三脉冲冷原子陀螺仪中基于内态演化的拉曼光光强补偿算法

由于在复杂环境中拉曼光功率不稳定会导致原子脉冲的宽度发生改变,从而影响陀螺仪的测量精度。通过对冷原子干涉仪的干涉全过程进行建模,计算得出了陀螺仪在拉曼光改变情形下输出相位的解析表达式,即建立了拉曼光在非近共振条件下强度变化时陀螺仪的输出值与外界载体运动之间的关系。与此同时,基于该解析表达式提出了一种对拉曼光光强的补偿算法,能有效提升原子陀螺仪在复杂环境下的系统稳定性。通过光强调制实验验证了该算法的有效性,补偿后系统输出长期稳定性提升了33%。     

冷原子干涉仪发展现状与应用分析

基于冷原子干涉仪的量子传感器具有极高的理论精度,在自然科学的各个领域特别是重力测量和惯性传感领域有着广泛的应用。首先介绍了原子干涉仪的基本原理,在此基础上给出了基于双光子受激Raman跃迁的脉冲式Mach-Zehnder原子干涉仪的干涉相位,描述了原子干涉仪在重力仪和陀螺上的应用及其发展历程,着重分析了当前发展最成熟的原子重力仪的发展历程和趋势,指出了原子干涉仪应用的发展方向。     

干涉仪锁相环等效噪声带宽高精度测量的仿真实现

本文论述了通过MATLAB软件对干涉仪锁相环及其等效噪声带宽测量的建模和仿真，验证了实现干涉仪锁相环等效噪声带宽高精度测量的正确性和可行性。     

整数槽同步电机低振动噪声定子结构设计

针对电机电磁振动噪声问题,依据电磁振动噪声的基础理论,采用电磁和结构弱耦合的有限元仿真方法,以1台12极72槽车用永磁同步牵引电机为例,分析在不同长宽比、槽口宽度以及结构综合变化的条件下,径向电磁力密度的情况;同时对整个电机进行电磁-结构耦合场分析,研究结构振动位移在不同定子长宽比、槽口宽度以及结构综合变化时的响应情况。综合比较分析两种仿真结果,给出了电磁振动噪声关于定子结构长宽比和槽口宽度的变化规律。最后在额定负载工况下对实物样机进行振动检测和频谱分析,与仿真数值进行对比分析,以验证仿真试验的准确性。     

空间站舱段精细化声振耦合建模与仿真

在空间站长期飞行中,持续、过度的噪声环境会危害航天员的身心健康,并影响工作效率。空间站设备功率大、噪声源数目多、噪声指标严苛,给噪声控制和设计带来很大的挑战。为确保舱段噪声指标满足要求,基于声学有限元方法,根据已掌握的噪声源频谱特性、舱段构型布局、设备安装方式等建立整舱复杂声振耦合精细化噪声仿真模型。对环控、热控及推进分系统等多种噪声源单独工作或同时工作时密封舱内的噪声进行仿真,得到舱内低频噪声水平特性分布。结果表明:声振耦合下舱内的总体噪声水平远高于不考虑声振耦合的情况,并导致三个航天员睡眠区头部的声压级分布差异较大。此外,睡眠区粘贴吸声材料后,对高频段的吸声降噪效果明显,对中频段有一定的降噪效果,但对低频段几乎不起作用。     

锯齿单元对起落架/舱体耦合噪声抑制试验

当前中国民用飞机高速发展，噪声排放问题受到广泛关注。在飞机起降阶段，飞行高度较低且处于机场附近，其噪声直接影响到机场地面周围环境。该阶段内起落架噪声占比较大，成为研究的重点。此外，起落架在收放过程中，除自身脱落涡产生的噪声外，当起落架舱门开启时，舱体空腔内产生自持性振荡噪声，与起落架噪声一起形成更为复杂的起落架+舱体耦合噪声，直接影响到整个着陆系统噪声水平，因此研究起落架与舱体耦合噪声产生机理和抑制措施显得尤为必要。以简化的起落架及其舱体为研究对象，提出一种低马赫数（0.2Ma/0.25Ma）条件下，利用前缘锯齿扰流单元对起落架/舱体耦合噪声进行抑制的方法，并在0.55 m×0.4 m航空声学风洞进行试验验证。首先，从起落架及其舱体耦合噪声产生原因进行分析，分别明确起落架和舱体在耦合噪声各个频段的贡献作用。随后，在舱体空腔前缘安装锯齿扰流单元，以改变自由来流状态，验证降噪措施；同时采用参数化研究方法，研究锯齿扰流单元不同偏角对降噪效果的影响。最后，将起落架模型安装于舱体空腔内，分析锯齿扰流单元对耦合噪声的抑制能力。研究结果表明，锯齿形扰流单元对舱体腔体噪声与起落架/舱体耦合噪声具有明显降低作用，在本试验条件下，30°安装角最佳。预期成果可以应用于起落架/舱体耦合降噪。     

