基于无陀螺微惯性测量单元的惯性恒星罗盘

为满足微纳航天器对姿态确定系统的体积、重量、功耗、精度等严格要求,提出用无陀螺微惯性测量单元(GFMIMU,Gyroscope-Free Micro Inertial Measurement Unit)和星敏感器组成惯性恒星罗盘(ISC,Inertial Stellar Compass)的姿态确定方案.根据无陀螺的测量原理建立了ISC的状态方程,将星敏感器的姿态测量信息作为观测量,修正GFMIMU长时间工作误差的积累.利用卡尔曼滤波器对ISC的定姿误差进行估计,并采用可观测性分析理论证明滤波器的滤波稳定性.最后,对ISC进行了系统仿真,仿真结果证明ISC可以满足微纳航天器的使用要求.      

多敏感器卫星姿态确定的联邦滤波器设计

针对由惯性测量组件、星敏感器、数字式太阳敏感器和红外地球敏感器构成的卫星姿态确定系统 ,提出采用联邦滤波器进行信息融合。设计了多敏感器信息融合的联邦滤波器结构和算法 ,推导了卫星姿态确定的误差状态方程和各子系统的量测方程。仿真分析结果表明 ,采用联邦滤波器对多敏感器卫星姿态确定系统进行信息融合 ,能够以较小的计算量实现高精度的信息融合 ,并且还能使高精度的信息融合具备容错性能     

基于双观测器的卫星姿控系统敏感器故障隔离

卫星的姿态测量部件通常包括光学敏感器和惯性敏感器,这两类敏感器的故障隔离是卫星闭环姿控系统故障诊断的难点之一。利用双观测器方法实现两类敏感器的故障隔离,由卫星姿态运动学方程可知,这两类敏感器的输出存在解析冗余,可建立一个"虚拟"系统。对这个系统设计两个不同的观测器,其中一个是Kalman滤波器,能检测两类敏感器的故障;另一个是隔离观测器,能检测光学敏感器的故障,通过比较这两个观测器的输出残差,达到故障隔离的目的。将该方法应用于包含太阳敏感器、红外地球敏感器和陀螺的卫星姿控系统的故障诊断,数学仿真结果验证了这种方法的有效性。     

基于Gauss-Newton和UKF结合的微小卫星姿态确定算法

为提高微型低成本姿态敏感器的姿态确定精度,文章基于磁强计/太阳敏感器/陀螺的姿态敏感器配置,设计了高斯牛顿（Gauss-Newton,GN）迭代算法和无迹卡尔曼滤波（Unscented Kalman Filter,UKF）有机结合的微小卫星姿态确定算法,先用Gauss-Newton算法融合磁强计和太阳敏感器的数据,迭代计算最优四元数,然后以最优四元数联合陀螺数据作为观测量,以姿态四元数和惯性系下的角速度为状态量进行UKF,降低观测维数,并将观测方程转化为线性方程,显著减小计算量,同时克服了测量误差对姿态确定精度的影响。     

二维三维信息融合的空间非合作

为实现位置和姿态的测量,常用敏感器包括激光类敏感器和双目立体视觉类敏感器.激光类敏感器的测量结果受目标反射特性的影响较大,而双目立体视觉敏感器的测量精度又受杂光和自身基线长度的限制.针对这两类敏感器在各自应用中存在的问题,提出一种融合二维三维信息进行位置和姿态求解的方法,综合利用二维和三维测量敏感器各自的优势来获取目标信息和进行相对位置姿态测量.通过算法仿真和试验验证了方法的可行性.     

一种长寿命磁滞陀螺电机润滑系统的改进设计

磁滞陀螺电机是惯性姿态敏感器中陀螺的核心部件,磁滞陀螺电机实现长寿命是惯性姿态敏感器长寿命的关键.针对目前陀螺电机轴承的主要失效模式,通过改进润滑系统设计延长了磁滞陀螺电机寿命,并经过寿命试验验证了平均无故障时间大于30000小时.     

