DS/FH混合系统快速同步的研究

对于DS(Direct Sequence)/FH(Frequency Hopping)混合系统,提出了一种快速同步方案.同步包括捕获和跟踪两个阶段,在捕获阶段,利用快速频率识别方法对接收信号频率进行估计,实现混合系统的快速捕获;在跟踪阶段,根据获得的接收信号频率信息,等待在某一个特定的频率,通过直扩信号的捕获、跟踪、解调过程,获取接收信号的跳频同步信息,从而实现混合系统的快速同步.建立了DS/FH混合系统同步过程的数学模型,推导出采用该方案平均捕获时间表达式以及等待搜索同步法平均捕获时间计算公式.在高斯白噪声环境下,仿真结果证明了方案的有效性,在E_c/N₀=-15?dB时,通过合适的门限选取,混合系统的最小平均捕获时间可以缩短为一般常用等待搜索同步法的1/4.     

采用卫星中继克服航天器再入通信黑障的途径

在简述载人航天器再入过程、等离子鞘套特点和中继传输原理的基础上,分析了采用卫星中继克服再入通信黑障的具体途径。考虑到必须采用较高工作频率(Ka频段)的一次中继方法存在一定局限性,提出了一种采用二次中继的新方法,它可以将再入通信的工作频率向低扩展到多数载人航天器在轨常用的S频段。文章讨论了这两种方法的优缺点,论述了实施它们对中继站和再入航天器的主要要求,并就影响其效果和航天器设计的重要因素进行了分析。链路计算结果表明:两种方法都可满足传输需求,从总体上考虑二次中继方法更好一些。考虑到我国空间基础设施和相关技术背景条件,在近期内卫星中继将是解决再入通信黑障问题可实现的技术途径。     

椭圆轨道非合作目标交会接近策略与控制

文章研究了追踪航天器与失控旋转非合作目标航天器在椭圆轨道中的交会接近策略与控制。在接近策略方面,首先,根据目标航天器大致结构设定一个安全的停泊点,使追踪航天器交会至停泊点;其次,通过在停泊点对旋转目标航天器姿态的观测,分析和预测其运动并确定合适的抓捕点位置,设计安全的接近轨迹,使追踪航天器沿着该轨迹接近至理想的抓捕实施点位置。在控制方面,考虑实际系统中的不确定性,只利用两航天器之间相对位置的测量信息,设计基于特征模型的自适应控制方法实现交会接近。最后通过数学仿真模拟整个交会接近过程,验证了文中所提出的接近策略和控制方法。     

自适应控温冷板的设计与性能分析

为改善航天器热控系统的控温可靠性,基于石蜡感温相变体积发生变化的特性,构建了自适应控温冷板,并给出了自适应控温冷板内的石蜡和复位弹簧的设计模型。在此基础上,为了开展自适应控温冷板的性能分析研究,建立了采用自适应控温冷板的航天器单相流体回路热控系统,并基于集总参数法构建该单相流体回路热控系统的热网络模型。结果表明,所设计的自适应控温冷板在不同的热载荷条件下具备可靠的自适应控温能力,合理选择石蜡参数和优化结构设计可改善控温性能,自适应控温冷板在地面电子设备及空间热载荷的控温领域有较好的应用前景。     

面向空间应用的单向微膨胀型热开关特性分析

为了提高探测器等航天器的温度控制精度,降低热波动造成的影响,基于金属的热胀冷缩原理设计了一种单向膨胀型热开关,利用二维稳态导热原理进行建模分析,得到热开关热特性参数。搭建了试验平台模拟热开关工作环境,测定不同功率条件下热开关的工作状态以及相关性能参数。当加热功率为04W时开关断开热阻为23046K/W;功率为30W时开关的导通热阻为03022K/W,开关控制比为7626。结果表明,试验数据与理论计算数据吻合较好,进一步说明了热开关的结构合理性以及适用性。     

