用于PDPA校准的标准气溶胶发生器性能研究

喷注器、喷嘴是低温液体火箭动力系统的核心部件,其雾化特性对燃烧效率和燃烧稳定性有直接的影响。通过激光相位多普勒测量系统(Phase Doppler Particle Analyzer简称PDPA)可以获得不同设计参数下喷雾场的粒径分布等重要数据。标准气溶胶发生器是校准和测试激光相位多普勒测量系统的基准源,通过其产生的标准粒子可以调校和修正系统测量误差。结合液体火箭动力系统喷注器雾化测量特点和散射粒子特性,对比分析了几种典型粒子发生技术,最终选择振动孔式单分散粒子发生器作为PDPA系统校准的基准源,并提出了一种标准气溶胶发生器的分析评定方法,通过该方法分别获得了发生器的均匀性、球形度、精度和稳定性等技术性能指标,证明该型发生器在喷注器雾化光学测量校准应用中具有适应性和可靠性。     

低温推进剂测量技术研究及系统实现

当前航天运载器普遍使用低温液氢、液氧及煤油作为推进剂,国内外普遍采用电阻式、电容式、差压式液位测量方案,国外已推出应用于低温液位测量的超声式、雷达式液位传感器。介绍几种低温液位测量方法的原理及应用特点,针对运载火箭高精度、连续、动态液位测量特点及需求,设计一套低温液位测量系统。测量系统包括新型分节电容连续液位传感器、变换器以及液位处理软件,首先将液位信号变换为三角波-线性波双特性电压信号,实现大量程低温液位的分段连续测量,然后利用双特性算法计算液位高度。液位测量系统测量范围为0~20m,测量精度达到±2mm,传感器环境适用温度范围为20K~500K。液位测量系统已在新一代液体运载火箭上推广运用,并已具备工业应用条件。     

数字式低温液位测量系统

液体火箭发动机试验中,低温推进剂(液氢、液氧、液态甲烷等)的稳态流量是发动机设计的重要参数。目前用自主研制的分节式电容液面计、电容变换仪、采集设备和计算机组成流量测量系统,实现氢氧发动机高空模拟试验及校准试验中高精度稳态流量的测量和实时液位监测。为了提高电容式液位计的测量精度和可靠性,对变送仪表的性能进行了改进。研制了基于FPGA的数字式液位测量仪,测量系统仅由分节式液位传感器、数字式液位测量仪和计算机构成一套完整的解决方案,实现了仪器的智能化和数字化。     

低温推进剂液位监测系统设计

以液体火箭发动机地面试验用低温推进剂为研究对象,建立了以电容式液位传感器和C-V线性电容变送仪为主体的低温推进剂液位测量系统。经某型号氢氧发动机真实试车过程中的搭载试验证明,该系统能准确、快速的跟踪并实时显示低温容器中的液位值,具有精度高、重复性好、操作简单及安全可靠等质量特性,很好的解决了试验过程中低温推进剂液位实时监测显示的技术难题,具备了应用地面试车试验的条件。     

基于图像处理的液位测量技术研究现状与发展趋势

基于图像处理的液位测量技术具有非接触式测量、应用范围广、占用体积小等突出优势,在工业、化学以及水文监测等领域有着广阔的应用和发展前景。随着图像处理算法的改进和工业相机性能的提升,图像液位测量技术的各项性能指标也得到了显著提高。为进一步研究基于图像处理的液位测量技术,梳理其基本工作原理、分类及研究现状,并分析发展趋势和前景,为研究精度更高、应用更广的液位测量技术提供依据。     

陆海激光卫星高程测量的思考

为满足新形势下陆海激光卫星高程测量的需求,分析了高精度高程控制点数据获取、森林生物量估算、浅海及海岛礁地形测绘、"三极"区域高程变化监测等方面的需求,提出了发展多波束激光卫星测高的初步设想,并就高精度激光指向测量技术、距离门宽度动态适应调整技术等关键技术问题进行了探讨。     

