量子科学实验卫星微振动地面测试与估计方法

介绍了卫星微振动地面测试和信号估计方法.根据量子科学实验卫星特点,对动量轮运行状态下光学载荷的微振动线位移及角位移进行估计.通过地面微振动测试系统,测量了动量轮运行下光学载荷的微振动加速度;应用小波积分方法,精确估计了卫星结构敏感点的振动线位移和振动角位移.通过工程实测证明了微振动测试与估计方法的有效性.研究结果对于高精度科学实验卫星微振动地面试验具有一定工程应用意义.      

宽带振动抑制用液电混合作动器技术

针对宽频带振动隔离的需求,提出了一种液压阻尼-弹簧-音圈电机串联的减振混合作动技术,实现了在0.1-500Hz较宽频带内振动隔离的方法。在结构设计的基础上,建立了液电混合作动的数学模型,对模型的各个参数进行了分析。用实际尺寸的结构有限元模型进行了电磁仿真验证,证明了电磁推力的符合性。使用样机进行了实际的输出力特性测试、位移跟踪测试和频率特性测试。测试结果表明：该作动技术可以实现0.5Hz频率的有效输出力跟踪和位移跟踪。     

基于脉冲响应相关函数的模态辨识算法

利用不同时刻系统测量噪声具有独立同分布的特点,对脉冲响应进行相关处理,可以提高信噪比。为解决传统的基于脉冲响应的模态辨识算法的辨识精度问题,用某点脉冲响应同参考点响应之间的相关函数代替该点的脉冲响应以形成基于脉冲响应相关函数的模态辨识算法,并从理论上证明脉冲响应相关函数算法的辨识精度优于传统的脉冲响应算法。通过对一个四自由度系统模态频率和阻尼比的仿真辨识,验证了脉冲响应相关函数辨识算法的有效性。     

基于陆标图像的天体定点着陆信息融合导航方法

要安全准确着陆于地外天体指定地点,探测器在下降过程需实时精确确定其相对位置和速度.针对惯性导航结合斜距和相对速度测量的导航方式不能修正相对水平位置估计的缺点,以及多敏感器测量信息融合问题,提出基于陆标图像和协方差交叉算法的天体定点着陆自主导航方法.将光学成像敏感器加入到组合导航系统中,用于测量探测器相对陆标的视线方向以获得关键的相对水平位置信息.在状态估计时采用基于协方差交叉的分布式扩展卡尔曼滤波对多源测量信息作最优融合,提高算法的精度和鲁棒性.通过数学仿真验证了该方法的有效性.     

仿射非线性系统的二阶滑模控制律研究

分析现有滑模控制算法特别是二阶滑模控制算法在抑制抖动和鲁棒性等方面所存在的问题,以仿射非线性系统为对象,针对近似时间最优的二阶滑模控制律收敛速度慢和抖振较大的问题,提出改进控制算法,通过设计适当的约束条件和修正滑模趋近加速度,提高了二阶滑模的响应速度,并在不损失鲁棒性的前提下削弱了抖振的频率和幅度.以单摆模型为例,分别对该算法和二阶Lyapunov函数法以及一阶指数趋近法进行仿真研究,仿真结果表明该算法适用于具有不确定性的非线性系统,并在削抖和快速响应方面具有相对优势.     

控制力矩陀螺力学试验后的微振动特性变化

控制力矩陀螺是一种用于航天器姿态机动和稳定的重要执行机构.为掌握控制力矩陀螺力学试验后的微振动特性变化,用加速度传感器测量其工作状态下的加速度响应,用多分量测力计测量其工作状态下的力和力矩响应,并进行时域统计分析和频域FFT分析.结果表明,轴承偏心和点状缺陷引起的通过频率成分及其倍频成分是加速度响应的主要成分,但皆位于300 Hz以上的高频区,如果将加速度响应转换成位移响应,则转子标称转速频率成分仍占主导,力和力矩响应结果也验证了该论断.力学试验使控制力矩陀螺微振动恶化,主要原因是静、动不平衡量变大、轴承偏心变大和轴承受损.此外,转子转速和结构模态的动力耦合也会影响微振动幅值.     

