基于LabVIEW的单光子探测器量子效率测控软件设计

介绍了利用相关光子法测量单光子探测器量子效率的原理和测量系统,开发了一套用于该系统的测控软件。软件采用LabVIEW的标准状态机结构,使用 VISA串口程序库、ActiveX控件和报表生成器,编写了激光器控制、符合光子测量、测试报告生成等分支程序,实现控制状态机分支的切换,和其他各项功能的调用。实际应用表明,该软件测控系统运行可靠、界面友好,满足单光子探测器量子效率测量的要求。     

基于相关光子对的单光子探测器量子效率校准技术研究

随着量子技术的发展，对极微弱光辐射的研究方向逐渐向量子化发展，利用相关光子对法对单光子探测器的相关参数进行测量。介绍了相关光子对法的原理及相关光子源中非线性晶体的关键参数设计方法，利用波长355 nm的激光器作为泵浦光源，泵浦相位匹配角为36°的BBO非线性晶体，实现了(450～1 675)nm的相关光子输出；泵浦相位匹配角为28.1°,32.91°,31.29°的BBO非线性晶体，实现了460 nm和1 550 nm, 632.8 nm和807 nm, 1 064 nm和532 nm的相关光子对共线输出。在460 nm, 1 550 nm, 632.8 nm, 1 064 nm波长点利用符合测量对单光子探测器的量子效率进行测量，为实现多波长点至全波段单光子探测器校准奠定基础。     

单光子探测器校准技术研究进展

随着量子信息技术的快速发展,单光子探测器作为量子保密通信等领域的核心器件,一直是行业内的研究热点之一。近年来各类新技术的应用使单光子探测器的性能得到很大提高,同时,对其测试、校准技术的研究也受到关注,尤其是基于量子物理效应的新型量子计量方案得到国内外计量机构的重视。文中对单光子探测器的工作机制和单光子探测器国内外校准技术的研究进展进行了简述,梳理了国内外基于标准探测器和相关光子对开展探测效率校准以及后脉冲概率、时间抖动参数的校准技术现状,可为相关领域研究人员提供参考,并对未来技术发展方向提出展望。     

相关光子自校准光谱辐照度测量不确定度分析

基于自发参量下转换原理产生宽波段相关光子辐射定标光源,结合传统的光谱辐照度观测仪器,提出一种新型的相关光子自校准的光谱辐照度测量方案。介绍了光谱辐照度测量原理和系统组成,开展了“通道量子效率→光谱光子数率→光谱辐射功率响应度→光谱辐照度”量值传递路径研究,建立了自校准光谱辐照度测量仪的辐射测量模型,详细分析和评估了该仪器的光谱辐照度测量不确定度。将488 nm激光经积分球、平行光管准直后作为辐照度定标光源,开展了相关光子自校准光谱辐照度测量仪与参考辐照度计的比对实验,初步验证两种测量方法的一致性优于4.2%。     

天上测控站——跟踪与数据中继卫星

航天测控系统是航天系统的重要组成部分,主要用于对航天器进行跟踪测量、监视控制和信息交换。从事航天活动的国家都建有不同规模与水平的航天测控系统。初期的航天测控系统主要由航天测控中心、航天测控站组成,后来又有测量飞机和测量船     

航天测控工程计量保障需求和管理对策研究

航天测控工程计量保障工作是完成航天器飞行测量控制任务的重要保证。对比了航天测控系统与普通电子测量仪器的功能原理,分析了影响航天测控工程测量准确度的因素,研究了航天测控工程中测量准确度和工程技术活动计量保障需求,针对航天测控工程计量保障特点和存在问题,提出了建立并完善航天测控工程计量保障体系的管理对策建议。     

基于同波束干涉的空间三维相对位置测量研究

针对深空探测器相对位置精确测量需求,建立了空间三维相对位置测量模型,研究了基于单基线同波束干涉测量(Same-beam VLBI,SBI)的空间三维位置最小二乘解算方法。利用"嫦娥3号"着陆器的测控天线与定向天线的SBI实测数据,验证了测量模型与解算方法的有效性。结果显示:SBI干涉时延随机误差约0.225 ps(0.07 mm);测控天线与定向天线之间距离误差约0.216 m,方向误差约30.4°。该研究结果有望应用于后续深空探测任务譬如"嫦娥5号"器间高精度相对测量中。     

