星载计算机可靠性和低功耗的均衡优化研究

目前对星载计算机的研究主要集中在可靠性上,一直没有重视功耗问题,高可靠和低功耗已经成为高可信系统设计中面临的主要挑战。针对这一需求,研究了星载计算机系统设计中可靠性和功耗的协同优化问题,构建了组合使用动态可靠性管理,动态功耗管理,以及动态电压和频率调整的协同均衡优化整数规划模型,然后提出低功耗任务调度,可靠性约束的动态电压调整以及算法的求精的三步启发式求解算法。并对不同的方案进行了仿真验证,在保证系统的可靠性需求的前提下,平均功耗比单独采用动态功耗管理或者动态电压和频率调整降低了9%~21%。
     

多舱耦合流体系统在功耗调配模式下的模拟分析

结合某种航天器,设计了一种多舱耦合的集成式热管理的流体回路系统。介绍了该系统的结构和功耗调配模式、流体回路热耦合方式,运用商业软件SINDA/FLUINT建立回路的流体和热模型,对不同功耗调配模式下流体回路不同热耦合方式进行分析。模拟结果表明,该回路最佳的工作模式为中、低温功耗调配与中温回路热耦合相结合,在这种工作模式下,调配效率可保持在η≈1,即功耗调配量与热耦合的传递热量总能近乎相等。     

星载铷原子频标功耗研究

功耗是星载原子频标的主要指标之一.本文从振荡电路及其结构、恒温电路两方面进行实验研究,可将光谱灯功耗降低70%,提高了可靠性.     

星载铷原子频标功耗研究

功耗是星载原子频标的主要指标之一。本文从振荡电路及其结构、恒温电路两方面进行实验研究，可将光谱灯功耗降低70％，提高了可靠性。     

MSCMG永磁偏置磁轴承的低功耗控制方法研究

磁悬浮控制力矩陀螺（MSCMG）在输出力矩且不计重力引入的功耗时,磁轴承的铜耗与输出力矩的平方成正比。这个问题不仅导致在输出额定力矩时,磁轴承的功耗在总功耗中占有较大的比例,而且最终限制了磁悬浮控制力矩陀螺的最大输出力矩。为解决这一难题,提出了通过控制转子悬浮位置由永磁体提供转矩的方法,并且分析了转子位置变化对输出力矩的影响。通过仿真和实验表明,输出力矩时磁轴承的功耗可降至静浮水平,样机实验表明,输出力矩为21Nm时磁轴承铜耗降为原来的34%.     

立方星带芯磁力矩器多目标优化设计与实现

针对立方星体积与功耗存在限制的情况下,如何得到磁矩大而体积小、重量轻、功耗低的带芯磁力矩器这一问题,采用多目标优化的方法进行磁力矩器的设计。首先,按照圆柱型磁芯上缠绕多层漆包线的结构,分别推导了磁矩、功耗与磁芯尺寸、漆包线直径以及绕线匝数之间的数学模型。其次,根据磁矩与功耗的数学模型,在质量与体积均存在约束的情况下,采用遗传算法对磁力矩器进行多目标优化设计。再次,根据带芯磁力矩器的磁感应强度与磁矩之间的关系,设计了磁矩的测试方法。最终,将所设计的参数进行了具体实现。对磁力矩器的测试结果可以看出,所设计的磁力矩器不仅输出磁矩线性度高、剩磁小,而且满足立方星标准的要求。所设计的磁力矩器在多颗立方星上的成功应用表明了该设计方案的有效性。     

月球钻取采样钻头结构参数对力学性能的影响

基于对螺旋钻头的输出月壤阻力、驱动力矩及月壤失效区的分析,建立了钻头的力学模型,该模型综合考虑切削具内外侧面与月壤之间的压力及摩擦力,考虑月壤侧向失效面的面载荷对钻头切削具周向力矩、总功耗及月壤失效距离的影响,数值仿真与试验结果校验了模型的正确性。在数值仿真过程中采用深层月壤本构关系的Mohr-Coulomb模型,使仿真更加符合月壤内摩擦角大于22°的真实情况。利用该模型分析并获得了钻头结构参数对切削具功耗和失效距离的影响规律,以钻头功耗最小为优化目标,用遗传算法对钻头结构参数进行了优化,优化结果降低了钻探过程中的烧钻风险。可为钻取式自动采样机构的钻头设计提供理论依据。     