基于多矢量定姿的动基座最优化对准算法

针对车载捷联惯导系统（Strapdown Inertial Navigation System, SINS）的传统动基座粗对准方法精度低且环境适应性差的问题,提出了一种基于多矢量定姿的动基座最优化粗对准算法。在传统的基于重力矢量的初始对准方法基础上,将姿态矩阵求解问题转化为Wahba问题,实现对多个时刻重力矢量信息的充分利用,并通过SVD算法实现对Wahba问题的求解,结合全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System, GNSS）输出信息和SINS输出信息,构建状态方程和量测方程,采用Sage-Husa自适应滤波算法以解决量测噪声不准确问题,不断修正载体系变换矩阵以获得更加精确的姿态转换矩阵。仿真和半物理实验表明,改进算法能够明显提高惯导系统在动基座下的姿态精度,转台实验对准方位误差小于0.05°。     

双轴模拟式太阳敏感器测试链误差分析及修正

基于四象限硅光电池,双轴模拟式太阳敏感器（简称双轴模太）可实现太阳矢量两轴方向角的同时测量。硅光电池各象限光生电流的采集精度直接决定了敏感器的工作性能。然而,测试链环节中存在的不一致性误差会引起双轴模太角度测量偏差。为此,基于数值仿真,分析并建立了硅光电池各象限响应率、各象限光生电流的电压转换、信号放大、A/D转换系数及暗电流等环节偏差的影响模型,进而对各环节的综合偏差进行标定和修正,从而在保证敏感器测量精度的同时,降低对测试链环节的要求。测试结果表明,在不改变测试链性能的情况下,双轴模太的测量精度由修正前的2.05° (α轴,3σ)和1.94° (β轴,3σ)提高到0.28° (α轴,3σ)和0.26° (β轴,3σ)。     

基于双频激光相位测量五轴转台角度定位的误差分析

为提高光学制导仿真用五轴转台角度定位测量精度,提出一种基于双频激光干涉的相位测量方法。结合多齿分度盘搭建双频激光干涉相位测量光路,在五轴转台现场进行测试,并定量分析双频激光测量系统的误差因素。结果表明,结合多齿分度盘可以实现大角度的转台角度定位测量,在每±5°测量范围内,测角误差小于0.5″,可以用于试验室现场五轴转台角度定位的高精度测量。     

火工品输出动态多参数测试系统的构建与考虑

进行火工品输出动态多参数测试对于产品设计与作用机理研究具有重要意义。在收集和分析国内外各类火工品的输出参数类型和信号特征基础上,提出将压力、推力、速度、位移、加速度、温度等不同参数的测量用一套动态分析系统实现的设想,讨论了测量系统各组成模块的选择方法,为火工品输出测试系统建立可增添新的设计理念。     

基于GRNN网络和遗传算法的旋翼动平衡调整

针对传统旋翼调整方法没有考虑调整参数与振动信号之间的非线性关系,提出一种结合广义回归神经网络GRNN(General Regression Neural Network)和遗传算法的旋翼调整方法,采用GRNN建立旋翼动平衡调整模型,以桨叶调整参数作为GRNN输入,以旋翼转轴3个方向的加速度测量值和机身3个方向加速度测量值作为网络输出,建立调整参数与直升机振动信号之间的模型.以直升机振动作为目标函数,采用改进的遗传算法对桨叶调整参数进行寻优,获得直升机振动最小时的桨叶的调整量.飞行实验表明,通过1到2次飞行调整,可使3个方向机身振动(旋翼的一阶振动)为最小,完成旋翼的动平衡调整.      

便携式微振动可视化测量仪的设计与实现

针对微振动难以察觉、振动测量中接触式的电测法需要布置大量传感器、非接触式的光测法测量速度慢且价格昂贵的问题，设计了基于视觉的便携式微振动可视化测量仪。提出了基于盲源分离的灰度平均测量算法以提取振动信号，结合视频放大算法实现微振动可视化，并基于嵌入式开发平台将测量系统集成为便携式仪器。在试验中,良好的可视化效果和准确的测量结果验证了所提方法的有效性，可为振动测量中存在的问题提供新的解决思路。     

电网信号高准确度频谱插值测量算法

在非同步采样条件下,利用快速傅里叶变换算法分析电网谐波时将出现由长范围频谱泄漏、短范围频谱泄漏、负频点频谱泄漏等造成的测量误差.为了提高测量准确度,推导了频谱泄漏误差的表达式.针对工频交流正弦信号,提出了一种能够同时消除短范围频谱泄漏和负频点频谱泄漏的插值算法.仿真结果和实际的测量实验结果表明:与已有的插值算法相比,所提算法不需要对信号施加特殊的窗函数,在非同步采样程度较大的情况下,利用较少的采样样本便可准确地获得信号的频率、幅值和相位,适用于对准确度要求很高的精密测量领域.     

