频率选择面空间应用研究

主要论述频率选择面(FSS)的空间应用。在对多种形式的FSS散射特性进行分析计算的基础上,选择了一种圆环FSS阵列,在C/Ku,S/Ka等频段上进行了数值分析和试验验证,获得满意结果。单层FSS的反射带宽在Ka频段达到17％,此带宽内0°～45°入射角实测的TE、TM波反射损耗最大值约为0.3dB;各个入射角或极化情况的中心频率理论计算值与实测偏差一般为1％～2％;试验样品所采用的材料及工艺均考虑了空间应用要求。     

应用于GSM1800屏蔽的小型化频率选择表面设计

针对GSM1800移动通信的信号屏蔽问题,基于分形设计思想提出一种小型化频率选择表面(FSS),将传统方形单元的直边以分形的规则向内进行弯折,增加曲折线长度,从而增加谐振长度。利用CST软件进行仿真,结果表明该FSS的单元尺寸为工作波长的1/15,对于TE和TM极化电磁波,当入射角度从O°到75°时,FSS都具有良好的频率响应特性。     

再入钝锥体绕流流场电磁散射特性分析

采用分段线性电流密度递归卷积时域有限差分（PLJERC-FDTD）方法计算再入钝锥体绕流流场电磁散射特性,分析钝锥体等离子体包覆绕流流场的RCS频率特性、极化特性及双站散射特性。计算表明,在马赫数较小（本文Ma≤10）时,马赫数变化对绕流流场后向RCS影响较小。电磁波垂直锥体母线入射时,极化方式（本文极化角0°和90°）改变对绕流流场后向RCS影响较小;绕流流场后向RCS随入射波频率变化曲线可用两条直线来逼近;随入射波频率增大,绕流流场后向RCS振荡上增。前向散射是全方位散射中RCS取得最大值的方向;入射角大于钝锥半锥角时,除前向RCS外,以锥体母线为基准的镜面反射方向RCS比其它散射方向RCS大。     

任意极化波导缝隙天线

设计一种可以辐射任意线极化波的波导缝隙天线单元。在脊波导的基础上进行设计。结构紧凑、馈电方便。多个同种极化状态的缝隙单元组成线阵之后,如果将拥有一种任意线极化状态(如+45°线极化)的线阵和拥有另一种任意线极化状态(如-45°线极化)的线阵交错排列组成二维阵列,再借助适当的馈电网络,就可以实现任意极化,且两个任意线极化信号的频率可以相同也可以不同。     

柔性双频段频率选择表面膜的模块化设计

本文设计了一种柔性双频段极化无关的频率选择表面膜，应用在玻璃表面形成频率选择性玻璃，用来屏蔽常见的Wi Fi等在公共且免费使用的微波频段的信号。所设计的结构工作频率分别为2.45GHz和5.5GHz。在工作频点处对电磁波的吸收能达到40dB。能够有效的阻止太空发电站的微波能量传输信号和室内Wi Fi信号的相互干扰问题。另外，分析了结构的几何参数和入射角度对结构吸波特性的影响，在入射角达到度45°时，仍具有良好的屏蔽效果，说明这种柔性膜可以应用在非平面的场合下。并用等效电路模型对结构进行分析，详细的介绍了等效电路元件参数的计算过程，之后用电子辅助设计软件进行电路仿真，电路仿真的结果和全波电磁仿真软件仿真结果一致。所设计的结构改善了之前频率选择表面一体化设计，透光率差和制造成本高的问题。透光率达到91%。此外所设计的结构是一种具有柔性的模块化薄膜结构，现实中安装实现起来更加的方便。     

载人航天器密封舱内强制通风下的火灾温度场及流场特性仿真分析

文章建立微重力环境下载人航天器密封舱简化物理模型,利用FDS软件仿真分析火源在密封舱中心位置时不同送风角度(θ=0°、θ=45°、θ=60°)下舱内温度和烟气浓度的分布规律。分析结果显示:需要在大功率设备上方两侧布置火灾探测器;不同送风角度下的速度场不同,造成舱内温度分布规律也不同;当送风角度θ=45°、θ=60°时,密封舱内的烟气与θ=0°时相比更易排出。分析结果可为载人航天器密封舱内送风口及火灾探测器的设置提供参考。     