使用混合执行机构的快速机动卫星力矩分配算法

针对单框架控制力矩陀螺群（SGCMGs）存在奇异和单框架控制力矩陀螺（SGCMG）存在框架转速死区的问题,研究了SGCMG与飞轮联合作为执行机构的控制力矩分配算法,以SGCMG功耗、飞轮功耗和飞轮角动量的二次型加权矩阵求和为性能指标,提出了一种形式简洁的混合执行机构力矩分配算法,通过分析,证明该分配算法能够有效的避免SGCMGs的奇异;设计了一种SGCMG功耗加权矩阵的调节策略,解决了SGCMG陷入转速死区的问题,设计了一种飞轮角动量加权矩阵的调节策略,通过对加权矩阵的实时调节实现了对飞轮角动量的管理,解决了飞轮转速的饱和与过零问题。数学仿真结果验证了该力矩分配算法的有效性。     

新型星载S波段测控应答机的实现

在改进了传统应答机复杂结构的基础上,设计并实现了适用于皮卫星的体积小、重量轻、功耗低的新型星载S波段测控应答机。该机采用了数字锁相倍频技术和防误锁技术。整个应答机(包括接收和发射部分)在9×9cm2的电路板上实现,功耗小于1w。测试并获得了较好性能,可满足轨道高度小于1000公里的低轨卫星测控要求。     

一种改进的宽带数字多波束形成技术

宽带数字多波束形成技术能够获得较高的空间增益和空域分辨率,是现代电子侦察领域的重要研究方向.但是宽带波束形成技术的实现存在信号处理复杂度高、系统功耗大的问题,给电子侦察系统的设计和应用提出了较大的考验.提出了一种通过频域方式实现时域宽带数字波束形成器的方案,能够在宽带、多波束的应用场景中有效降低系统的实现复杂度和功耗.     

钻取式自动采样机构螺旋钻杆结构参数的多目标优化

分析了螺旋钻杆的输出月壤原理和输出月壤阻力（阻力矩）以及综合考虑了螺旋槽内月壤对钻杆驱动力矩的影响、螺旋升角的取值范围和钻杆的轴向钻进功率后建立了钻杆驱动力矩、轴向加载力及功耗的模型。利用该模型分析了钻杆外径、螺旋槽深、槽宽比及螺旋升角等结构参数对钻杆驱动力矩和轴向加载力的影响,获得了钻杆结构参数对钻杆驱动力矩和轴向加载力的影响规律。以钻杆质量和功耗最小为双优化目标,以钻杆外径、螺旋槽深、槽宽比及螺旋升角等结构参数为设计变量,基于遗传算法对钻杆结构参数进行了优化,优化后的功耗较优化前降低了31.8%,钻杆质量减小了23.3%。总体减少了钻探风险,可为钻取式自动采样机构的设计提供理论依据。     

星地高速数传系统LDPC编码器ASIC集成芯片设计

面向高分辨率对地观测卫星的高速数传应用需求,提出了一种低实现复杂度、多码率融合的LDPC并行编码结构,以及采用该结构的编码器芯片设计方案。基于TSMC 130 nm CMOS标准单元库,该编码器芯片在200 MHz时钟下能够达到1.6 Gbps的吞吐率,硅片面积为5.495 mm 2,功耗仅为184.3 mW。与传统结构设计的相同吞吐率的LDPC编码器芯片相比,本文方案可以将存储空间需求降至传统结构的18.52%,硅片面积和功耗分别下降至传统结构的20.3%和83.3%,非常适用于超高速星上通信应用。     

基于铁氧体的Ka频段自动跟踪调制器设计与实现

文章针对铁氧体移相器相位温度稳定性差、所需驱动功率大的问题，设计了一种基于锁式铁氧体移相器的Ka频段自动跟踪调制器，采用和、差支路对称设计，以改善和、差支路相对相位温度变化的离散性；采用锁式移相器，选用运算放大器驱动N沟道与P沟道MOSFET栅极共接的推挽源极跟随器的功率放大，同时降低差支路移相器控制信号频率等方法，以减小驱动功耗。最终研制完成的自动跟踪调制器具有工作带宽宽、和差支路相位温度变化离散小、功耗低等优点。实测结果表明，在25GHz~27GHz频率范围内，在-10℃~+45℃温度变化范围内，和差支路相位变化离散≤15°，驱动功耗≤1.5W。该设备可以广泛应用于星载和地面单通道单脉冲角跟踪系统。     

