航天器弱电磁信号处理设备综合防护技术

航天器弱电磁信号处理设备极易受到来自数据管理、姿态控制、供配电等电子设备的噪声干扰而无法正常工作。文章分析了弱电磁信号处理设备受航天器平台干扰的机理和干扰源识别方法,提出低频电缆整束屏蔽、穿舱电缆孔缝屏蔽、舱外设备支架屏蔽和舱体结构电磁隔离等多种抗干扰防护措施。实践证明这些措施可有效实现弱电磁信号处理设备的抗干扰防护,具有工程应用价值,可供航天器总体电磁兼容性设计参考。     

水击压力高速采集系统研制

水击压力数据采集系统是为液体火箭发动机地面试验设计的。阐述了系统设计指标、功能、原理、应用软件开发及系统集成后的调试方法。该系统具有数据采集、信号转换、瞬态参数信号调节、高速采集、数据实时显示及数据分析处理功能。实现了多路参数高速、数据实时显示及数据分析处理,测量精度高,性能稳定可靠,操作简便,能快速响应控制信号,各项性能指标达到了设计要求。     

载人航天器浮地信号采集接口电路研究

载人航天器设置双端模拟信号采集通道实现对模拟量信号的差分采集。其优势是避免信号的共模噪声干扰,提高信号采集的准确性。文章对于载人航天器的模拟量差分采集电路进行了简要介绍,结合实际应用过程中并网控制器模拟信号采集出现的特殊现象,提出了信号采集的接口约束条件,保证了模拟量采集电路的安全性。     

基于LabVIEW的空间碎片高速撞击数据采集系统设计与实现

利用声发射传感器对空间碎片的撞击数据进行实时采集监测,用以对航天器在轨安全防护提供预警。该系统基于LabVIEW虚拟仪器技术,采用图形化编程语言实现了高速数据的采集。具有数据采集、实时波形显示、数据存储等功能,编程简捷、精度高、稳定性好,且人机界面友好。     

激光跟踪仪在交会对接微波雷达多径试验中的应用

交会对接微波雷达多径试验是在地面模拟两个飞行器在轨交会对接过程中由舱体表面及遮挡对微波信号造成反射干扰的一种试验,其目的是验证激光雷达系统功能及安装位置的合理性。在近20 m远的距离上,对飞行器舱体上的微波雷达天线和微波应答天线进行角度及距离的精确测量。文章通过对试验环境、测量项目分析及不同精测方案比对,采用激光跟踪仪直接测量舱体结构,获得了准确的基准数据,有助于指导微波雷达在飞船轨道舱上的精确安装和提高交会对接微波雷达多径试验的精度。激光跟踪仪首次应用于交会对接微波雷达多径试验,相比经纬仪在航天器基准测量中具有更大的优势。     

屏蔽度仿真在航天器电磁兼容性分析中的应用

提出了一种采用s参数法结合CST-MS软件进行航天器屏蔽度仿真分析和预测的方法。在航天器舱体结构内的发射天线和舱体结构外的接收天线处分别设置端口,通过计算端口间的s参数来分析计算舱体结构的屏蔽度,并将仿真分析结果与实测结果进行对比。对比结果表明,仿真计算结果与实测验证结果基本上是一致的,充分验证了采用s参数法结合CST-MS软件对屏蔽度仿真分析,具有很好的实用性和计算精度。这种方法应用于航天器设备级和系统级,能够显著降低航天器电磁兼容性(EMC)分析的难度,并能在一定程度上简化航天器前期设计中EMC试验验证的需求。     

基于主动排气气囊的着陆缓冲控制系统FPGA设计

主动排气气囊能够保证航天器着陆的稳定性,为了能够精准的控制多气囊差异式排气,文章介绍了一种能够实现该控制功能的现场可编程逻辑门阵列(FPGA)软件系统,其运行于XQR2V1000-4BG575R FPGA上,能够实现对AD采样芯片TLC2543进行驱动和控制、多通道过载数据采集,基于串行滤波器的数据处理、分布式过载判断控制气囊排气等功能。该系统基于FPGA高速多任务并行处理与调度、实时处理多通道数据采集运算,解决了快速响应着陆缓冲控制问题,使着陆缓冲系统能够精确按照舱体实时过载进行差异式主动排气控制,以保证系统工作可靠性和航天器着陆稳定性。该设计通过了系统和专项试验验证,表明了基于主动排气气囊的着陆缓冲控制系统FPGA设计能够保证航天器以规定速度和过载安全着陆地面。     

