磁屏蔽装置与磁场模拟器的耦合分析

地磁导航半实物仿真是地磁导航从理论走向工程应用的关键环节,而地磁场环境仿真技术是地磁导航由计算机仿真过渡到半实物仿真的桥梁。针对地磁场环境仿真系统中磁屏蔽装置与其内部磁场模拟器的耦合问题,采用仿真分析与实验验证相结合的方法,利用Ansoft Maxwell仿真软件设计仿真实验对二者的耦合关系进行了探索性研究,并基于小型地磁场环境仿真系统对仿真得到的结论进行了实验验证。仿真和实验结果均表明:磁场模拟器在大电流强磁场的工作情况下会对磁屏蔽装置造成严重的磁化,进而会影响其屏蔽效果;磁屏蔽装置不会影响磁场模拟器的线性度和均匀性,但是会增大轴线中心点附近的磁场值;磁屏蔽装置会使磁场模拟器的电感增大,从而使实时性变差。研究结论可以为地磁场环境仿真系统的设计提供理论依据。      

基于半实物仿真的地磁导航等值线匹配算法评估

影响地磁导航匹配算法性能的因素很多,而现阶段算法的评估完全依靠计算机仿真,其可信性有待进一步验证.以等值线(ICCP)算法为研究对象,首先从理论上分析影响算法性能的因素;然后搭建了地磁匹配导航半实物仿真系统,通过引入磁场仿真环境和磁传感器,提高了仿真的可信度;最后从测量噪声、匹配长度、匹配区域和惯导误差4个方面对ICCP 匹配算法的性能进行半实物仿真试验分析.仿真结果表明,通过半实物仿真试验可以对算法的抗干扰性、算法匹配长度的确定、匹配区域的选择以及惯导误差的影响做出有效评估,从而推动地磁匹配导航及匹配算法的工程化进程.      

基于等值线约束的地磁匹配方法

地磁辅助导航是组合导航技术研究的新方向.简要介绍了地磁辅助导航的基本原理和发展现状,并重点对地磁匹配方法进行了研究.地磁匹配是利用地磁图进行定位的方法,位置输出可用于限制惯性导航系统的误差积累.提出了一种改进的基于等值线约束的相关匹配算法,能够有效消除导航系统的初始位置误差并能限制匹配过程中惯性导航系统的积累误差.仿真实验证明,该算法能有效提高相关匹配的实时性,并能把定位精度控制在地磁数据网格间距以内.该算法对航向误差具有一定的适应性.      

航空供电系统交流负载的半实物仿真技术

为方便航空供电系统交流负载用电性能的研究,提出了交流负载的半实物仿真技术.以电压型脉冲宽度调制整流拓扑结构和三相电流的解耦控制为基础,采用复合补偿结构保证快速性;增加一组桥臂为中线电流提供通路;在电网端加入滤波器滤除开关谐波以得到更真实的负载特性.交流负载的半实物仿真技术在115 V,400 Hz的航空电源系统中实现了网侧电流跟踪上位机数字仿真后的给定电流的功能,模拟了交流负载的功率因数、电流谐波和不平衡性的动态变化过程.通过仿真实验结果表明了提出的半实物仿真技术的精度和快速性都达到了要求,为航空供电系统交流负载用电性能的研究提供了工具.      

基于UKF和信息融合的航天器自主导航方法

X射线脉冲星导航利用X射线辐射脉冲到达时间 (Time of Arrival, TOA)作为信息输入,星敏感器导航利用星光角距等作为信息输入,是两种不同机理的天文导航方法。提出一种将脉冲星TOA和星敏感器星光角距测量结合的信息融合天文自主导航方法,设计了一种利用激光光量子模拟脉冲星X射线辐射光子的半物理仿真系统用于算法验证,并基于无迹卡尔曼滤波(Unscented Kalman Filter, UKF)使用真轨道参数做了仿真试验。结果表明,基于UKF的信息融合方法比基于EKF（Extended Kalman Filter）的信息融合方法性能更好,与仅使用脉冲星或星敏感器的导航方法相比,能将位置估计精度分别提高52.7%和43.6%,速度估计精度分别提高82.2%和70.5%。     

基于STM32的可重复使用运载器闭环仿真系统

针对验证可重复使用运载器关键控制技术的需求,提出了一套基于STM32的可重复使用运载器闭环仿真系统。基于该套平台,对系统的总体方案、硬件平台设计、软件开发及设计进行了重点论述,实现了箭上测量单元、计算机单元、执行单元及地面测发控单元的模拟。通过仿真试验验证,完成了可重复使用运载器制导、导航及姿控算法等关键控制技术的验证。结果表明：所开发的闭环仿真系统设计合理,系统实时性好,可靠性高。可为可重复使用运载器大型试验奠定基础,缩短研制周期。     

磁暴期间的地磁导航精度分析

地磁导航是无源自主导航技术研究的新方向. 分析了地磁导航的基本原理, 描述了典型磁暴过程, 并针对地磁导航在磁暴环境中的适用性进行了研究. 在采用曲面样条方法对实测地磁场数据建立观测模型的基础上, 结合广义卡尔曼滤波方法讨论了磁暴不同阶段对地磁导航精度造成的影响. 分别采用理论典型磁暴数据以及实测磁暴数据进行仿真, 仿真结果表明, 在磁暴的初相、恢复相的中后时段以及中等强度以下的磁暴全过程仍然可以采用地磁来进行导航定位, 导航精度在200 m以内, 满足飞行器中程制导的精度要求.      