微重力条件下热管吸热器瞬态热分析

基于微重力条件下的导热控制微分方程,采用焓法对热管吸热器相变材料容器进行了二维数值建模与仿真,在同时考虑空穴和相变的情况下,对微重力条件下蓄热单元相变传热进行了模拟计算,分析了空穴率对蓄热容器内部的温度场和热性能的影响,并将计算结果同美国航空航天局（NASA）方案热管吸热器蓄热单元相变传热计算结果进行了比较,验证了文中微重力条件下计算模型的合理性与准确性。研究结果表明：空穴影响着蓄热单元相变的进程,空穴的存在增加了容器内部的温度梯度,使得容器的蓄热能力降低;由于热管径向温差较小,热管壁温在相变材料熔点附近变化较小,从而在一定程度上能缓解热斑和热松脱现象。     

航天器薄壳柔性附件展开耦合行为特性研究

为研究大范围运动柔性附件几何非线性和耦合效应与中心刚体的精确动力学行为,以薄壳结构柔性附件为研究对象,引入非线性应变和位移关系,利用虚功原理推导了做大范围运动带柔性附件航天机构的完整非线性动力学模型,所构建的模型包含了非线性几何变形及附加非线性项。针对线性和非线性模型,相应开展了大范围运动航天机构刚柔耦合数值分析。结果表明,随着转速增大,线性与非线性模型动力学特性产生根本差异,指出线性模型忽略了非线性耦合项的不足,而非线性模型可精确地预测大范围运动带柔性附件航天机构动力学行为。结论对航天机构定向和跟踪操作的动力学与控制具有重要的理论价值及工程实际意义。     

航天器新型非奇异饱和终端滑模姿态控制

针对刚体航天器姿态机动过程中存在的控制饱和与外部干扰问题,提出一类基于新型非奇异饱和终端滑模面的有限时间控制器设计方法。该控制方案不仅保证姿态机动过程的快速性,而且避免了传统的终端滑模面所带来的奇异性问题。此外,本文建议的控制器不仅显式考虑执行器输出力矩的饱和幅值要求,使航天器在饱和幅值的约束下完成姿态控制任务,而且控制器的设计对外部干扰的上界没有任何要求,也无需作任何小角度的假设。进一步的稳定性分析表明,通过引入新型非奇异饱和终端滑模,该控制器使得闭环系统能够快速收敛到滑模面的微小邻域内,继而收敛到平衡点的微小邻域内,并且系统对外部干扰具有较强的鲁棒性。数值仿真校验了该控制器在姿态机动过程中的性能。     

Real-time spacecraft intercept strategy on J2-perturbed orbits

A real-time intercept strategy for spacecraft under the non-uniform gravitational perturbation of Earth is addressed in this paper. To intercept a target spacecraft on general conic sections, an interceptor considered in this work makes use of a thruster propelling the constant thrust which is comparable to unrealistic impulse-type thrust. The $J_2$ perturbation introduces critical dynamic variations of spacecraft orbiting the Earth, which results in a considerable amount of position error of the interceptor at the final intercept point. In order to release the burden of $J_2$ disturbance and make the miss distance between the target and interceptor small, a real-time intercept technique with an optimal intercept algorithm is suggested. The strategy proposed is to obtain an optimized output iteratively for a given time interval with previously obtained optimal values. These parameters are evaluated by the optimal intercept algorithm suggested. Once the optimal velocity change is obtained to satisfy intercept requirements, although the orbital system is perturbed, it is easy to regenerate a new solution by setting the previous solution as new initial guesses. This strategy is employed iteratively until the interceptor meets the target. Several numerical simulations are performed to highlight the proposed real-time strategy for spacecraft intercept missions.     

深空辐射条件下EDFA波分复用性能研究

随着对空间试验卫星光通信系统数据容量需求的逐年增加,空间波分复用技术将成为拓展通信容量的有效手段,需要研究掺铒光纤放大器(Erbium Doped Fiber Amplifier,EDFA)波分复用特性在深空辐射条件下的性能变化情况。研究了深空辐射及温度场对EDFA的性能影响、非均匀特性,建立了深空辐射条件下EDFA的波分复用(Wavelength Division Multiplexing,WDM)技术信号之间的增益影响模型,给出了增益的非均匀变化影响的评估方法。并分别采用电子和中子作为辐射源,进行了地面模拟深空辐射环境的辐射电离效应和辐射位移效应实验,实验结果进一步验证了该模型正确性。利用该模型,可获得深空辐射环境中,不同辐射类型、不同温度下,EDFA在WDM应用时各波长增益的非均匀特性,可为深空光通信中EDFA的WDM应用提供参考。