一种应用于多飞行器跟踪拍摄的控制系统 半实物仿真虚拟环境设计与实现

针对多飞行器跟踪拍摄的控制系统仿真验证需求,在飞行器控制系统半实物仿真试验中,原有图像测量装置及目标模拟器在目标识别过程中试验成本高、调试复杂程度高的问题,设计实现了一种基于头体相对位置的图像测量实物等效装置,解决了试验准备周期长、试验成本高的问题。试验结果表明,图像测量装置实物等效器闭路制导仿真试验技术既逼近了实际应用环境,提高了试验的真实性和可靠性,又降低了试验成本。     

双捷联冗余技术在长征二号丁运载火箭上的研发与实践

介绍了双捷联冗余技术在长征二号丁(CZ-2D)运载火箭上的研发与实践。阐述了采用双八表惯组和光纤惯组的必要性,以及激光/光纤双捷联惯组的优势。给出了基于采用主从冗余设计的激光/光纤双捷联控制系统的组成,以及突破的故障诊断与决策、全方位发射、组合导航、方位瞄准及参数测量、三CPU冗余计算机等关键技术。飞行试验验证了双捷联冗余技术总体设计的正确性。展望了运载火箭惯导技术中二度故障重构率提高、组合导航改进、双捷联主备份互换、大角度空中滚转定向、十表惯组应用等的后续发展。双捷联冗余控制系统的应用,提高了全箭飞行可靠性和任务适应性,以及入轨精度,减轻了火箭末子级的质量,增大了运载火箭的运载能力,为光纤惯组在运载火箭中的应用积累了成功子样。     

基于稳流电路退化过程建模的激光惯组剩余寿命预测方法

针对激光陀螺仪周边控制电路的可靠性大大低于激光陀螺仪,而其稳定性又会对惯组可靠性产生很大影响的特点,提出了基于稳流电路退化过程建模的激光惯组剩余寿命预测方法。该方法从激光惯组误差产生机理出发,以稳流电路左右两路输出电流差值为激光惯组的一项健康指征,先根据取样电阻、运算放大器和场效应管等元器件的衰变曲线获得稳流控制电路仿真衰变数据,然后用ARMA模型对衰变数据中的两路输出电流差值数据进行拟合,进而对激光惯组剩余寿命进行预测。仿真试验证明了该方法的有效性。     

基于横滚隔离平台的旋转弹惯导系统实现方法研究

为实现反舰导弹的可靠拦截并满足导弹小型化及低成本,对一种基于横滚隔离平台的旋转弹惯导系统实现方法进行了研究。采用横滚隔离平台与成像系统消旋平台复用,建立消旋稳定控制系统的模型,经仿真验证了横滚隔离平台能保证惯导系统在较稳定的载体环境中工作。给出了捷联惯导的初始对准算法,选择捷联惯导自对准算法,经分析发现算法的估计与理论分析结果一致。设计捷联惯导解算算法,用单回路等效旋转矢量三子样算法更新姿态矩阵;在杆臂补偿的前提下用四阶龙格-库塔法更新弹体速度与位置,用数字仿真验证了设计的惯导算法能满足导航精度的要求。选取典型弹道进行评估,仿真结果表明,设计的算法精度基本满足工程实现要求,验证了方法的可行性。     

捷联惯导/星敏感器组合系统的在轨自标定方法研究

研究了捷联惯导/星敏感器组合系统中对陀螺仪和星敏感器进行在轨自标定的方法。分析捷联惯导系统和星敏感器的误差源,对陀螺仪随机漂移和星敏感器安装误差进行建模并列入系统状态,建立系统状态方程;利用捷联惯导输出的载体位置、姿态与星敏感器输出的姿态矩阵来构造量测,建立量测方程。设计卡尔曼滤波算法,经过滤波计算获得陀螺仪随机常值漂移和星敏感器安装误差的估计值,从而实现组合系统的在轨自标定。仿真结果表明,基于卡尔曼滤波的在轨自标定方法能够标定出85%以上的陀螺仪随机常值漂移和95%以上的星敏感器安装误差。     

捷联惯导/星敏感器组合导航技术研究

针对在捷联惯导系统中陀螺的误差存在随着时间积累而逐渐增大的缺点,提出了捷联惯导系统+星敏感器的组合导航方案,并进行了仿真及结果分析。以Kalman滤波为基础,通过将捷联惯导系统和CCD光学传感器所测得的飞行器相关姿态信息进行数据融合,估计出组合导航系统的误差状态量,进而修正捷联惯导系统的位置、速度和姿态角。详细推导了捷联惯导+星敏感器组合导航的算法,并通过对仿真结果的分析证实了该方案的可行性和算法的有效性。     

