的效果，可为后续航天器软件设计提供参考。     

基于模型架构的航天器控制软件研制方式研究

开展基于模型设计研究，旨在解决当前航天器控制软件研制所面临的需求描述准确性、设计验证充分性以及软件产品可靠性等问题.针对基于模型设计过程中的代码胶合接口复杂且操作繁琐问题，提出一种基于模型架构的航天器控制软件研制方式，搭建软件模型驱动框架，通过模型封装方式将既有代码资产或新编写代码嵌入到软件模型驱动框架，简化代码胶合过程.同时，建设航天器控制领域通用模型库来提高成熟算法模型的复用效率及自动生成代码可靠性.本方法研究为推进航天器控制软件向模型驱动开发方式转变夯实基础.     

基于数据驱动的非合作航天器姿态估计与预测方法

针对临近操作对非合作航天器的相对导航问题，考虑角速度测量缺失以及视觉特征丢失，提出了一种融合乘性扩展卡尔曼滤波和姿态预测的框架，实现了对非合作航天器的姿态估计和预测。采用惯性参数对状态向量进行了扩维，在缺少角速度测量的情况下预估了非合作航天器的姿态和相对转动惯量的比值。基于函数拟合和神经网络分别设计了两种姿态预测方法，解决了传统方法误差随时间累积的问题，有效减少了计算成本。最后，通过数值仿真验证了滤波估计和姿态预测算法的实时性和准确性。