纳卫星热系统的在轨动态特性分析与建模

纳卫星热系统是在复杂空间热环境下实现纳卫星被动热控制任务的基本技术途径,对其进行在轨动态特性分析与建模对纳卫星的热控方法与效果研究及评价具有重要意义.通过详尽的机理分析建立了描述纳卫星热系统在轨飞行过程中瞬态温度变化的3维非线性动态特性模型,阐述了与之配套的外热流分析与轨道运动计算方法,并以一太阳同步轨道纳卫星为例,对其飞行过程中的外热流变化、在轨温度变化响应等动态特性进行了详细的分析和讨论,为进一步深入研究纳卫星热控制、热管理理论及技术提供了简便的分析计算模型与方法.      

一种热释电红外传感器控制芯片的设计

阐述了一种采用0.6μm CMOS工艺的热释电红外传感器控制芯片的设计。该芯片在[4.0 V,6.0V]电源范围内稳定工作,具有较高的电源电压抑制比和较低的温漂,并且作了抗噪声和抗交流电源干扰处理。这种控制芯片用于接收、放大、处理、控制热释电红外传感器信号,应用前景广阔。     

新型聚乙烯醇/聚乙二醇水凝胶热沉性能研究

为研究水凝胶作为热管理技术的可行性和潜力，采用物理循环冷冻法制备一种力学和经济性良好的新型聚乙烯醇（PVA）/聚乙二醇（PEG）复合水凝胶热沉，热沉尺寸为60 mm×60 mm×2 mm,通过表面的水分蒸发来实现自冷。在2 712 W/m2热流下进行散热性能探究实验，得到了升温特性、蒸发对流强度变化关系和溶胀变化规律。发现加入2.5%质量分数的PEG减小了随循环冷冻次数增加造成的制备变形，减小了75.53%的含水量衰减，同时使芯片表面控温下降7.53%。根据实验结果计算得到了蒸发换热系数，并研究了热流、厚度和湿度对蒸发散热的影响。通过对水凝胶不同温度和使用情况（4 h连续使用及120 d常温储存）下溶胀率的测定，证明水凝胶具备一定的短时使用可靠性，但对温度的敏感响应并不显著。     

一种电磁层析图像快速重建算法

针对电磁层析成像（EMT）逆问题中,灵敏度矩阵的病态性、不适定性等问题,提出了一种新的电磁层析图像快速重建算法。利用主成分分析（PCA）对灵敏度矩阵做降维映射,再利用奇异值分解（SVD）求广义逆矩阵,重建图像。在选取灵敏度矩阵的协方差矩阵的特征值个数中,利用灵敏度矩阵特有的多样本特性,提出图像相关系数最大化算法,更加合理地去除灵敏度矩阵中的冗余信息,在尽可能不丢失成像特征信息的条件下,提高了解稳定性。实际采集数据成像时,该算法只需一次矩阵乘法运算,为快速实时成像提供了可能。与传统单步算法和迭代算法相比,该算法在成像质量和速度上都有较明显优势。      

航天器用丙烯环路热管的研究现状与展望

环路热管是一种依靠毛细力驱动的高效两相传热装置,可解决高精度控温、大功率、远距离热传输等热控难题,广泛应用于各航天器。目前,大功率的航天器平台（例如新一代大功率通信卫星等）在存储或故障工况下,为维持辐射器生存温度需额外消耗能源,补偿较大的加热功率;木星系、太阳系边际等深空探测任务要求热控系统拓展其低温适应性。上述空间任务对具有低温适应性的丙烯环路热管技术提出了迫切需求。相比常用的氨工质,丙烯具有低冰点（–185℃）特性,丙烯工质环路热管可在低温下存储和运行,空间应用时不存在冻结风险（航天器辐射器温度一般不低于–150℃）,无需额外补偿加热,提高了热控系统的低温适应性和可靠性。本文分析了丙烯环路热管的理论建模、稳态性能和动态特性实验研究现状及典型空间应用形式,对未来研究工作提出了建议。     

增强RRAM可靠性的热通量压缩算法

为提高阻变存储器(RRAM)的可靠性,研究了RRAM中的热串扰问题,提出了一种热通量压缩(TFC)算法,通过在RRAM读写电路之前加入TFC算法,降低在RRAM中产生的焦耳热,从而减弱RRAM中的热串扰问题,提高RRAM的可靠性。TFC算法通过分析计算写入数据流产生的真实焦耳热热量进而判断是否对写入数据流进行翻转编码,即TFC算法会在原始写入数据流和翻转编码数据流二者中选择热通量较小者通过算法层,从而达到减小RRAM存储器中焦耳热热量的目的。理论分析和仿真结果表明:以字节为单位数据块条件下TFC算法平均可降低30%以上的写入焦耳热,阻变单元的保持时间估值平均增加了35%以上。      