捷联惯组空间五点减振的振动耦合分析

针对某型光纤(FOG)捷联惯组(SINS)的轻量化设计要求,采用了空间五点减振的布局方案。基于弹性中心理论计算了空间五点减振系统的弹性中心和偏心量,在捷联惯组存在质心偏移的情况下,增设第五点减振器可以将减振系统的弹性中心和捷联惯组惯性测量系统质心之间的偏心量减少到1.42mm。从刚体动力学出发对振动耦合的解耦条件进行了讨论,指出捷联惯组在惯性主轴偏移的情况下,空间五点减振系统无法实现角振动的解耦,但是通过调整IMU结构布局的质心,或通过调整减振器的刚度比,都可以实现线振动和角振动的解耦。用有限元方法对上述两种解耦方案下捷联惯组的冲击响应进行了计算,仿真结果表明,调节质心和调整减振器刚度两种方法对于降低IMU振动耦合的效果均较为理想,由线冲击引起的角振动降低了约29~100倍。     

基于惯性系的双轴旋转式惯导系统转位方法

针对双轴旋转式惯导系统中不能自动补偿标度因数误差与地球自转耦合误差的问题,提出了一种改进的转位方法。该方法不增加转轴数目,通过补偿地球自转在转轴平面的投影抑制耦合误差项,计算结果表明该方法适用于激光陀螺惯导系统和光纤陀螺惯导系统。利用改进的转位方法对双轴旋转式惯导系统进行仿真,仿真结果验证了该方法的可行性。研究结果为双轴旋转式惯导系统的工程设计和改进提供了一定的理论支持。     

惯导/测距/测速相结合的安全软着陆自主导航方法

针对地外天体软着陆中惯导误差随时间增大,无法提供准确的高度和三维速度信息的问题,提出了一种惯导、测距和测速相结合的安全软着陆导航方法。该方法以惯导为基础,利用测距仪修正惯导的高度信息,利用测速敏感器修正惯导的速度信息。详细介绍了惯性导航的基本原理及测距、测速组合修正的策略,对软着陆过程的动力学模型、敏感器测量模型、滤波方程、地形对修正的影响,以及组合使用的策略和算法等问题进行了论述。数学仿真结果表明惯导、测距和测速相结合的方法能够满足安全软着陆的需要。     

基于捷联惯导的船载新型阵列雷达阵面姿态测量系统设计

针对大型船载新型阵列雷达需重新考虑捷联惯导安装设计问题,简单介绍捷联惯导基本工作原理,设计单轴旋转机构激光陀螺捷联惯导新型阵列雷达阵面姿态测量系统,详细说明系统的组成结构,并通过仿真试验给出在组合导航模式下姿态测量结果,证明系统可满足船载新型阵列雷达阵面姿态的精确测量要求。     

快速控制原型仿真技术应用

快速控制原型技术在汽车、航空航天等领域得到了广泛的应用.快速控制原型技术改变了传统设计方法,提高了系统开发效率,降低了系统开发费用.采用基于PC构造的快速原型系统,造价低、硬件开放性好.本文介绍了基于xPC的快速控制原型开发方法,构造了采用xPC的分布式仿真构架.最后,通过一个具体的实例,说明快速控制原型技术在产品研制过程中的应用.     

远距离无源射频识别系统设计

文中给出射频识别系统的设计方案 ,系统采用反向散射调制技术完成从电子标签到读写器的数据传输。接收机采用零中频直接变频方案 ,电路简化 ,可有效地降低成本。抗冲突协议采用两种模式。测试结果表明 ,该方案达到了设计指标 ,可满足实际射频识别应用系统的要求     

螺旋波等离子体推进器磁场仿真

推进工质电离、加速、喷出过程以及电羽流的污染控制等都与磁场密切相关。磁场位形的仿真设计对于提高螺旋波等离子体推进器的性能至关重要。基于等效磁荷方法建立了专门针对螺旋波等离子体推进器的三维磁场仿真模型, 计算出圆柱形与圆环形铷铁硼(Nd-Fe-B)永磁体组合产生的磁场位形及磁场强度分布特征。该模型为改进电推进器实验方案提供必要的参考和指导;通过大量仿真计算与分析, 从大量的磁铁构型方案中优选出合适的磁铁构型, 可以缩短螺旋波等离子体推进器的实验周期, 降低成本, 加快电推进器的研发进度。     

真空热试验中红外笼对伞状天线非稳态加热过程数值仿真

文章针对真空热试验红外加热装置计算机辅助设计中的非稳态过程模拟问题,以一种较为复杂的伞状天线结构为例,以红外笼作为加热装置,对真空热试验环境下的加热过程进行数值仿真研究。采用红外笼的等效加热面模型简化仿真模型,使计算负荷可以达到工程应用的水平,同时满足模拟精度的要求。数值仿真与试验数据对比证明,所采用的计算方法可以为红外笼等红外加热装置的设计提供准确的非稳态加热过程模拟。     