基于极化时频分布的改进DOA估计算法

针对雷达回波信号波达方向估计精度差和时频分析方法运算量大的问题,以极化敏感阵列为模型,结合时频分析方法,充分利用回波信号的空域、时频域和极化域信息,对雷达回波信号进行更准确的估计,并简化其计算量。分析基于空间极化时频分布的多重信号分类(MUSIC)和旋转不变子空间(ESPRIT)算法,并结合两者的优缺点提出了一种改进算法。改进算法用极化时频ESPRIT算法对来波信号确定大致的方位角,以每个方位角为中心确定一个小角度范围,在此范围内用MUSIC算法进行谱峰搜索,得到较准确的波达方向(DOA)估计值,在确保DOA估计精度的基础上节省大部分运算时间。仿真试验验证了该改进算法的有效性。     

基于椭圆孔阵列的频率选择表面研究

针对准光学馈电网络系统对频道分离性能的要求,研究了一种工作于毫米波、亚毫米波的无介质支持的双层金属椭圆孔阵列频率选择表面。其在反射通道中反射54GHz和89GHz 2个信号的电磁波。在透射通道中,对165GHz和183GHz 2个通道的信号是透明的。使用模式匹配法仿真分析并设计频率选择表面,结果表明:当入射角度为18°时,2个反射通道中双极化的插入损耗小于0.1dB,2个透射通道的双极化插入损耗不大于0.6dB,各项指标能满足频率选择表面在通道引入的插入损耗不大于0.8dB的要求。此外,通过蒙特卡罗法分析加工误差对频率选择表面性能的影响,根据指标要求给出加工精度的下限,为实际加工提供数据支持。     

喷嘴入射方式对气体-液滴群掺混的影响

通过数值模拟的方法从冷态方面研究了金属/水反应冲压发动机二次掺混室内横流气体和通过压力旋流喷嘴雾化的液滴群的掺混情况.提出了掺混度、不均匀浓度因子和等浓度线这3种特征量作为评价指标,分析了不同喷嘴入射角度情况下,液滴群对横向交叉气流的影响以及气流对液滴群掺混的作用.结果表明,液滴群的加入使气流中产生了尺度不同的涡,促进了湍流;喷嘴附近的掺混初始阶段,大涡作用使液滴分布很不均匀,喷嘴下游,涡的尺度减小,对液滴的扩散影响减弱,但初始的喷雾形态和液滴趋向高应变和低涡量区域造成了壁面处液滴浓度仍然高于其他区域;喷嘴垂直无偏入射的掺混优于轴向或切向入射;轴向向上游偏转入射优于向下游偏转入射;切向偏转角度越大,越不利于掺混.     

利用耦合实现相控阵平顶单元方向图的方法

提出了一种用于低轨卫星有限扫描相控阵的新型波导辐射单元。该辐射单元利用缝隙耦合实现平顶的单元方向图以解决有限扫描相控阵由于采用大间距设计时引起的扫描边缘增益跌落和栅瓣的问题。分析采用多模散射矩阵的方法,计算速度快、精度高。数值计算和测试结果表明这种辐射单元可以用于扫描角度宽达 ±25° 的有限扫描相控阵的设计。计算结果同时表明该辐射单元至少可以满足10％的频带宽度。     

基于实测数据的机载海洋波谱仪反演算法研究

波谱仪是用于测量海浪方向谱的实孔径雷达,因其具有测量精度高、测量波长范围大、可全天时全天候工作等特点,成为目前波浪谱测量的一个重要技术手段。基于海洋波谱仪机载挂飞试验录取的实测数据,对数据回波功率随入射角的变化特性进行分析,提出回波功率与斜距的二阶拟合模型,改进传统波谱仪反演算法中倾斜调制函数的估计方法,提高了波浪谱反演精度。     