一种高可靠轻量化泄压防热装置设计与验证

针对在轨具有封闭舱体的航天器发射过程中环境气压降低,需要对舱体进行即时泄压和再入过程中舱体气动防热的问题,文章基于杆式压紧释放原理提出了一种集泄压和防热两大功能于一体的高可靠作动装置。该装置在发射入轨段通过预置泄压孔实现舱内外压力平衡,入轨后通过机构作动密闭泄压孔实现气动防热功能,并给出工作到位信号。经仿真分析和试验验证,结果表明:该装置设计合理有效,并具备结构简单、轻量化、泄压效率高、可靠性高的特点,可为后续航天器舱体的主动泄压和热防护的机构产品设计提供参考。     

航天器集成健康管理系统研究

航天器故障诊断技术不仅要求提高航天器安全性和可靠性 ,而且要求削减航天器全寿命周期成本 ,现在的故障诊断系统已从原来单一的分系统 (如电源系统 )的故障诊断专家系统 ,向集系统状态监测、故障诊断和故障修复为一体的航天器集成健康管理 (IVHM)系统发展。本文介绍了航天器集成健康管理系统的基本概念 ,并对我国新型航天器整个集成健康管理系统、在轨健康管理系统、地面健康管理系统以及主要采用的技术作了详细的阐述。文中强调了基于模型推理技术 (特别是多信号建模技术 )在航天器集成健康管理系统中的重要性。文章最后指出了应采用从上至下的方案开发该集成健康管理系统。     

等效导纳模型分析航天器VHF/UHF频段屏蔽效能

针对VHF/UHF频段航天器舱体屏蔽处理难度大的问题,提出一种基于等效导纳模型的屏蔽效能分析方法。该方法将屏蔽舱体孔缝等效为波导结构,基于变分法原理建立水平电容和垂直电感模型,对参数失配和舱体厚度影响进行导纳匹配和孔缝宽度参数修正。采用传输线理论建立屏蔽效能分析数学模型。算例对比表明算法具有较高的分析精度,可有效分析孔缝不位于舱体中心位置和孔缝长度非波长整数倍时的屏蔽效能,并可准确预测舱体的谐振效应。将其应用到航天器舱体屏蔽效能分析中,对比结果表明算法可有效满足工程应用要求。     

舱压对载人航天器密封舱姿态光学敏感器安装精度影响分析

姿态光学敏感器是航天器在轨姿态控制的重要部件,其安装精度直接影响航天器的姿态控制精度。为了研究舱压对载人航天器密封舱姿态光学敏感器安装精度的影响,以某载人航天器密封舱外安装的姿态光学敏感器为研究对象,通过对其安装精度要求、安装状态与舱体变形情况的分析,提出了一种敏感器在设计阶段布局的分析方法。在地面进行了模拟充压试验,验证了分析方法的有效性。根据分析和试验结果在型号后续设计中进行了相应的布局改进,改进结果满足了敏感器安装精度要求并经过了飞行试验验证。     

一种应用于控制系统半实物仿真的数字式摆角采集系统的设计与实现

针对飞行器控制系统半实物仿真试验中,原有伺服机构摆角采集系统模拟量输出干扰大的问题,设计实现了一种数字式摆角采集系统。数字式摆角采集系统采用光电码盘传感器,传感器输出的是数字量,解决了干扰大的问题。数字化伺服机构摆角采集系统主要包括光电码盘传感器、码盘数据采集板卡、摆角采集计算机及通信线缆等部分。其中,码盘数据采集板卡通过FPGA编程实现EnDat通信功能,按照EnDat协议与光电码盘传感器连接,实时采集和处理传感器信息。通过试验结果表明,该系统能够快速上传摆角采集值,提高了采集精度,具有良好的实时性。     

航天器运输的力学数据采集、存储和分析方法

为了实时地监测及分析航天器运输过程中的力学环境,提出了使用移动数据记录仪实现数据的本地自动采集和存储方法,可对采集的海量数据自动批处理进行参数的时域及频域分析,分析后结果可直接反映与力学环境要求指标的符合性;另外,可将采集的GPS信号与力学数据匹配进行多维分析,以指导后续航天器同路线的运输。     

