深空星间链路信道建模及硬件模拟器研制

针对深空通信信道距离长、信噪比低、链路损耗巨大等特点，提出了太阳闪烁与多径效应影响下的深空星间链路信道理论模型。在此基础上，构建了一个基于硬件现场可编程门阵列和控制计算机的深空星间链路信道模拟器，有效模拟了深空星间通信的多径衰落、传播路径损耗和信道延迟，规避了投入高、风险高、耗时长的实地通信实验。实测结果表明，该深空星间链路模拟器输出的载噪比及误比特率波形与理论结果吻合，可用于实验室条件下对深空星间链路的实时模拟复现。     

含间隙铰链的非线性动力学建模及数值分析

针对空间可展开机构中的含间隙铰链,建立非线性动力学模型,研究其非线性动力学特性。将含间隙铰链实体等效为"T"字型梁模型,针对两侧端部的径向碰撞和侧向碰撞,首次提出了碰撞点的检测算法。针对不同的碰撞类型,建立相应的非线性接触力和摩擦力分析模型,将碰撞点处的作用力等效施加到"T"字型梁模型上。进行"T"字型梁模型在轴向冲击载荷下的动力学特性分析,并与ANSYS软件的分析结果进行比较,验证了含间隙铰链非线性动力学模型的有效性。分析了有多个含间隙铰链的可展开桁架动力学响应特性,研究含间隙铰链对桁架响应的影响机理。结果表明:采用含间隙铰链的动力学模型,可以更加精确地分析可展开桁架结构的非线性动力学响应,为可展开桁架结构的动力学设计提供支撑。     

空间太阳能发电站拓扑架构及能量管理控制策略

针对超大功率空间太阳能电站(SSPS),提出了一种分布式+集中式系统拓扑架构,将系统电力传输分为太阳电池阵区、主结构电力传输区及发射天线阵区三大部分。根据系统三大阵区的能量流动关系,本文将SSPS系统的工作模式划分为最大功率点跟踪(MPPT)工作模式、跟踪功率指令工作模式及阴影区工作模式,并提出分层能源管理控制策略。最后,针对兆瓦级太阳电池阵的不同工作模式,利用Matlab/Simulink搭建空间太阳能电站系统仿真模型,进行仿真试验及对比分析,试验结果验证了拓扑架构的合理性及控制策略的有效性,为解决空间太阳能发电技术电力传输与能量管理问题提出了新思路。     

Using cross correlation to estimate Doppler frequency

Doppler frequency estimation with high accuracy is very important for precise orbit determination and scientific studies in deep space exploration. In this paper, we propose a new method which implements cross correlation of only received signals from one single station to estimate Doppler frequency. The algorithm is relatively simple and it can achieve high accuracy even when signal to noise ratio (SNR) is very low. Moreover, the accuracy can be further improved by implementing frequency compensation, especially when the frequency dynamic range is high. Simulations were performed and results proved the validity of this method. X-band observations on MEX (Mars Express) and Juno were performed by a 13 m telescope of Wuhan University, which was equipped by two back ends, i.e. CDAS (Chinese Data Acquisition System) and RSR (Radio Science Receiver). Raw data recorded by the CDAS were processed by using the proposed method, and the estimated frequencies were in good agreement with the real time frequency estimation values by the RSR. What’s more, the accuracy by using cross correlation was higher than the one of RSR.     

基于PWM的气动软体空间机械臂压力控制系统

针对气动软体空间机械臂的压力控制需求，提出了基于PWM的软体臂压力控制技术。设计了气动软体空间机械臂的气动系统结构，并建立了各部分的数学模型。根据开关阀和PWM控制的特性，提出了基于零位补偿和双阀同步脉宽调制(PWM)的软体臂压力控制系统结构，并阐述了各部分设计方法。利用Python建立了整个系统的仿真模型，并将仿真结果与实验结果进行了对比，对比结果表明，模型具有一定的准确性。对该压力控制系统进行了正弦跟踪实验，实验结果表明该系统可以进行低频跟随，能够满足气动软体空间机械臂的压力控制需求。     

