静电悬浮加速度计伺服控制分析

根据广义相对论原理选定的坐标系参照物为理想情况下在轨道上自由飘浮的卫星, 据此讨论静电悬浮加速度计检验质量块的运动和电极笼的运动, 得到检验质量在电极内运动的动力学方程, 证明以往相关文献提供的公式存在明显缺陷; 在此基础上分析了伺服控制电路, 给出了电阻尼系数、闭环自然谐振的角频率(或称为加速度计的基础角频率)、受静电负刚度等非受控刚度制约的角频率、来自于静电悬浮的加速度、检验质量的相对位移等一系列表达式, 从而提出必须有足够的增益以提供适度的闭环自然谐振角频率. 给出了位置噪声引起的加速度噪声表达式, 证明当伺服回路的增益足够大时, 在悬浮频带内检验质量的相对位移几乎为零.     

出气与辐射计效应对静电悬浮加速度计的影响

静电悬浮加速度计的真空室内存在温度梯度噪声,会引起与之相关的辐射计效应和出气效应。运用气体分子运动论和统计理论对两种效应进行了分析,结果表明相同条件下出气效应引起的加速度噪声比辐射计效应引起加速度噪声大几十倍,对静电悬浮加速度计分辨率的影响更大。所以,静电悬浮加速度计的设计应将出气效应作为一项重要参考。     

静电悬浮加速度计地面高压悬浮原理与应用

静电悬浮加速度计是进行空间飞行器准稳态非重力精密测量的设备。静电悬浮加速度计研制中,需要借助高压悬浮来完成其功能和部分性能评价的相关工作。文章就地面静电悬浮加速度计检验质量高压悬浮中涉及的相关问题进行了理论分析,给出了地面悬浮原理、高压电路实现形式、工作点选取、稳定性控制、高压静电力作用分析等,给出了实际试验结果,表明地面上系统在0.1Hz附近具有10^-8g_n/Hz^1/2左右的分辨率,并可在悬浮状态下,完成功能及相关性能测试,获得静电悬浮加速度计地面直接性能评价受限的主要因素,同时就存在的问题进行了讨论。     

原子钟噪声的高阶谱分析

处理随机信号通常使用现代谱估计方法,但是这种方法一般只能处理平稳的高斯信号,使用高阶谱分析可以克服这些缺陷。利用现代谱估计法和高阶谱法分别估计原子钟数据的功率谱,并对功率谱进行拟合,可分析原子钟的噪声特性。理论分析及实验结果表明,高阶谱分析能有效处理实际信号中的非平稳非高斯问题。     

静电悬浮位置控制系统设计与实现

静电悬浮位置控制技术是静电悬浮材料实验装置中的关键技术. 以静电悬浮位置控制系统为研究对象, 分析了稳定悬浮样品的基本条件, 并以两组不同波段正交平行光作为光源, 位置测量传感器(PSD)作为位置信号接收器来组成样品的三维位置测量装置. 将PSD的位置输出信号作为输入、模拟电压信号作为输出构建PID位置反馈控制系统, 再利用PID反馈控制系统的输出来驱动高压放大器, 从而按照样品的实时位置变化调整电场强度. 通过选择合理的PID参数, 最终很好地实现了静电悬浮系统中样品位置的稳定控制.     

RBF神经网络在静电悬浮位置控制中的应用

静电悬浮位置控制系统具有非线性、时变性的特点,传统的控制方法不能有效抑制扰动的影响。针对该问题提出了一种神经网络与PID相结合的RBF-PID控制策略。以球形样品为例分析其受力情况,推导出静电悬浮位置控制系统的机理模型。搭建基于RBF-PID控制器的静电悬浮位置控制系统,并根据仿真结果实时在线调整控制参数。仿真结果表明,当样品带电量从10^–9 C突变至3×10^–9 C时,RBF-PID控制器只需0.12 s即可使样品达到稳定状态。实验结果表明,当样品处于加热状态时,实时调整参数后系统的平均绝对误差为0.0416 mm,控制效果比传统PID控制策略提高了70%。所提出的控制方法辨识精度高,具有比传统PID方法更强的鲁棒性和稳定性。     