基于BoF模型的多特征融合纹理图像分类

针对特征词袋（BoF）模型缺乏空间和几何信息,对纹理图像内容表达不明显等问题,提出一种基于BoF模型的多特征融合纹理分类算法。将灰度梯度共生矩阵（GGCM）和尺度不变特征转换（SIFT）融合特征作为纹理图像的区域特征描述,通过动态权重鉴别能量分析进行最优参数特征选择,并用BoF量化纹理特征,使用支持向量机对图像进行训练和预测,得出分类结果。实验结果表明,本文算法对有旋转扭曲的纹理、边缘模糊纹理、有光照变化的纹理及杂乱纹理等均能取得较好的分类效果,相对于传统BoF模型及凹凸划分（CCP）方法等算法在UIUC纹理库上的分类正确率均有不同程度的提高,平均分类正确率分别提高12.8%和7.9%,说明本文算法针对纹理图像分类具有较高的精度和较好的鲁棒性。      

无人机大气数据高速检测系统的设计

无人机大气数据(高度、空速)的检测速度关系到飞行控制系统的性能。选定传感器模块后,要从采集前端提高检测系统的速度较困难。基于GM8123芯片建立的数据检测系统,提出了运用串口扩展技术提高数据传输速率,进而实现系统对数据的高速采集和处理。实验证明:本系统对于提高无人机大气数据检测的动态性能,提高测量精度有较高实用价值。     

PBGA封装芯片热环境适应性仿真分析

针对多数塑料焊球阵列（PBGA）封装芯片仅依据美军MIL标准进行高低温交变测试致使预测服役寿命偏差较大的情况，将微控制芯片任务状态时间谱转化为环境温度载荷谱，在综合考虑热传导、热对流的情形下，利用icepak完成芯片热电耦合仿真分析，并借助于Transient Thermal及Transient Structural完成芯片结温的获取及焊点应力、应变的计算求解。同时，依据Arrhenius模型及修正Coffin-Manson热疲劳模型分别预测芯片本身及焊点的寿命，从而实现对其热环境适应能力的定量分析。仿真结果表明:芯片的预测寿命约为6.26年，寿命预测偏差约为13.4%，符合GJB 4239-2001中单个关键环境因素预测寿命偏差标准，能够较为精确地反映其热环境适应性。      

高性能战斗机燃油热管理系统

针对高性能战斗机的特点,介绍了利用燃油作为主要热沉的燃油热管理系统FTMS(Fuel Thermal Management System).以F-22的热管理系统为原型,在对其技术方案及研究方法进行了相关分析后,通过MATLAB工具建立了系统各部件的动静态仿真模块.并在此基础上,搭建了燃油热管理系统的仿真平台,利用该仿真平台对燃油热管理系统的性能及燃油代偿损失等进行预测和评估.计算结果表明,燃油热管理系统性能要好于传统的空气循环制冷系统,在热管理方面可作为我国新一代高性能飞机设计研究的一个备选方案.     

OFDM系统的自适应低秩信道估计

为了降低正交频分复用OFDM(Orthogonal Frequency division Multiplexing)系统中最小均方误差MMSE(Minimum Mean Square Error)信道估计算法的复杂度,并且改善由于信道的统计特性与先验知识不匹配而导致的MMSE估计性能恶化,提出了一种自适应的低秩信道估计算法.该算法利用信道的时间平均相关取代统计相关,结合了基于特征值分解的低秩建模,从而近似地实现MMSE估计.借助于子空间跟踪,该算法可以自适应地估计信道相关矩阵的主特征空间及噪声方差,以迭代的方式逼近最优的MMSE估计,而且复杂度较低.进一步分析指出基于信道延时子空间跟踪的估计算法是该算法的一种特例,理论分析和仿真结果均表明这种新算法在低信噪比时可以显著改善信道估计的准确性.      