频率计数器在航天器信号频率测量中的适用性分析

从频率计数器的工作原理出发,分析了航天器测控通信中常用的调相信号、调频信号和相移键控信号的频率测量误差,给出了调相信号和调频信号的测量误差表达式。使用频率计数器对上述3种航天器信号进行了频率测量试验。理论分析和试验结果表明,频率计数器适用于航天器调相信号和调频信号的频率测量,不适用于相移键控信号的频率测量。在实际使用中,为保证测量精度,应根据被测信号的调制方式选择适当的测量方法。     

航天器大型密封舱垂直进舱工装设计

文章根据大型密封舱总装过程中垂直进舱的实际需求,结合航天器大型密封舱的结构和布局特点,介绍了进舱吊篮、分段式组合梯和电机驱动3种垂直进舱工装方案。在比较这3种方案优缺点的基础上,又从舱外总装平台特点、对密封舱舱体的影响、总装环境适应性和垂直进舱方案安全性等进行了分析。本进舱工装方案可为未来航天器大型密封舱垂直进舱工装的设计提供借鉴。     

一种航天器热平衡试验温度稳定判据确定方法

针对典型航天器热控设计与传热过程特点,建立了设备与舱体动态耦合换热集总参数模型。提出了一种基于热时间常数的航天器热平衡试验温度稳定判据确定方法,给出了双节点耦合换热型航天器系统的热时间常数定义,建立了热平衡温差与温度变化率的对应关系。提出了基于Levenberg-Marquardt最小二乘法温度曲线拟合的热时间常数实时修正方法,该实时修正方法可用于多节点耦合换热航天器热平衡温度稳定判据确定。讨论了目前广泛采用的航天器热平衡试验温度稳定判据的适用性,研究结果可用于指导航天器热平衡试验中温度稳定判据确定。     

柔性航天器舱体搬运时输入整形振动抑制方法和原理试验

针对柔性航天器空间搬运过程中的振动问题,采用输入整形技术对舱体搬运的位移-时间历程进行修改,降低搬运动态过程对柔性舱体的振动激励,实现舱体振动抑制。设计了柔性舱段和太阳电池翼的缩比实验模型,在直线运动平台上通过原理试验,验证了搬运过程中舱体位移-时间历程整形对抑制柔性舱体振动的有效性。     

一种分布式信息融合的航天器实时轨道确定算法

针对传统航天器集中式实时轨道确定方法对计算中心依赖性强、鲁棒性差等问题，在分布式混合信息滤波算法(DHIF)的基础上，提出一种基于分布式信息融合的航天器实时轨道确定算法。通过该算法各测站融合自己和邻居节点的状态信息及量测信息，可同时对目标航天器进行局部实时定轨。该算法支持包含多类型传感器的观测网络，对定轨系统局部变化适应性强。仿真结果表明，该分布式定轨算法使各测站局部定轨精度优于单站滤波定轨精度，且一致逼近于多站集中式滤波定轨精度，测站局部定轨的收敛速度取决于测站网络通信的拓扑结构。     

航天器狭窄封闭空间内间距测量方法

针对某型号总装过程中,两球面舱体装配之后形成的密闭空间曲面间隙测量,设计了一套基于直线位移传感器的测量系统,采用电阻值变化反映位移的方法,对该空间间隙进行精密测量。整个测量系统包括数据采集、存储和处理子系统。为了保证系统的精度,设计了标定系统。测量实验表明,整个测试系统能够对两球面舱体间隙进行测量,测量精度可达0.005mm。     

NPF算法在X射线脉冲星导航中的应用研究

针对X射线脉冲星导航中航天器模型的强非线性、高阶模型不确定性等问题,提出应用非线性预测滤波(NPF)算法实时估计航天器的轨道信息。首先,建立具有模型不确定性的X射线脉冲星导航定轨指标函数,优化得到满足指标函数最小的系统模型误差值,通过降低模型不确定性的影响来提高航天器自主定轨精度。对STK生成的“火星探路者”和“金星快车”及“北斗一号”三种航天器轨道数据进行分析,仿真结果表明,该算法比EKF算法具有更高的定轨精度,能够满足深空以及近地轨道航天器的自主定轨精度指标要求。