一种改进的星载分布式SAR相位保持成像算法

针对Chirp Scaling算法在推导中对相位采用近似处理而导致相位保持精度不能满足分布式星载InSAR系统对高程测量精度要求的问题,在对线性调频信号脉压处理中相位变化规律进行分析的基础上,结合星载分布式SAR数据处理对信号相关性的要求,推导了适用于星载分布式SAR数据处理的相位补偿公式,进而提出一种能够实现高精度相位保持的改进Chirp Scaling成像算法。算法精确补偿了包括复常数相位项、移零频所引入的线性相位项、距离向残留三次相位项及距离压缩后非均匀采样所引入的相位误差,并且能够实现分布式InSAR复图像对的粗配准。最后,给出了一种理论相位的计算方法,并通过计算机仿真验证了算法的有效性。     

基于扩频技术的相对距离自主测量方法研究

为了自主完成诸如分布式雷达成像等任务,需要获得多个目标之间实时、高精度的相对距离,并进行数据交互。本文首先介绍了一种多目标相对距离自主测量的方法,分析了时钟基准频差对相对测量的影响;然后给出了基于扩频技术的相对距离自主测量设计方案,讨论了降低误差的途径;最后仿真分析了伪码和载波相位跟踪环路,给出了仿真结果。     

空间应用激光干涉测距技术发展综述

近年来,长基线高精度激光干涉距离测量技术的空间应用,为空间引力波探测(天琴计划、太极计划、LISA计划)、系外生命探测(觅音计划)、先进重力场测量(GRACE Follow-on)等大科学计划,以及高精度多星组网技术的实现提供了不可或缺的条件。ESA研制的星间激光干涉测距仪随GRACE Follow-on卫星于2018年5月发射实现了在轨应用,能够在220km距离上实现1nm@100mHz的测距精度,代表了目前远距离星间测距的最高水平;此外,ESA和NASA正在联合开展百万千米距离上pm量级精度的超高精度激光测距研究。高精度星间激光干涉测距是空间科学与空间技术的发展方向和迫切需求,是国际航天强国竞逐的制高点,属于国际最先进的前沿技术之一。文章紧跟空间应用高精度距离测量技术发展趋势,调研国内外该领域的研究进展,梳理、识别星间长基线nm量级、pm量级高精度激光干涉测距的关键技术,为支持中国未来pm量级星间激光干涉测量系统研究,抢占星间高精度测量领域的制高点提供参考。     

基于载波平滑伪码的高精度航天扩频体制测距技术

在航天扩频测控系统中，伪码测距技术可以有效避免相位模糊，但是码长也限制了其相位测量精度，而载波测距技术则具有更高的相位测量精度。针对扩频测控体制，提出了一种基于载波平滑伪码的高精度航天扩频体制测距技术，该技术利用锁相环获得的载波相位对伪码值进行平滑，在保留伪码测距无相位模糊特性的基础上进一步提升测量精度，从而减小测距接收机的随机误差。仿真结果和试验数据表明:该方法能有效提高星地测距精度，测量精度达到毫米量级，具有很强的实用价值。     

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...     

基于卡尔曼滤波的时分星间信号跟踪技术研究

在星间链路领域的测量过程中，时分双工体制星间测量逐渐成为新兴技术，而时分信号的跟踪精度决定了接收机测量误差。传统的接收机载波跟踪环路可以保证对连续信号的稳定跟踪，但受相位抖动的影响较大，且对于时分双工体制间断信号，会出现开环阶段跟踪结果发散的问题。针对以上问题，提出了一种基于自适应卡尔曼滤波的时分信号跟踪技术，采用卡尔曼滤波器对鉴相结果进行处理，在开环阶段根据前一时刻的最终状态对频率进行稳定外推。相比于传统跟踪环路，该技术的载波相位跟踪误差绝对值均值降低了92.9%，标准差降低了93.5%。实验结果表明，该技术不仅实现了开环阶段载波相位的稳定跟踪，且有效抑制了闭环阶段相位抖动的影响，对实现时分双工体制星间精密测量具有重要应用意义。     

卫星推进剂剩余量测量技术地面试验研究

根据气体注入压力激励测量方法，研制了动态、高精度测量卫星液体推进剂剩余量原理样机，该样机以通信卫星双组元推进系统为测量对象。详细给出了利用该样机进行的地面试验情况，特别是测量数据平滑处理技术和液体蒸汽压误差修正技术。试验结果表明，当推进系统工作状态正常时，剩余液体体积量的测量误差小于贮箱总体积的１．０％，而当推进系统有小泄漏时，则小于２．０％。     