基于加性对偶四元数的惯性/天文组合导航算法

为了提高惯性/天文组合导航系统在高动态条件下的导航精度,提出了一种基于加性对偶四元数的惯性/天文组合导航算法.该算法将载体的旋转和平移统一起来,使用螺旋矢量更新对偶四元数,同时补偿圆锥误差和划船误差.推导了组合导航系统基于加性对偶四元数的误差模型和导航参数误差的计算方程;把陀螺仪和加速度计的常值误差扩充到状态变量中,随机误差作为系统噪声输入,利用星敏感器输出参数来校正陀螺漂移,通过卡尔曼滤波对状态变量进行估计.仿真结果表明:在高动态条件下,基于对偶四元数的惯性/天文导航算法的导航精度比传统算法提高2倍多.     

一种无人机视觉导航方法及其滤波算法改进

设计了一种无人机视觉/惯性组合导航系统,将无人机和地标点的运动模型作为状态方程,视觉信息作为观测量构建了与之对应的滤波模型.在滤波处理上,采用了复杂加性噪声模型对系统噪声进行建模处理;将小波分析引入到UKF(Unscented Kalman Filter)滤波中得到小波-UKF滤波算法,以此克服视觉观测噪声对滤波的影响;采用最大后验概率准则(MAP,Maximum A Posterior)自适应估计观测噪声协方差阵,并将其反馈到滤波过程中克服了小波处理后观测噪声方差阵不易确定的不足.仿真结果证明:对滤波算法的改进可以有效地提高滤波估计的精度.     

遥感卫星传感器的重复观测能力计算

遥感卫星传感器的重复观测能力是体现卫星系统动态监测能力的重要指标之一. 通过分析卫星星下点成像和侧视成像时的重访条件, 给出了卫星可能实现重访的轨道计算方法, 同时以HJ-1A/1B卫星(环境与灾害监测预报小卫星星座的光学星)为例, 给出了特定地区可以实现重访的优选轨道, 并讨论了由两颗卫星组成的卫星星座对重访的影响, 以及纬度对重访的影响.      

基于STLS的卫星惯量矩阵在轨估计

提出了一种采用结构总体最小二乘（Structured total least squares, STLS）进行卫星惯量矩阵在轨估计的方法,与当前估计方法相比,该方法在考虑敏感器测量噪声时能获得一致估计。首先由动量守恒定律得到估计方程,针对该方程的特点定义了惯量矩阵的STLS估计,并使用结构总体最小范数（Structured total least norm, STLN）算法进行求解。证明了当噪声为高斯分布时该STLS估计为极大似然估计,给出了该STLS估计具有一致性的充分条件,仿真结果验证了文章所提估计方法的有效性。     

基于自适应联邦滤波的卫星姿态确定

卡尔曼滤波采用常值量测噪声协方差阵,当量测噪声统计特性发生变化时,易导致估计误差增大,甚至滤波发散。针对该问题,在联邦卡尔曼滤波子系统中采用自适应卡尔曼滤波,形成自适应联邦卡尔曼滤波算法,新算法采用模糊推理系统实时调整量测噪声协方差阵的加权系数,使模型量测噪声逐渐逼近真实噪声水平。将该算法应用于多传感器卫星姿态确定系统,仿真结果验证了算法的有效性。     

一种基于改进KELM的在线状态预测方法

针对核超限学习机（KELM）在线状态预测过程中,核矩阵阶数不断增长且难以跟踪时变动态特征的问题,提出了一个具有遗忘因子的稀疏KELM在线状态预测方法。通过引入遗忘因子构建新的目标函数,使稀疏字典中各元素依据时间远近具有不同权重,保证了模型对动态变化的有效跟踪;通过最小化字典的快速留一交叉验证（FLOO-CV）误差,选择具有预定规模的关键节点构成字典;基于当前字典,通过矩阵初等变换和分块求逆,实现相关参数的递推更新。某型飞机发动机的状态预测结果表明,与目前已有的3种在线序贯KELM相比,所提方法在6个监测项目上的平均训练时间分别缩短了7.5%、62.0%和81.9%,平均预测精度分别提升了44.0%、19.9%和50.9%。      

基于STLS的卫星质量质心在轨估计

提出了一种使用结构总体最小二乘(Structured Total Least Squares,STLS)进行卫星质量和质心参数在轨估计的方法。其相对于现有方法有三个优点:采用完整的动力学模型,考虑敏感器测量误差,估计模型中不包含误差很大的推力值。首先推导了卫星质量和质心参数的估计方程,将其化为STLS模型的形式,对该模型定义了质量质心参数的STLS估计,并使用结构总体最小范数(Structured Total Least Norm,STLN)算法进行具体求解。证明了当敏感器噪声为高斯分布时,该估计为极大似然估计。仿真结果验证了该STLS估计方法的有效性。