Z源三相四桥臂逆变器的三维空间矢量脉宽调制策略

对Z源三相四桥臂逆变器的稳态工作原理进行了深入分析,并提出一种改进的三维空间矢量脉宽调制策略,通过合理地选择直通桥臂,将直通状态插入到传统零矢量状态中,保证不影响有效开关状态和输出电压。同时,分析了直通占空比和调制比的耦合关系,得出直通占空比的最大取值,进而提出相应的最大恒定升压控制策略。在MATLAB/Simulink中搭建Z源三相四桥臂逆变器仿真模型,并在平衡及不平衡负载工况下进行仿真。仿真结果表明:Z源三相四桥臂逆变器在所提三维空间矢量脉宽调制策略下,不仅可以实现升压控制,而且相较传统Z源三相三桥臂逆变器,在不平衡负载条件下也能取得良好的控制效果。     

A new online modelling method for aircraft engine state space model

To overcome the drawbacks of current modelling method for aircraft engine state space model, a new method is introduced. The form of state space model is derived by using Talyor series to expand the nonlinear model that is implicit equations and involves many iterations. A partial derivative calculation method for iterations is developed to handle the influence of iterations on parameters. The derivative calculation and the aerothermodynamics calculations are combined in the component level model with fixed number Newton-Raphson (N-R) iterations. Mathematical derivation and simulations show the convergence ability of proposed method. Simulations show that comparing with the linear parameter varying model and centered difference based state space model, much higher accuracy of proposed online modelling method is achieved. The accuracy of the state space model built by proposed method can be maintained when the step amplitudes of inputs are within 2%, and the responses of the state space model can match those of the component level model when each input steps larger amplitudes. In addition, an online verification was carried out to show the capability of modelling at any operating point and that state space model can predict future outputs accurately. Thus, the effectiveness of the proposed method is demonstrated.     

视觉导引受限下空间绳系机器人最优逼近控制

针对空间绳系机器人对目标逼近过程中单目视觉视线角约束和导航信息不全问题，首先建立空间绳系机器人系统动力学模型。然后考虑抓捕器视线角约束，采用高斯伪谱法对空间绳系机器人逼近任务姿轨轨迹进行一体规划。同时设计无需相对目标距离的闭环控制器实现对空间绳系机器人最优姿轨轨迹进行跟踪控制。仿真结果表明，该方案能够克服视觉导引受限的影响，实现空间绳系机器人对位姿最优轨迹的精确跟踪。     

空间核电源电力系统功率因数校正技术的研究

为满足我国未来深空探测、星表基地等空间任务电源系统的需求,通过采用基于空间核电源系统的功率因数校正技术来滤除和抑制由发电机产生的谐波,从而提高系统的用电效率。提出一种新型Boost PFC拓扑结构,首先分析变换器的工作原理,之后对工作在连续电流导通模式下的Boost变换器进行建模分析。通过对变换器双环控制中的电压环和电流环进行理论设计和数学推导,从而确定控制环路参数。采用PLECS仿真软件对变换器的控制策略和系统的动态响应进行验证,并实现输入电流对输入电压的零相位正弦化追踪。     

一种基于多源数据的网络实体推断方法

网络空间中的实体推断是网络空间测绘研究的重要内容之一,主要通过综合多源数据实现对网络空间中各类实体的分类与识别。本文首先提出了网络空间的实体分类模型,基于此模型提出了一种低开销的网络实体探测分类方法。首先对于探测发现的IP地址,采用别名解析技术将属于一个设备的多个IP映射为一个网络实体;然后采用决策树对网络实体分类进行粗粒度分类;最后,再基于贝叶斯网络进行详细分类。为验证分类效果,以江苏省某市为例进行了探测分析并与备案数据进行了对比,试验结果表明该方法可以有效地对网络空间中的各类实体进行判别,从而为网络空间地图构建、态势分析等应用提供技术支撑。