低轨微纳卫星全磁自主导航算法研究

针对低轨微纳卫星体积小、功耗低的设计约束,提出了基于低轨地磁的定轨/定姿全磁自主导航算法.该算法仅利用三轴磁强计测量值和卫星动力学方程建立Kalman滤波器,实现了低轨微纳卫星的全自主轨道确定和姿态测量,理论仿真结果表明,该全磁导航算法精度能够满足低轨微纳卫星的一般要求.利用高精度地磁模拟器搭建了微纳卫星全磁自主导航地面仿真验证系统,对算法进行了全物理仿真测试和实验误差分析,进一步验证了全磁自主导航算法的可行性,为低轨微纳卫星提供了一种低成本、高自主、高可靠性的导航方法.     

微小型无人机用微磁数字罗盘集成系统的设计

 针对现有微磁数字罗盘成本高、输出频率低、动态定姿时易发散等问题,结合微小型无人机(MUAV)导航与控制系统的组成特点,设计了一种利用MUAV机载微惯性测量单元(MIMU)中的天向陀螺输出判断无人机的运动状态,采用MIMU中的3轴加速度计组件测量的地球重力矢量,配合3轴磁阻传感器测量的地球磁场矢量,共同进行姿态确定的微磁数字罗盘集成系统。对传统的环境干扰磁场校正方法进行了完善与验证,使之适合于空间三维定姿。试验结果表明：系统总体性能良好,航向精度可达0.5°,成本为同类产品的1/5,输出响应可达50 Hz,满足应用于MUAV导航控制系统的微磁数字罗盘的高精度、低成本和实时性的要求。     

微型无人机磁航向测量系统的设计与实现

基于地磁测量原理的磁阻传感器具有体积小、启动快、功耗低等优点,以磁阻传感器为核心设计并实现了一种低成本微型无人机磁航向测量系统,介绍了磁阻传感器的工作原理,给出了航向角的计算方法,对硬件电路和软件设计进行分析研究。转台实验表明,基于磁阻传感器的微型无人机磁航向测量系统达到了设计要求。     

质量矩固体推进微纳卫星自适应反演控制律设计

为解决微纳卫星利用固体火箭推进器进行快速轨道机动时的姿态翻滚问题,提出了利用质量矩技术对卫星的俯仰、偏航通道姿态进行稳定控制。首先考虑推进剂燃烧、质量块运动等因素引起的系统质量特性参数的变化,建立质量矩固体推进微纳卫星姿态动力学模型;然后分析了推进剂燃烧、质量矩控制引入的系统模型参数不确定性、连续有界未知干扰;随后基于反演控制方法,设计了卫星姿态角和姿态角速度双回路自适应滑模动态面控制器,利用自适应算法调节控制参数估计来补偿不确定因素的影响;基于Lyapunov函数证明了闭环系统的稳定性。最后,通过数值仿真验证了控制算法的有效性。     

适用微纳卫星的便携测控站设计

针对微纳卫星的测控数传需求,利用业务无线电及ISM(Industrial-Scientific-Medical,工业-科学-医疗)频段和设备,设计了适用微纳卫星的便携式测控站,包括ISM和VHF/UHF(Very High Frequency/Ultra High Frequency,甚高频/超高频)2个通道;优选了COTS(Commercial Off The Shelf,商用现货)ISM通信电台和VHF/UHF全模式电台、VHF/UHF八木天线、S频段花瓣式网状抛物面天线等部组件,3副天线共用1个伺服机构;并对ISM和VHF/UHF信道的上/下行链路电平进行估算。结果表明:该多频段多通道便携测控站的设计方案可行性好,效费比高,并已在相关微纳卫星的测控应用中得到验证。     

基于微服务的栅格地图网络化分发技术设计与实现

介绍了栅格地图数据网络化分发技术设计及其应用,实现了地图引擎和地图数据的解耦。通过研究栅格地图数据结构和OGC接口标准,提出一种基于微服务的地图服务框架,设计了面向网络的卫星影像、地形高程数据解析算法和Restful分发接口,该技术可为多源异构地图引擎提供地图数据源及服务。经过试验,机载GIS引擎及非嵌GIS引擎均可调用、显示该服务,该技术可广泛应用于机载后舱、地面站、网信体系等领域,未来网络条件成熟也可应用于机载前舱。     

某型机载惯性/卫星/大气多信息融合MEMS航姿系统的设计与实现

针对机载MEMS航姿系统中器件精度低且易受干扰导致其姿态性能降低的问题,提出了一种基于大气/卫星信息辅助的航姿系统融合方案。构建了多源传感信息辅助下的综合航姿系统方案,所设计系统具有多种工作运行模式,可根据传感器可用状态实现滤波器的无缝切换,建立了组合导航系统状态和量测模型,采用Kalman滤波方法实现多源信息的融合与估计,并开展了原理样机的跑车试验。试验结果表明,所设计的融合方案能有效保障航姿系统的可靠性与精度,具有较高的工程应用价值。     

原子磁力仪的空间应用及发展趋势

在太空探索中,磁场测量为很多重要的科学研究提供了数据支撑。空间探测器和磁测卫星均多次采用原子磁力仪作为磁场测量的主载荷,原子磁力仪在空间磁场测量中发挥着不可替代的作用。回顾了用于空间磁场测量的原子磁力仪的发展历程,总结了不同种类原子磁力仪的技术特点,分析了空间应用原子磁力仪载荷的发展趋势。     