频率偏置对Ka频段圆极化频率复用数传链路的影响

采用国际电信联盟(ITU)的星地链路计算模型,仿真分析Ka频段双圆极化频率复用(简称"圆极化复用")链路可用情况随2个正交射频通道载波中心频率偏置量变化的关系,得出特定链路可用率下频率偏置量与临界接收仰角的定量关系。在此基础上,为了综合衡量频谱利用情况,提出有效频带利用率指标,并依据此指标对地面站的利用方案进行尝试性设计,以达到优化利用频谱资源的效果。研究结果表明:中心频率偏置量与有效频带利用率是对立统一体。增大中心频率偏置量,在特定链路可用率下可增长数传弧段,进而改善链路可用情况,但无法获取最大有效频带利用率。当载波中心频率偏置量为零时,通过选择合适的链路可用率可实现最大有效频带利用率。文章采用的分析方法和提出的有效频带利用率指标,可推广到其他频段的星地数传链路分析中,为Ka频段星地数传系统设计提供参考。     

CMOS集成硅压力传感器

新型的CMOS集成硅膜压力传感器由一个含四个压阻元件的电桥电路,一个放大器和一个新设计的能抑制电源电压变化和温度漂移的激励电源电路组成。敏感元件用自准直双元硅门CMOS工艺技术制得。方形的硅膜片由异向腐蚀剂N_2H_4·H_2O经腐蚀加工而成。在0～70℃范围内,灵敏度和偏置电压的温度漂移量小于±0.5％。这些数据比常用的杂化技术制得的元件所达到的数值小。利用新设计的激励技术,当电源电压变化±10％时,灵敏的变化不超过±1.5％。     

液氧煤油发动机步进电机测控仪设计与应用

针对液氧煤油发动机在地面热试车过程中对工况变化和极限工况条件下工作性能的考核需求,提出采用集成一体化隔离技术的电机测控仪对流量调节器和燃料节流阀步进电机实施控制,并完成从电机检测、调节组件试验、发动机装配、热试车到交付出厂的测量和控制工作。研究过程采用定时器变频中断电机变速控制、PWM斩波细分驱动、多级中断嵌套和远距离测量等关键技术,解决了步进电机长距离、大驱动力矩下快速启停平稳控制要求,以及试车双路电机同时基下独立调节和角度同步测量,实现液氧煤油发动机试车过程推力和混合比稳定调节。400余次热试车及各项试验验证,电机控制频率偏差小于±2 Hz,角度控制精度小于±0.25°。     

基于最优推力锥的级联推力分配算法

推力分配是推力系统冗余配置时航天器姿态控制系统的必备组成单元.针对传统直接搜索法以及单纯形法在分配过程中在线计算量大、工程实现较难的不足,提出了一种基于最优推力锥的级联分配方法.该算法首先进行无约束分配,搜索出实现目标控制量的准最优推力锥,然后用推力器喷气时间上限对无约束问题的最优推力组合进行饱和处理,更新推力器喷气时间上限,计算当前推力组合的控制误差,并作为下一步的目标控制量,更新推力锥,重复迭代,直至控制误差为0或当前目标量的可行锥不存在.文中以空间站核心舱为例进行了仿真,结果显示:与传统单纯形法相比,该方法能在保持计算量优势的前提下,在目标量可实现时能优化推力组合,精确实现目标量;目标量不可实现时,能在可达集内最大限度地实现目标控制量,充分利用了推力系统的控制能力.     

基于多尺度的空间锂离子蓄电池单体电-热耦合模型

针对高比能兼顾高功率的锂离子电池,高电极载量、高压实、低电导等特性会显著增加电池大倍率放电的产热和内部温差,传统的热试验方法无法获取电池内部温度分布。将传统热试验与仿真相结合,以能量功率兼顾型空间锂离子蓄电池单体为研究对象,建立了一维电化学与三维热双向耦合模型,获取了电池在绝热环境下不同倍率放电的电压、温度和发热功率变化,仿真结果与实验值吻合度高,分析得到单体电池大倍率放电的本征热安全区间为0～75%放电深度(DOD)。同时,计算发现随着放电倍率的增加,放电结束时电池温度最高区域由电芯内部中心位置逐渐变成正极极柱,最大温差逐渐增大,3 C时达到0.82℃。假设增加底面恒温散热,3 C放电结束的最大温差高达11.18℃。本文建立的模型不仅适用于空间锂离子蓄电池单体的研发,还适用于电池组的热仿真设计。     