一种基于探测器下行信号融合处理的无线电干涉测量方法

针对深空探测器常用下行信号体制,结合无线电干涉测量特点,提出了一种基于探测器DOR信标信号和数传信号融合处理的干涉测量方法。该方法首先通过相关处理得到DOR信号和数传信号的差分相位,利用DOR信号进行带宽综合得到时延估计,并构建时延模型;然后,利用时延模型得到DOR信号与数传信号在数传载波处的相位差,并以此对数传信号差分相位进行补偿;最后,利用DOR信号差分相位和补偿后的数传信号差分相位进行带宽综合,实现高精度干涉测量。深空探测网数据处理结果表明融合处理后时延估计随机误差明显降低;但受介质时延误差影响,融合处理对系统时延精度的改善幅度有所减小。该方法仅通过改进干涉测量数据处理方法即实现了时延估计随机误差的改善,不仅提高了信号使用效率,而且增强了航天测控系统的鲁棒性,在应急测控背景下具有特殊意义。     

多头锗空间γ谱仪探测效率的提高

在γ谱线天文观测中采用多头锗晶体作为γ谱仪中的中心探测器,以提高探测器的观测灵敏度。本文以一个九头高纯锗探测器系统为实例,用蒙特卡洛模拟方法,分析了入射光子在各晶体中的能损分配和各类效率的比例,给出在几种晶体输出幅度组合相加情况下,探测的全能峰效率可提高的份额。并用较完整的模型对单个晶体的模拟结果与实测结果进行了详细讨论。      

软件定义测控系统体系架构与关键技术

为了满足快速变化的民商航天测控需求和小卫星及大型星座的快速发展导致的测控任务爆炸式增长需求，将软件定义技术这一被认为改变游戏规则的革命性技术，从互联网行业引入航天测控系统，提出了软件定义航天测控系统体系架构，实现测控系统新一轮技术革新。文章首先分析了传统航天测控系统体系架构及存在问题，其次讨论了软件定义航天测控系统具有层次化设计标准，应用接口开放，系统集中控制，基础资源可灵活重组等技术特征。随后分析了该体系架构的优势及标准接口与规范、软件定义射频前端、软件定义信道和软件定义基带4项关键技术，并对软件定义测控系统发展作出了展望。研究结果表明相比传统测控系统软件定义航天测控系统架构更能满足日益发展的航天事业对测控资源的需求。     

基于内模PID鲁棒控制的飞行仿真伺服系统设计

针对飞行仿真伺服系统高频响、宽调速、高精度、超低速和鲁棒性要求，提出了内模PID鲁棒控制的有效方法。在探讨伺服系统数学模型的基础上，推导出一种飞行仿真伺服系统的内模PID鲁棒控制律，并将其应用于某型飞行仿真伺服系统，该伺服系统采用了电流、速度和位置三闭环控制结构。仿真试验表明：文中提出的内模PID鲁棒控制律使飞行仿真伺服系统获得了优良的跟踪性能，具有很强的抗干扰性和鲁棒性，可以很好地满足飞行仿真伺服系统的各项性能指标要求。     

导弹球窝喷管电动伺服系统摩擦积分自适应补偿控制

针对导弹球窝喷管电动伺服系统中存在摩擦非线性问题,提出一种基于改进稳态Lugre摩擦模型的摩擦积分自适应补偿控制策略。建立基于Lugre摩擦模型的球窝喷管电动伺服系统运动学方程,并结合修正稳态Lugre摩擦模型完成伺服系统简化状态方程;采用反步设计方法,设计含摩擦积分补偿的非线性控制器,同时引入摩擦参数自适应律提高补偿精度,并通过设计Lyapunov函数保证系统全局渐近稳定性;开展了基于遗传算法稳态Lugre摩擦模型参数辨识,建立含摩擦模型的电动伺服系统仿真模型并验证了算法有效性,仿真试验结果表明,与传统PID控制相比,摩擦积分自适应补偿控制能较好地抑制波形畸变,提高了电动伺服系统低速跟踪性能。     

电动加载系统分数阶迭代学习复合控制

针对电动加载系统存在多余力矩扰动的问题,提出一种以位置闭环和力矩闭环为反馈控制、迭代学习控制为补偿控制的复合控制策略。为提高加载系统动态性能及降低建立模型的复杂性,驱动永磁同步电机采用直接转矩控制方式,建立加载系统频域模型。在位置闭环和力矩闭环采用分数阶PIλDμ控制器代替常规PID控制器,迭代学习补偿控制采用分数阶迭代学习控制器,利用分数阶微积分的信息记忆特性提高控制系统的动态性能和鲁棒性,通过理论分析给出分数阶PD型迭代学习控制器的收敛条件。对正弦和梯形波载荷进行力矩加载实验及多余力矩抑制实验,验证了该控制方法的有效性。      