基于同步双口SRAM的原子磁强计磁共振相位提取系统设计

针对原子磁强计磁共振激励信号相位提取过程中,数据量大、实时性强、同步要求高等特点,设计了一种基于同步双口SRAM的磁共振相位信息提取系统。首先利用FPGA控制高速同步采样AD进行数据转换;然后经同步双口SRAM实现数据的高速缓存和同步读写;最后由DSP经外部中断触发定时读取缓存的数据,并进行数字锁相处理,提取相位信息。实验结果表明:该系统对频率为35~350kHz之间的正弦信号相位提取稳定度达到0.006°,满足原子磁强计静态噪声小于20pT的应用要求。     

空间探测原子磁强计的主动磁补偿实验

在空间探测过程中,采用高灵敏无自旋交换弛豫(SERF)原子磁强计在行星表面进行磁场测量是原位物质成分分析的有效手段之一。为了提高SERF原子磁强计的磁场测量灵敏度,必须减小外界磁场扰动对其原子自旋SERF态质量的影响,基于SERF原子磁强计的测量原理,设计了一套主动磁补偿系统。首先,通过测量驱动激光光强获得3个方向的磁场信息;在此基础上,控制电流源和线圈主动产生一个与外界磁场扰动大小相同、方向相反的磁场来补偿扰动,以提高原子自旋SERF态的质量;最后,结合现有的SERF原子磁强计实验平台进行了实验验证。实验结果表明,与手动补偿方式相比,采用本文所述的主动磁补偿系统,可以实时跟踪磁场补偿点,降低系统信号的噪声,补偿了外界磁场的扰动,验证了磁强计主动磁补偿技术的有效性,为后续样机的研制奠定了技术基础。     

基于磁强计测量的微小卫星轨道姿态 耦合确定方法

针对基于磁强计测量的微小卫星, 提出了基于串并联混合策略的轨道姿态 耦合确定方法。滤波初期,考虑到估计误差较大,采用先地磁场大小测量的轨道确定、 后地磁场矢量测量的姿态确定的串联策略;稳定后,采用基于矢量测量的轨道、姿态同 步确定的并联策略。为降低轨道、姿态确定的相互影响,设计了基于信息的鲁棒Kalman 滤波,通过自动调节增益矩阵处理两个滤波系统间的影响。仿真表明,该方法在提高鲁 棒性的同时,还能适当提高状态估计的精度。     

一种桨尖暖喷微型动力系统的设计与实现

桨尖喷气直升机具有结构简单、空机重量轻的特点。桨尖喷气可分为冷喷,暖喷和热喷三种循环形式。针对用于驱动桨尖喷气旋翼机的微型暖喷混合排气发动机的设计与改造的研究工作,将原微型涡喷发动机作为燃气发生器,在其之后增加混排改造部件。按照原微型涡喷发动机和新构型的混合暖喷发动机的构型分别进行简化假设,并进行热力计算。根据混排发动机各截面参数及约束条件进行各部件设计,完成了混排发动机全部设计和制造后,初步测试表明：发动机可以很好满足桨尖喷气旋翼系统对于材料温度的要求,同时在相同耗油率的情况下,流量明显增加,达到了提高桨尖喷气热效率的目的。     

一种Mx构型氦光泵磁力仪的磁共振理论分析与实验验证

从亚稳态氦原子的Liouville方程和Bloch方程出发,研究了基于Mx构型的亚稳态氦原子的光磁双共振过程,建立了光探测磁共振线型的理论模型,并通过实验对幅值信号与相位信号的磁共振线型仿真结果进行验证,实测曲线与理论预测匹配较好。对共振线宽进行了估算,讨论了影响磁力仪工作灵敏度的磁力仪设计参数,这对Mx构型氦光泵磁力仪的研制有重要的指导意义。     

小卫星“微型核”CMOS功率放大器设计

在以往的小卫星设计中,构成卫星的最基本单元大都是由分立的元器件组成。本文采用SMIC 0．18μm Si CMOS工艺,设计了一种用于星载信息电子系统的高效率功率放大器,在3．3V电源电压下,输入功率为0dBm时,输出功率为21．4dBm,附加功率效率为60％,输入端反射系数S11=-35dB,可满足星载信息电子系统要求。     

基于改进POCET技术的通导一体化信号设计

随着低轨卫星组网的发展,结合我国北斗三号全球卫星导航系统的全面建成,研究兼容北斗的通信导航一体化技术日益迫切。为使卫星上的高功率放大器工作在非线性饱和区,以达到较高的发射功率效率,需要保证合成信号的恒包络特性。考虑北斗导航信号与低轨卫星通信信号频点不同,且待复用信号分量较多,以相位优化恒包络发射(POCET)技术为基础,提出了一种改进的多频点多非独立信号分量恒包络复用技术,对七路信号进行复用,利用罚函数进行目标函数优化得到最优解。通过分析其信号特性,表明该方法具有较高的复用效率,并能有效抑制非独立分量造成的波形畸变,从而实现通信导航一体化信号设计,为未来基于低轨卫星的通信导航一体化波形设计提供了思路。     

基于改进POCET技术的通导一体化信号设计

随着低轨卫星组网的发展,结合我国北斗三号全球卫星导航系统的全面建成,研究兼容北斗的通信导航一体化技术日益迫切。为使卫星上的高功率放大器工作在非线性饱和区,以达到较高的发射功率效率,需要保证合成信号的恒包络特性。考虑北斗导航信号与低轨卫星通信信号频点不同,且待复用信号分量较多,以相位优化恒包络发射（POCET）技术为基础,提出了一种改进的多频点多非独立信号分量恒包络复用技术,对七路信号进行复用,利用罚函数进行目标函数优化得到最优解。通过分析其信号特性,表明该方法具有较高的复用效率,并能有效抑制非独立分量造成的波形畸变,从而实现通信导航一体化信号设计,为未来基于低轨卫星的通信导航一体化波形设计提供了思路。