磁罗盘空间特性校准装置研究

磁罗盘在不同地磁场下使用的性能有差异,而常规手段只能对磁罗盘在实验室地磁场环境下的性能进行校准,所以其校准结果在实际使用中是有风险的。介绍一种磁罗盘空间特性校准装置,主要由地磁场复现系统和三轴无磁转台组成,地磁场复现系统可模拟地球上不同经纬度和不同离地高度的地磁场,配合作为角度标准器的三轴无磁转台,对磁罗盘在地球上不同地磁场下的性能进行校准,确保磁罗盘在不同空间使用时的量值准确可靠。     

磁罗盘空间特性校准装置研究

磁罗盘在不同地磁场下使用的性能有差异，而常规手段只能对磁罗盘在实验室地磁场环境下的性能进行校准，所[JP2]以其校准结果在实际使用中是有风险的。介绍一种磁罗盘空间特性校准装置，主要由地磁场复现系统和三轴无磁转台组成，地磁场复现系统可模拟地球上不同经纬度和不同离地高度的地磁场，配合作为角度标准器的三轴无磁转台，对磁罗盘在地球上不同地磁场下的性能进行校准，确保磁罗盘在不同空间使用时的量值准确可靠。     

用于长周期高精度轨道控制任务的快速半实物仿真系统

针对长周期高精度轨道控制任务的快速仿真试验需要,对传统的卫星控制系统半实物仿真系统进行了重构.提出利用动力学仿真模型程序的超实时运行驱动试验进程加速的方法,介绍系统总体设计思路及其结构、组成和工作原理,给出实时/超实时双模高精度动力学模型的开发及星地状态同步两项关键技术的具体实现,并通过应用实例证明了系统的有效性.     

基于小波的反作用轮力矩测量系统校准

将反作用轮实时输出力矩值由力矩测量系统采集引入卫星半物理闭环仿真试验是一种更为优越的闭环仿真新方法。但由于仿真过程中,存在持续的外力矩干扰引入仿真控制闭环,导致半物理仿真试验无法长时间准确运行。为解决这一问题,结合实验数据分析,确定了力矩测量系统为半物理仿真试验外力矩干扰来源,并结合小波阈值滤波原理分别使用实时小波滤波方法和基于小波去噪的均值滤波算法对力矩测量系统初始及过程中产生的外力矩干扰进行消除,使测量系统得以准确校准。最后,将此方法应用于半物理闭环仿真试验中,取得了良好的效果。     

人控交会对接九自由度半物理仿真试验系统设计及验证

以人控交会对接半物理仿真试验需求为背景,提出了可对人控交会对接控制系统单机敏感器性能和控制律设计方案进行仿真验证的人控交会对接九自由度半物理仿真试验系统的设计方法,给出了利用该设计方法对神舟九号飞船人控交会对接控制系统的仿真验证结果.神舟九号飞船与天宫一号目标飞行器首次在轨人控交会对接的工程实践结果表明,人控交会对接九自由度半物理仿真试验系统的设计方法正确.     

Real-time global MHD simulation of the solar wind interaction with the earth’s magnetosphere

We have developed a real-time global MHD (magnetohydrodynamics) simulation of the solar wind interaction with the earth’s magnetosphere. By adopting the real-time solar wind parameters and interplanetary magnetic field (IMF) observed routinely by the ACE (Advanced Composition Explorer) spacecraft, responses of the magnetosphere are calculated with MHD code. The simulation is carried out routinely on the super computer system at National Institute of Information and Communications Technology (NICT), Japan. The visualized images of the magnetic field lines around the earth, pressure distribution on the meridian plane, and the conductivity of the polar ionosphere, can be referred to on the web site (http://www2.nict.go.jp/y/y223/simulation/realtime/).The results show that various magnetospheric activities are almost reproduced qualitatively. They also give us information how geomagnetic disturbances develop in the magnetosphere in relation with the ionosphere. From the viewpoint of space weather, the real-time simulation helps us to understand the whole image in the current condition of the magnetosphere. To evaluate the simulation results, we compare the AE indices derived from the simulation and observations. The simulation and observation agree well for quiet days and isolated substorm cases in general.