基于码元同步环路的激光测距通信一体化算法优化研究

精密测距与高速通信一体化技术已发展成为星间激光链路的主要研究方向之一。为了探究基于空间激光通信系统的通信解调算法对测距性能的影响机理，根据现有的激光通信系统架构，分析了测距通信一体化系统的工作原理，搭建了基于码元同步的激光测距通信一体化系统模型，分析了基于Gardner同步环路信号跟踪系统的测距精度，并对鉴相算法进行了优化。理论和仿真证明，优化后的码元同步环能够同时实现码元同步判决和距离解算，并得到了4 dB的噪声容忍度提升，其测距方差主要与基带成型滤波参数、环路带宽、载噪比以及鉴相增益等因素有关。该算法简洁，不受载波相位影响，对高阶调制具有良好的兼容性，适用于空间激光链路系统，丰富了测距通信一体化理论，为后续一体化系统设计提供了仿真依据。     

液体火箭发动机喷管冷却槽数字化加工技术

主要针对现有液体火箭发动机喷管冷却槽数字化加工方法与工艺技术存在的精度保证与效率提升难题,在已开发的加工工艺和加工系统的基础上,重点研究了局部光亮面蓝油处理技术,在喷管光亮面均匀涂抹蓝油以降低局部反光程度,局部光亮区域经蓝油处理后的激光测量精度得到改善.激光传感器可靠校准技术,借助于三角形辅助支架安装激光传感器在滑枕端部,保证传感器安装后的位置是固定不变.自动清根加工技术是利用软件生成程序,执行清根程序,人工调整角度分度.在某喷管产品上对上述关键加工革新技术进行了工艺试验验证.通过验证试验,加工后的喷管槽深及壁厚尺寸误差均控制公差范围以内,较好地满足了喷管尺寸精度要求.应用于实际生产中,自动化加工比例提升,零件合格率提升,加工效率提高了30％.     

基于窄脉冲的脱靶量测量误差补偿算法

在利用基于窄脉冲的单通道测量系统进行标量脱靶量测量时,由于收发天线必须分置而导致冲激雷达系统具有较大的系统误差,从而对标量脱靶量等参数的估计精度带来影响。文中针对该误差提出了一种补偿算法,在单通道测量系统的基础上,增加一接收天线通道,利用目标散射点与双通道接收天线、发射天线所构平面中的三角关系对系统误差进行补偿。仿真结果表明,该误差补偿算法可以极大地改善系统测量精度,进而提高标量脱靶量等参数的估计精度。     

一种便携式高精度超声流量仪

研究一种超声波传播方向平行于液体流动方向的流量管和以此为基础的超声流量仪。针对流量系统的新型流量管结构推导两种流量算法并进行误差分析,其中一种算法可以减小由声速变化引起的误差,从而提高系统的测量稳定性,也为流量管的改进方向提供了思路。使用测显比曲线修正管道中流体流速分布不均匀的影响以提升测量准确性,试验证明,在测量范围内,系统测量的平均示值误差不超过0.2%。     

一箭多星发射卫星空间距离测量与预报技术

多星空间距离测量是一箭多星发射的一项重要任务。由于站点分布限制和轨道条件约束,国内多数卫星存在地面不可监测弧段,传统的地基测定轨方法无法满足全弧段连续性要求。针对上述问题,对星间距离测量技术进行了研究,提出了利用GPS进行星间距离测量的方法;并提出利用基于GPS数据的简化动力学模型法及多项式拟合法进行星间距离测量和预报,结果显示,预报10min的位置精度为数十米量级。该方法突破了地基测控可见区的限制,实现了全弧段的轨道确定,并规避了GPS接收机可能存在的短时中断或由于通信原因不能实时获得测量结果的风险;可为分析确定多颗卫星间的安全距离提供参考。     

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。     

体积激励法测量液体推进剂量的地面模拟试验

针对大贮箱推进剂量测量精度不高问题,研究一种测量精度较高、重复性强的液体推进剂量测量方法。首先介绍体积激励法测量推进剂量的测量原理,重点分析地面模拟试验装置组成,包括体积激励装置、编码电机控制、数据采集及数据处理分系统。其次阐述试验方案,试验在常温常压下进行,采用不同激励频率改变体积。最后,以水作为模拟推进剂开展地面模拟试验,结果表明在不同填充水平下液体推进剂量测量误差都控制在贮箱总体积的1%以内,为未来高精度测量推进剂量飞行试验及空间应用提供可靠支持。