火箭发动机七机并联机架预应力模态分析及优化

针对新一代载人运载火箭七台火箭发动机并联机架在大推力作用下的非线性振动问题，开展了七机并联传力机架的预应力模态分析及优化设计方法研究。以该研究为基础，发展了一种预应力条件下机架材料等效替换方法。在不改变结构传力路径的情况下，通过结构预应力频率优化设计，能够有效降低机架材料物性参数改变所带来的低阶预应力频率误差，以此降低传力机架在动静联合试验时的试验成本。针对七机并联机架结构开展了钛合金和不锈钢材料等效替换，结果表明优化后的不锈钢机架相比原始的钛合金机架，刚度和动力学特性变化维持在合理变化范围之内，验证了该方法的有效性。     

火星环绕器推进系统建模与可视化研究

针对液体推进系统的联合仿真演示需求,基于模块化建模思想,根据守恒方程和状态方程,应用AMESim开发了通用液体火箭发动机组件模块库并建立了推进系统仿真模型,利用Simulink和LabVIEW开发了仿真控制模块和视景仿真模型,搭建了全系统联合仿真环境与平台.结合某型火星环绕器推进系统的任务要求以及具体构成,实现了该火星...     

Design-to-Cost Applied Within an Integrated System Model

In an environment of declining financial budgets for space projects, new approaches - such as Design-To-Cost - are being implemented to improve today's satellite design processes. Using an example of a current mission (the power subsystem of the Solar Probe spacecraft) under study at NASA's Jet Propulsion Laboratory, the main part of the paper discusses an Integrated System Model (structured into a performance model, a cost model, and an effectiveness model) that is part of a model-based design process used to perform cost-effectiveness trades. A simulation tool is used during the first step to size the components of the power subsystem, and then simulate its performance during operation. The determined dimensions are transferred into an EXCEL^TM-spreadsheet and linked to the components' costs. With a cost accounting tool that combines cost estimating relationships with the Work Breakdown Structure of the power subsystem, the life-cycle cost of each alternative design concept is computed. To determine the cost-risk of the different design alternatives for each component, cost probability distributions are introduced. By performing Monte-Carlo simulations, cost sensitivities are revealed. In the next step of the trade study process, the effectiveness of the alternatives is analyzed. Having determined cost and effectiveness, estimates can be made for where the different alternatives lie in the design space. The last part of the paper identifies the main drivers for the spacecraft's performance and cost. Finally it is shown how the mission design benefited from the Integrated System Model and from the application of Design-To-Cost.     

微小航天器单相流体回路自主热控地面实验研究

单相流体回路是解决微小航天器热控问题的一种重要手段,但是由于其内热源功率密度高、轨道热环境变化复杂,要求其具有高度自适应控制能力。为满足开展微小航天器单相流体回路自主热控研究的需要,提出了一种单相流体回路核心部件-微机械泵的PWM控制策略及实现算法,设计并搭建了其地面等效模拟实验装置,实现了该单相流体回路包括微机械泵驱动电压-压差输入输出关系、热源载荷变化及微机械泵转速变化的开环动态特性实验研究,并在此基础上完成了所提出的单相流体回路自主控制方法控制效果的地面等效模拟实验研究,达到±0.5℃以内的自主控温效果。该控制策略除了可以实现高精度自主控温以外,由于机械泵功耗基本上与热载荷成正比,还可以减少热控系统运行能耗,因而在能量供应有限的微小航天器上具有广阔应用前景。     

真空热试验热电偶测温参考点分析改进

热电偶测温系统是真空热试验中最常用的温度测量系统,温度参考点是热电偶测温系统的重要组成部分。文章分析了热电偶温度参考点的各项技术要求,为参考点结构设计、热设计、电装工艺等提供了依据;同时结合温度参考点的现状,为简化操作,降低使用风险,提出了一种优化改进结构方案,并进行了热分析计算以及试验验证,结果表明该方案完全满足参考点各项技术要求。     

运载火箭贮箱增压消能器流场数值仿真方法研究

在液体运载火箭贮箱的入口,通常采用增压消能器对贮箱增压气体进行均流、减速,使增压气体平稳、缓慢地降落在推进剂液面上。增压消能器通常由多层筛网、导流锥、扩容腔等部件组成。根据美国NASA的半人马座火箭采用的喇叭口消能器结构和参数,使用计算流体力学(CFD)方法对该种喇叭口形消能器的稳态工作过程进行了数值仿真,获得了消能器工作时的内部流场。通过与美国Lewis中心的消能器试验数据对比,发现仿真结果与试验结果吻合,验证了仿真方法的正确性。研究表明:消能器内部的一级筛网是产生能量损耗的主要来源,设置容腔及增大流通面积能有效降低气体的流动速度,多层筛网对均匀气体分布起到很好的效果。本文应用的流场仿真方法可以推广至其他类型的消能器,为增压消能器的选型、优化设计起到参考作用。