北斗长河组合导航伪时差测量与ASF修正

通过时间比对手段把长河二号和北斗一号两个导航系统的原子钟组成一个参考时间尺度,测量导航信号由天线发出时刻相对于同一参考时间尺度的时差改正数,通过卫星微波或地面长波信号把改正数发送给用户接收机,经解调解码,就可以进行北斗长河组合导航的伪时差测量,从而解算接收机的位置和钟差。用模式计算和实测相结合的方法解决长河信号的传播的ASF改正问题,是提高组合导航定位准确度的有效手段。     

乏信息空间机械臂随机振动信号的灰自助评估

经典的统计学方法无法解决乏信息数据的评估问题。结合自助法和灰色系统理论,提出一种实现乏信息空间机械臂随机振动数据估计的灰自助方法。运用自助法对乏信息振动功率谱密度进行自助再抽样得到大量样本数据;利用灰色系统理论和最大熵理论建立灰自助模型,构建振动功率谱密度在不同频率点的灰自助分布。利用灰自助方法得到随机振动功率谱密度的真值估计和区间估计。提出了可靠度偏差和区间准确度2个指标对区间估计进行评价。灰自助方法与灰色方法和自助法的对比与测量实例表明,真值估计平均相对误差小于5%,在不同置信度水平下区间估计的准确度高于97%。      

WAAS系统中电离层折射校正的新方法及计算结果

电离层介质的色散性是影响电磁波信号进行卫星导航定位精度的重要因素之一.配合北斗二代分系绩研制任务,提出了一种新的电离层折射校正算法,并利用2000年7月1日到3日的双频GPS观测数据对6个用户站进行试算,进一步将试算所得均方根误差和电离层网格算法得到的误差进行比较.结果表明,对于中纬区域的用户站,估算的TEC误差约为0.5 m左右;而低纬用户误差相对增大,为1 m左右.文中给出的算法与电离层网格模型所提供的精度相差不多,在未来中国自主的卫星增强系统中采用新方法进行电离层进行修正是可行的及有效的.      

基于相位差的转轴扭矩测量中的零位识别与处理

提出了一种基于相位差原理的转轴扭矩测量中的零位识别与处理方法。采用两路反射式模拟输出激光光强传感器和对应的反射色带，形成两路标准的正弦信号，通过同步采样和幅度归一化处理，得到两路信号的瞬时相位差，并依此实现对转轴扭矩载荷的测试，克服了以往基于脉冲信号测量中无法在静态条件下进行零位校正的困难。对该系统实现的关键技术和参数进行了分析，通过模拟信号输入和标准扭转试验台验证了本文所提出的方法的应用效果。理论和实验结果表明，该方法不需要转轴转动，就可以准确识别其零位，从而大大降低了该技术在现场使用中的调校要求。     

基于半无码的P(Y)码自相关GNSS-R海面测高方法

针对传统GPS C/A码延迟测高方法测高精度低和互相关测高方法时延波形信噪比低的问题,研究了基于半无码的P（Y）码自相关海面测高方法。首先,通过理论测高精度模型,对比分析了C/A码和P（Y）码的测高精度;然后,描述了L1、L2双频反射信号基于半无码的P（Y）码自相关处理架构,并论述了测高模型和L1、L2双频电离层时延误差修正方法;最后,利用模拟的L1、L2反射信号对比分析了基于半无码的P（Y）码自相关、C/A码自相关以及信号互相关方法的海面测高精度。结果表明:相比于C/A码自相关和信号互相关测高精度,基于半无码的P（Y）码自相关的测高精度分别提高了3.97倍和1.47倍。      

一种基于DCT的SAR图像自聚焦算法

研究了一种基于离散余弦变换(DCT, Discrete Cosine Transform)的SAR(Synthetic Aperture Radar)图像自聚焦算法.该方法从复图像域出发,通过在距离压缩相位历史域引入相位误差模型,改变图像的聚焦程度直至一维像的DCT序列在高序数区域的权值达到最大,从而完成误差校正.同相位梯度自聚焦算法相比,该方法无需在图像域分离出强点目标,因此特别适用于无任何明显特征的图像.由于DCT存在快速算法,使得该自聚焦算法计算量较少,更易实现.实测数据及仿真数据的成像结果证明了此方法的可行性.