液体火箭发动机推力自动校准系统仿真

针对液体火箭发动机原位校准高准确度的要求,介绍了一种以伺服电机为执行部件,基于液压传动力值自动加载装置,阐述了该系统的结构和工作原理。建立系统数学模型,通过Matlab和AMEsim搭建了系统的仿真模型,在分析影响模拟推力加载准确度和稳定性的基础上,设计了模糊PID控制器。仿真结果表明:所设计的力值加载系统能够完成力值精确加载,(0~6)kN力值加载时间小于30 s,加载力的示值最大误差为±0.05%,满足校准力值加载需求。证明了在力值加载系统中引入模糊PID控制算法,可以有效补偿系统中的不确定性扰动,增强系统的鲁棒性。     

电静液作动器自调节积分鲁棒运动控制

针对电静液作动器系统中存在的匹配干扰及不匹配干扰,基于扩张状态观测器,设计了一种自调节积分鲁棒控制方法。首先设计扩张状态观测器估计系统的匹配不确定性并且进行前馈补偿;然后设计自调节积分鲁棒控制器分别处理系统的不匹配干扰和状态估计误差,实现了电静液作动器的渐近跟踪控制;最后通过仿真验证了该控制方案的有效性。结果表明：相较于传统的PID控制器,该控制器的跟踪误差约为0.2mm,控制精度达到0.4%左右。     

基于扩张状态观测器的泵控电液伺服系统滑模控制

以泵控电液伺服系统为研究对象，提出了一种基于扩张状态观测器的滑模位置跟踪控制策略。首先，利用奇异扰动理论对泵控电液伺服系统的数学模型进行降阶处理，得到降阶泵控电液位置伺服系统数学模型。其次，针对泵控电液伺服系统工况的复杂性及外负载干扰问题，设计了扩张状态观测器对系统干扰在线观测，同时该观测器还可以对活塞杆的位置和速度信号进行估计。然后，利用观测到的干扰信号及速度信号，基于滑模控制理论设计了滑模变结构控制算法，对所提出的控制策略的稳定性进行了理论分析。最后，利用MATLAB/Simulink和AMESim仿真平台，搭建了泵控电液伺服系统的联合仿真模型，对算法的可行性及有效性进行了仿真验证。仿真结果表明，所设计的扩张状态观测器能对干扰进行精确估计，基于扩张状态观测器的滑模控制策略的位置跟踪性能显著优于PID控制器和传统滑模控制器，且对外部干扰力具有较强的鲁棒性，提高了泵控电液伺服系统的控制性能。      

盘旋跟踪地面目标小型无人机控制系统设计

针对一种大展弦比、V形尾翼常规布局小型无人机盘旋跟踪地面目标飞行的飞行控制策略进行了研究.采用了一种单轴光电探测系统修正视场纵向误差,无人机航向控制修正视场横向误差的控制方法.设计了一种自适应PID(Proportion Integration Differention)控制器,并通过对无人机六自由度非线性运动模型的建模分析,进行了控制律的仿真验证,并将算法融合在盘旋跟踪飞行实验中.仿真及实际飞行实验结果表明:该控制系统在突风等大扰动的影响下获得了良好的动态性能指标,并有效地抑制了飞机姿态通道对视轴通道的耦合影响,满足了飞行任务的需求.     

基于激光跟踪定位的部件对接柔性装配技术

数字化柔性装配技术是飞机制造领域近期的主要研究方向之一.以飞机部件对接装配定位为研究对象,研究了基于激光跟踪定位的飞机部件对接的数字化柔性装配技术和原理;在激光跟踪仪的二次开发软件包的基础上,开发了激光跟踪测量原型系统;论述了机械随动定位装置和随动伺服控制系统的组成和原理,实现了以位置控制为目的的机械随动伺服控制系统;以图形软件包为基础,建立了部件对接数字化柔性装配系统集成平台,并能够在此集成平台上进行基于激光跟踪测量的部件对接装配的实时仿真.本研究可对近期开展的数字化柔性装配技术研究提供一定借鉴.