利用摆动地球敏感器两个探测器输出的姿态确定

摆动地球敏感器是地球同步通信卫星控制系统的重要部件。这种敏感器主要用于卫星的姿态测量,测量量作为控制系统的输入信号计算控制输出量。摆动地球敏感器有4个探测器,目前在轨卫星的基本使用方法均为至少使用3个探测器的测量信息进行姿态确定。本文给出了使用2个探测器测量确定卫星姿态的计算方法,并结合实际情况给出了使用策略。这种姿态确定方法大大拓宽了地球敏感器的使用范围,增加了地球敏感器的冗余性,延长了部件的使用寿命。     

二维三维信息融合的空间非合作目标姿态求解方法

为实现位置和姿态的测量,常用敏感器包括激光类敏感器和双目立体视觉类敏感器.激光类敏感器的测量结果受目标反射特性的影响较大,而双目立体视觉敏感器的测量精度又受杂光和自身基线长度的限制.针对这两类敏感器在各自应用中存在的问题,提出一种融合二维三维信息进行位置和姿态求解的方法,综合利用二维和三维测量敏感器各自的优势来获取目标信息和进行相对位置姿态测量.通过算法仿真和试验验证了方法的可行性.     

直接敏感地平的空天飞行器惯性/天文组合方法

传统的惯性/天文位置组合导航系统中,由于天文定位观测输出耦合了水平观测平台基准误差,往往存在系统噪声与量测噪声不完全独立的问题.针对此问题,分析了利用天文观测量修正惯性系下陀螺漂移的原理,提出了一种直接敏感地平进行天文解析定位及组合滤波的空天飞行器自主导航定位方案,并建立了相应的组合滤波模型.所提出的方法采用星敏感器和陀螺仪构造惯性基准,并在此基础上进行基于红外地平仪的天文定位解算,最后进行惯性/天文组合定位.该方案充分利用了星光敏感器在惯性系下姿态测量精度高的优点,并使惯性/天文组合定位滤波中状态噪声和观测噪声完全独立,仿真结果验证了该定位方法的有效性.     

一种用于对日观测载荷的高精度高更新率太阳敏感器

太阳敏感器作为检测太阳矢量方位角的一种光学仪器,是卫星进行姿态测量、确定和控制的重要敏感器.随着天基对日观测活动的发展,对日精确指向需求强烈,太阳敏感器的精度和数据更新率成为制约对日观测平台稳态控制和精确观测的关键因素.针对太阳敏感器高精度和高更新率的需求,从光学系统、电路系统和软件算法等多个角度出发,设计了一种太阳敏感器,经标定测试,精度随机误差达到0. 716″(3σ),更新率达到62 Hz.     

电液伺服阀衔铁组件过盈配合参数设计

电液伺服阀是航空航天精密电液伺服系统的重要控制元件,其中衔铁组件是负责伺服阀电液转换的关键部件。为保证姿态控制信号的高精度、灵敏放大输出,要求衔铁组件具有极高的位置精度及尺寸精度,其中过盈配合参数设计极为重要。基于厚壁圆筒过盈配合原理,通过对零件材料的屈服极限进行理论分析计算,确定了合理的过盈量范围。计算原衔铁组件各接触面等效应力均超过了材料屈服极限,这是时常出现的管弹簧受损等问题产生的重要原因。经过衔铁组件装配与测试,解决了装配时常出现的组件压配变形、平行度等指标超差及管弹簧受损等问题,过盈联接可靠性和合格率较原来有了很大提升,本文确定的设计参数能更好地满足产品生产要求。     

小波降噪与快速包络谱峭度相结合的轴承组件故障诊断技术

作为飞轮重要的旋转支撑部件,轴承组件的性能对飞轮寿命有着重大影响,因此如何在早期对轴承组件进行筛选显得尤为重要。轴承组件在故障初期,其故障特征比较微弱,故障信号很容易淹没在背景噪声信号中,给轴承组件的早期故障判断和定位带来了很大的困难。本文以飞轮常用轴承组件为研究对象,基于快速包络谱峭度的振动测试方法,先通过对采集的轴承组件振动信号进行小波降噪,提高特征信号的信噪比,然后对振动信号进行全频段的峭度分析,可以对轴承组件进行早期的故障诊断并进行故障定位,得到轴承组件故障频率,为后续轴承组件故障诊断研究提供方法手段。     

机械产品装配关系建模

针对机械产品装配结构和装配关系描述问题,提出了面向机械产品装配过程的"装配树"概念.以设计装配图、产品结构树为基础,结合装配过程、装配层次结构和装配顺序特征构建了"装配树"模型,并解决了产品结构树的功能延伸和描述完备性问题.在产品"功能-结构"映射关系明确的前提下,提出了以产品功能为中间转换载体的装配树层次结构建模思路,给出了"装配树"构建方法和步骤.最后以某型柱塞式喷油泵泵油系部件装配树构建为例,验证了"装配树"概念的可行性和构建方法的可操作性.     