空间站核心舱的全频域声振环境仿真预示研究

空间站的设备功率大、噪声源数目多、声振环境特性复杂,为确保舱段噪声指标满足要求,基于声学有限元、统计能量分析以及FE-SEA混合方法,建立了整舱全频段的复杂声振耦合精细化噪声仿真模型。对环控、热控及推进分系统等多种噪声源单独工作或同时工作时密封舱内的噪声进行仿真,得到了舱内全频域噪声水平特性分布,并对现有吸声降噪措施进行了对比评价。研究结果表明:目前设计状态下,三个睡眠区、小柱段工作通道和大柱段工作通道总的声压级在个别频率点处略微偏高,是后续噪声控制的重点。     

谐振式光纤陀螺单边信号检测方法的研究

热致偏振耦合噪声、背向散射噪声和非线性克尔噪声等因素严重制约了谐振式光纤陀螺的发展，降低噪声的影响对提高谐振式光纤陀螺的精度具有重要的研究意义。本文设计了一种双环腔谐振式光纤陀螺结构，并通过理论分析热致偏振噪声对谐振曲线的影响，提出了一种新的信号检测方法。该检测方法可以判断出谐振曲线受偏振噪声影响小的一边，并利用单边检测方法降低偏振噪声对陀螺精度的影响，双环腔结构也可以有效抑制背向散射噪声。仿真分析表明，在温度变化0.002℃时，检测的归一化幅值误差由0.2261降低到0.0327，单边检测方法可以明显地降低偏振波动噪声带来的影响。     

旋转弹气动力建模与飞行轨迹仿真

运用一种自回归滑动平均(ARMA)的时域气动力建模方法,以计算流体力学与刚体动力学(CFD/RBD)耦合仿真的输出结果为样本,对旋转弹的非定常气动力进行建模。利用建立的气动力模型与刚体动力学方程求解模块耦合,实现了旋转弹轨迹的快速仿真,并讨论了不同的建模方式对仿真精度的影响。算例结果表明:采用气动力模型与刚体动力学方程耦合仿真技术可以在不同初始发射条件下进行旋转弹飞行姿态与运动轨迹预测,且与CFD/RBD仿真结果吻合较好,证明ARMA气动力建模方法可以在保证旋转弹轨迹预测精度的同时大幅缩短仿真时间,节省计算资源。     

以冲压发动机为动力的飞行/推进综合控制

对以冲压发动机为动力的超声速飞行器进行了巡航状态下的纵向飞行/推进综合控制研究。建立了考虑系统干扰和传感器噪声的系统模型。为消除静差,使用积分型LQG方法进行了飞行/推进综合控制。仿真结果表明,所设计的飞行/推进综合控制器抑制了高度和速度通道之间的耦合,具有一定的抗噪声干扰能力。     

用相位偏移干涉法精确测量量块长度

讨论了相位偏移干涉技术的原理、常用的算法和小数重合法的应用。在分析了传统的柯氏干涉仪的量块测量方法基础上 ,提出运用相位偏移干涉法的量块测量法 ,最后给出了量块测量的数据。     

New Frontiers at the Interface of General Relativity and Quantum Optics

In the present paper we follow three major themes: (i) concepts of rotation in general relativity, (ii) effects induced by these generalized rotations, and (iii) their measurement using interferometry. Our journey takes us from the Foucault pendulum via the Sagnac interferometer to manifestations of gravito-magnetism in double binary pulsars and in Gödel’s Universe. Throughout our article we emphasize the emerging role of matter wave interferometry based on cold atoms or Bose–Einstein condensates leading to superior inertial sensors. In particular, we advertise recent activities directed towards the operation of a coherent matter wave interferometer in an extended free fall.     

高速飞行器空腔脉动压力主动控制与非线性数值模拟

空腔脉动压力(空腔噪声)预测是高速飞行器内埋弹舱的关键技术之一。非线性噪声求解方法是近年来新提出的一种噪声求解方法,为研究该方法对空腔噪声的预测性能,将雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程与之相结合。首先,通过RANS求解空腔周围流场,得到初始湍流统计平均解,其中包含平均流场基本特征及强制设定的湍流脉动的统计描述。然后,采用非线性噪声求解方法重构噪声源并高精度模拟压力脉动的传播,计算了马赫数Ma=1.5和Ma=5条件下的空腔噪声。结果表明,噪声特性计算值与试验结果基本吻合,说明非线性噪声求解方法对于高速空腔流动噪声具有较好的预测能力。在此基础上,研究了马赫数Ma=1.5和Ma=5条件下在空腔前缘加入气帘喷流主动控制措施对噪声的抑制作用,并得出在超声速和高超声速条件下,气帘喷流对于空腔脉动压力都有较好的抑制作用。     