敏捷卫星主动推扫成像积分时间设置研究

针对敏捷卫星的新型工作方式——主动推扫成像过程中的积分时间设置开展了研究。通过建立敏捷卫星主动推扫成像典型场景和积分时间模型,仿真了敏捷卫星主动推扫成像过程中相机TDICCD的积分时间变化情况,并给出了设置建议。文章对两种典型工况进行了仿真计算,均为卫星对垂轨条带进行扫描,条带长度分别为170km和1520km,仿真结果表明:积分时间在主动推扫成像过程中实时变化,同时在大角度机动下,边缘和中心视场的积分时间有较大差异。积分时间的实时变化需要进行积分时间的实时设置,并仿真给出了设置频率的需求;而积分时间边缘和中心视场的不一致,需要进行积分时间的分片设置。分析表明采用这些措施后,主动推扫过程中由于积分时间设置引起的图像MTF下降能得到有效控制。文章的仿真结果可以为我国敏捷卫星总体的设计和相机的设计提供参考。     

一种基于共面线的毫米波宽带预失真线性化技术

针对毫米波卫星通信前端发射系统中固态功率放大器的非线性失真问题,提出了一种新型毫米波模拟预失真线性化技术。该技术采用毫米波共面线集成非线性器件,与传统的基于微带线集成非线性二极管器件的方法相比,避免了接地电感等不连续性干扰,提高了工作频率,拓展了工作带宽,在毫米波频段实现了宽带预失真非线性补偿。试验结果表明:在Ka波段13GHz(25~38GHz)频率范围内,由该技术实现的预失真线性化电路在输入功率15dB变化范围内,实现了3dB左右的增益幅度扩张和20°左右的相位压缩。将该预失真线性化技术应用于改善一型工作频率为29.6~30GHz,输出功率为5 W的毫米波功率放大器的线性性能。双音信号测试结果表明:功放在1dB压缩点回退7dB的条件下,三阶交调失真改善度高于10dB,并在29.8GHz时达到19dB。该技术可用于满足现代大容量、高速无线通信,特别是毫米波卫星通信前端系统的需求,实现高质量、低误码率的数据无线传输链接。     

四元数反馈控制技术研究

弹道导弹、运载火箭在飞行过程中经常会出现三通道大范围调姿的情况,如果用传统的姿态角控制方案,当3个欧拉角中的第2个欧拉角出现过90°的情况时,欧拉角计算出现奇异.本文针对采用捷联惯性测量组合作为敏感器件的弹道导弹、运载火箭提出了四元数控制方案,即采用初始四元数q0袁征初始姿态、终端四元数q1表征终端姿态,实时计算调姿程序四元数qcx以及姿控系统控制量四元数△q(k)的方法,可避免姿态角计算奇异问题,且姿态过程优化.数学仿真证明了该方案的正确性和可行性.     

基于多分辨率复合阵列的未知信源数波达方向估计

为解决信源数未知情况下的多分辨率复合阵列波达方向(DOA)估计问题,将未知信源数的相干信号DOA估计算法拓展到多分辨率复合阵列中。本文研究了基于子阵空间谱联合的DOA估计方法,首先构造各个子阵列的托普利兹矩阵,并进行未知信源数的相干信号DOA估计;然后利用多分辨率复合阵互质的特性,构建联合代价函数进行解模糊。针对全范围搜索计算量大的不足,文中提出了单个不模糊区搜索,反推全部模糊角度的改进方案。仿真结果验证了所提方法的有效性,相比于全空间搜索的MUSIC算法和Capon算法,该算法无需信源数先验信息,且在信噪比大于15 dB和快拍数大于300时,其DOA估计的均方根误差仅为传统方法的1/2。