GEO卫星热控能源优化设计方法研究及实践

为减少热控制分系统的能源需求,减轻整星的能源负担,分别从精准热补偿、错峰热补偿、精细化热设计、整星资源统筹等几个角度提出了热控能源优化设计方案。提出了一种预埋式管路辐射器,并将其上的低温补偿加热器实施在管路上后进行一体预埋,形成一体化辐射器。采用光照阴影分时段的差别式阈值控制,利用整星热容降低阴影期补偿功耗需求等方法。经仿真分析及试验验证,以上几种方式均能够有效减少热控制系统的热补偿功耗需求。     

某空间光谱成像仪热管理初析

某空间光谱成像仪光谱范围覆盖可见光、中短波红外、长波红外等多个谱段,配置多台视频处理器和脉冲管制冷机,在狭小空间内形成了复杂的内热源分布。由于上述内热源总热耗高达数百瓦,而制冷机更有低于10℃的控温要求,导致成像仪散热面面积需求很大,同时也造成成像仪功耗资源紧张。文章基于热管理理念,对成像仪内热源进行热设计,使排散废热和控温所用能量最大程度减小,在控制散热面面积的同时节省主动控温功耗,较为圆满地解决了成像仪内热源热设计难题。     

一种用于便携式GPS接收机射频芯片的低功耗低噪声放大器

针对便携式GPS系统对低功耗射频前端的需求,基于SMIC 180nm 1P6M RF CMOS工艺提出一种具有单端转差分功能的低功耗低噪声放大器。为了实现低功耗的目标,低噪声放大器的晶体管均被偏置在中等反型区。考虑ESD保护和焊盘寄生效应,后仿真结果显示,在最差工艺角情况下,增益为19dB,三阶交截点为-14dBm,噪声系数为4.2dB,输入回损为-8dB。在0.7V供电电压下,功耗为1mW,增益功耗比为19dB/mW,十分适合应用在便携式手持GPS领域。     

小卫星数传基带数据处理通用集成平台设计

以传统小卫星数传分系统中对有效载荷数据进行处理的基带数据处理设备及系统管理控制单元为基础,采用高速串行数据线、高集成模块化数字电路、高速大容量存储模块集成、机电协同设计等技术,设计了一种数传基带数据处理通用集成平台。与传统小卫星数传分系统同功能设备与线缆设计相比,体积减小约82%,质量减少约75%,功耗降低约50%,能满足小卫星体积和质量小、功耗低的需求。此外,数据流优化设计可使固态存储利用率提升14.3%。文章提出的通用集成平台设计可为小卫星数传分系统的集成设计提供参考。     

电力电子设备自然冷却热设计

介绍了在自然冷却条件下，电力电子设备热设计的基本原则、功耗计算、设计方法和设计过程中应该注意的问题。     

中国海洋一号卫星电源系统设计与在轨性能评估

中国海洋一号卫星电源系统设计指标、地面测试数据与在轨遥测参数三者一致。数据分析表明,电源系统设计合理、正确,各项技术指标先进,满足卫星平台及有效载荷的功耗需求以及对电能品质的要求。     

基于碳纳米管气体传感器的空间原子氧实时探测技术探讨

空间原子氧环境是低地球轨道空间环境的重要组成之一,未来的原子氧探测技术要求探测载荷不仅在重量和功耗方面比现有技术大幅降低,而且在探测性能上要有极大的提升,特别是能实现原子氧通量的实时探测。文章在分析目前主要原子氧探测类型及其特点的基础上,提出一种基于碳纳米管气体传感器的原子氧探测技术。其探测仪器具有体积小、功耗低、灵敏度高、可实时探测、能长期连续工作、可重复使用等特点,是纳米传感器技术发展的重要方向。该技术一旦成功应用,有望快速提高我国在原子氧探测方面的技术水平。