Challenges in the Measurement and Data-Processing Chain of the LISA Mission

The LISA Mission (Laser Interferometer Space Antenna) is currently under mission formulation with a launch date planned in 2020. The purpose of the mission is the observation of gravitational waves at frequencies between 0.1 mHz and 1 Hz by measuring distance fluctuations between inertial reference points, represented by cubic proof masses. In order to provide a sufficient sensitivity of the instrument, distance fluctuations between two inertial reference points must be measured with a strain accuracy of around 10^?20 Hz^?1/2. This is achieved by setting up a laser interferometer with a base-length of 5?10⁶ km and a path-length measurement noise in the order of 10 pm?Hz^?1/2. For a correct evaluation of the data on the ground, it is essential that the science data telemetry preserves all required frequency domain information. That is, any on-board data-processing and down-sampling must be done with great care in order not to introduce aliasing or other artifacts into the data stream. As an additional complication, most of the optical metrology data is dominated by laser phase noise which is about eight orders of magnitude larger than the required instrument sensitivity. However, by applying a method called “time-delayed interferometry” during the ground data processing, this laser phase noise can be eliminated from the data. This method has already been demonstrated in a detailed simulation environment, but it requires a very careful filtering, synchronization, and interpolation of the individual data streams. Last but not least, a calibration of system parameters is necessary in many areas of the LISA measurement system. The system design must therefore ensure that all data required for these calibrations is available on-ground in a quality that allows a successful computation of the calibration coefficients within a reasonable time-frame. The data streams do not only include data from the optical metrology system, but also from the drag-free and attitude control system which are used to derive other information, such as the charge state of the proof mass. This yields a strong coupling between the different disciplines since data that is only used for housekeeping purposes in other missions becomes an essential part of the science data stream for the LISA mission. This paper gives an overview of the LISA measurement and data-processing chain. It highlights the most challenging areas that have been identified so far and describes the intended solution methods.     

基于广义Richardson外插方法的颤振模拟耦合时间精度研究

为更准确地评估颤振问题时域模拟在实际计算中表现出的时间精度,采用不同精度的耦合方法对Isogai Wing和AGARD 445.6 Wing的颤振问题进行时域模拟。参照网格收敛性分析方法,提出了基于广义Richardson外插方法的颤振问题时域模拟耦合时间精度分析方法,分析时域计算结果的时间步长收敛性,计算数值模拟结果时间精度并获得时间步长无关解。分析表明,对于Isogai Wing和AGARD 445.6 Wing颤振问题,计算结果具有良好的时间收敛性,采用广义Richardson外插方法对各耦合方法分析所得精度与理论分析结果基本一致。在合适的时间步长区间内,可忽略具体时间步长选取对广义Richardson外插方法分析结果的影响,验证了提出的气动弹性模拟耦合时间精度分析方法。     

基于数值微分计算的SERF原子自旋惯性测量动态仿真

基于量子调控技术的SERF原子自旋惯性测量仪表与传统惯性测量仪表相比,具有精度高、无活动部件、对加速度不敏感等优点,被公认是下一代高精度惯性测量的发展方向。分析了SERF原子自旋惯性装置Bloch微分方程组模型下磁场、激光、角速度输入对碱金属电子极化率和惰性气体核子极化率的影响。针对实验条件下原子系综Bloch微分方程组难以解析求解的问题,基于可变阶次数值微分计算,建立了相应的Simulink模型对实验条件下的原子系综进行数值求解,并分析了极化率对光场、磁场、角速度输入的瞬态响应与稳态响应。仿真结果与理论计算结果相吻合,验证了Bloch方程数值求解的可行性与准确性。该方法可得到惯性测量系统的动态响应,可用于模拟复杂输入下的SERF原子自旋惯性测量系统的输出响应。     

原子干涉陀螺仪关键技术及进展

原子作为一种微观粒子,具有波粒二象性.利用粒子的波动性,可以产生类似于光波的Sagnac效应,由此实现基于原子波干涉的原子干涉陀螺仪.其中原子干涉有内态干涉和物质波干涉两种.在围成相同面积的情况下,原子干涉陀螺仪的灵敏度将比光学陀螺仪高出10个量级以上,适宜于水下和空间等长时间惯性导航的应用.本文详细地论述了原子干涉陀...     

应用低温风洞模拟热喷流

应用低温风洞模拟热喷流,是喷流模拟技术一大进步。本文讨论了喷流模拟相似参数,分析了现有冷喷和热喷技术不足,指出应用低温风洞模拟喷流的基本优点,研究表明,通过选择不同组成和组分的喷流模拟气,低温风洞可实现喷流全参数完全模拟。