微胶接装配中胶接区表面结构实验

微胶接技术非常适用于微机电系统产品的自动化装配过程.微胶接装配质量容易受到2个因素的影响,即胶滴体积的不稳定和胶滴的扩散.为了解决该问题,对微胶接装配中的胶接区表面结构进行了研究.提出2种表面结构:基本的凹槽结构和胶滴自居中结构,并进行实验.实验结果表明,凹槽结构对胶滴体积具有一定的"容错性",可以有效克服胶滴体积的不稳定和胶滴的扩散对微胶接装配质量的影响;自居中结构使得胶滴在凹槽内具有"自居中"的特性,可以减轻微装配系统定位误差对装配质量的影响.这2种表面结构可用于通用微机电系统产品的装配中,以提高微胶接装配的质量.     

Web环境下协同装配系统的并发控制

通过对网络环境下协同装配操作的分析,总结了客户端执行结果不一致、多客户端误抓零件、多客户端同时装配同一零件、合理并行装配受阻以及装配约束冲突等5种并发装配冲突.提出了一种层次混合并发冲突控制模型(HCM,Hierarchical Hybrid Concurrency Conflict Control Model),HCM分上下两层,集成了4种并发控制策略,采用将具有装配语义的命令进行传输实现并发控制.上层采用基于全局装配序列的并发控制策略,整体上避免了前两种并发冲突;下层集成了装配操作序列化、系统加锁和用户解锁以及建立装配约束库等策略,消解了后3种并发冲突.基于HCM开发了一个原型系统,并结合实例验证了该系统的灵活性和有效性.     

复杂产品虚拟装配系统的人机交互技术

介绍了一种基于双机同步的desktop虚拟现实设备的复杂产品虚拟装配仿真系统,对系统的人机交互技术进行了深入研究,提出了一种基于SOP(Structure of Parts)数据结构的属性类驱动算法的产品信息管理技术以及模型转心匹配法,阐述了一种适用于多部件多场景的、快速的基于扫描线技术的直接操纵交互算法原理,通过系统的实现验证了算法的实用性与效率,有效地提高了系统性能与扩展性.     

半球谐振陀螺装配技术的发展现状及趋势

目前半球谐振陀螺装配过程中存在着装配精度低、一致性差、成品率低等问题,半球谐振陀螺装配技术的短板制约半球谐振陀螺性能指标提升、高合格率和批量化生产。文章通过调研半球谐振陀螺产品研究现状,分析了影响半球谐振陀螺精度的因素,阐述了在半球谐振陀螺的装配过程中亟需突破的关键技术,包括面向装配的几何误差建模、无损柔性夹持技术、铟焊低应力连接装配工艺、非平行板电容精密检测等关键技术,并对半球谐振陀螺装配技术的发展趋势进行展望。     

空间光学遥感器真空热试验工装模块化设计

针对空间光学遥感器在空间环境地面模拟试验中舱板温度分布不均的问题,运用模块化思想对某型号空间光学遥感器工装的舱板结构开展了优化设计。将舱板按照温度分布进行分块,提出模块化拼装和模块化热控2种设计方案,模块化拼装是对舱板及其表面加热片进行独立分块划分,模块化热控则是将舱板视为整体,仅对其表面的加热片进行分块设计。结果表明:模块化热控的舱板平均温度偏差为0.205 K,低于未模块化设计的0.87 K和模块化拼装的0.30 K,提高了舱板的温度均匀性。同时,模块化拼装改善了舱板温度分布,使得符合热控要求的测点比例由34.8%提高到96.7%,但独立划分的模块之间仍存在一定温差;模块化热控则消除了模块间的温差,将符合热控要求的测点比例进一步提高到100%,完全满足热控要求。      

基于嵌入式汇编角位移变换器的设计

为满足飞行器舵机轴角位移信号测量、变换及数字传输，研制了一种嵌入式汇编角位移变换器。该变换器可接收中心程序指令，启动单片机微控制器，按照时序要求采集角位移传感器的输出信号，经过信号处理后进行数字化传输。通过产品研制，提高了产品的线性度，使这一重要性能指标达到0.05%，优于飞行器系统0.14%的使用要求。     

基于嵌入式汇编角位移变换器的设计

为满足飞行器舵机轴角位移信号测量、变换及数字传输,研制了一种嵌入式汇编角位移变换器。该变换器可接收中心程序指令,启动单片机微控制器,按照时序要求采集角位移传感器的输出信号,经过信号处理后进行数字化传输。通过产品研制,提高了产品的线性度,使这一重要性能指标达到0.05%,优于飞行器系统0.14%的使用要求。