基于频谱分析仪的相位噪声测量探讨

利用频谱分析仪测量相位噪声虽然操作方便、成本低,但是在测量过程中有诸多不确定因素,本文对这些因素进行分析梳理,为测试人员提供一种分析方法。     

微处理机在相位噪声测量中的应用

信号源相位噪声的测量是一种重要的精密电信号的测量,它分为时域测量和频域测量两大类。某些毫秒级以上的频率变化,只有时域测量才能实现。可以用通用数字频率计和单板微机相结合的办法,构成时域相位噪声测量仪,以满足雷达、通讯和航天技术对信号源的频率稳定度的严格要求。为此,提出探讨这种测量仪的组成方案、测量原理及其误差等问题。     

间断窄带噪声的功率谱

对间断窄带白噪声的功率谱进行了分析,得到其功率谱的表达式。对具有同步的间断噪声的射频脉冲序列的信噪比、具有连续噪声的射频脉冲序列的信噪比和具有连续噪声的射频余弦信号的信噪比进行了比较。证明脉冲多普勒雷达的速度检测灵敏度,可以达到相应的连续波雷达的速度检测灵敏度极限。     

加速度计的静态校准

介绍了静态校准加速度计的方法 :地球重力法、负载法和离心机法。在用离心机法校准加速度计时 ,为了消除测量R的系统误差 ,可以采用径向R差值法。分析了这种方法的原理和误差。     

紫外探测器光谱响应及噪声测量装置

介绍了紫外探测器相对光谱响应、绝对光谱响应、噪声测量装置,给出了测量结果,并进行了测量不确定度分忻。     

一种互相关法测量相位噪声理论及仿真分析

相位噪声测量是无线电计测领域的重要研究内容,随着信号源等各种信号仪器设备的不断发展,相位噪声测量技术方面也产生了更高的要求。介绍了互相关法测量相位噪声的理论与仿真分析方法,通过理论推导阐释了互相关法抑制干扰噪声的原理,在推论的基础上建立了基于MATLAB的仿真分析模型,仿真验证了不同互相关次数下,系统噪声底部的改善程度,并进一步分析了双通道相关性对互相关运算结果的影响,得到了对应的仿真验证结果,为相关的工程设计提供参考。     

CHAMP卫星加速度计标校参数序列的谱分析

给出了利用能量守恒方法求定CHAMP卫星加速度计标校参数的基本原理和算法.对2001年8月-2003年12月共约两年半的CHAMP卫星加速度计数据进行了标校,导出了尺度、偏差和偏差漂移参数的时间序列,分别采用最小二乘谱分析和抗差谱分析对这些时间序列进行了分析.结果表明,尺度、偏差和偏差漂移参数都有明显的周期变化,但各主周期项略有差异.尺度的主周期是441 d、220 d、126 d和13.4 d的周期变化,其中220d和441d的周期变化的贡献相对较大.偏差中有明显的220d、126d和13.4d周期变化,各周期变化的贡献几乎相当;偏差漂移的主周期是220 d、13.4 d和9 d的周期变化,其中13.4 d的周期变化最为显著,几乎比其他周期项变化高出一个数量级.另外尺度和偏差参数还有明显的长期变化,而偏差漂移参数的长期变化不明显.     

Noise analysis of continuous GPS coordinate time series for CMONOC

The Crustal Movement Observation Network of China (CMONOC) is one of the major scientific infrastructures, mainly using Global Positioning System (GPS) measurements, to monitor crustal deformation in the Chinese mainland. In this paper, decade-long coordinate time series of 26 continuous GPS sites of CMONOC are analyzed for their noise content using maximum likelihood estimation (MLE). We study the noise properties of continuous GPS time series of CMONOC for the unfiltered, filtered solutions and also the common mode signals in terms of power law plus white noise model. In the spatial filtering, we remove for every time series a common mode error that was estimated from a modified stacking of position residuals from other sites within ∼1000 km of the selected site. We find that the common mode signal in our network has a combination of spatially correlated flicker noise and a common white noise with large spatial extent. We demonstrate that for the unfiltered solutions of CMONOC continuous GPS sites the main colored noise is a flicker process, with a mean spectral index of ∼1. For the filtered solutions, the main colored noise is a general power law process, indicating that a major number of the filtered regional solutions have a combination of noise sources or local effects. The velocity uncertainties from CMONOC continuous GPS coordinate time series may be underestimated by factors of 8–16 if a pure white noise model is assumed. In addition, using a white plus flicker noise model, the median values of velocity errors for the unfiltered solutions are 0.16 (north), 0.17 (east) and 0.58 (vertical) mm/yr, and the median values for the filtered solutions are 0.09 (north), 0.10 (east) and 0.40 (vertical) mm/yr.     

噪声源校准方法及不确定度分析

噪声系数测量的一个关键指标就是测量不确定度,测量时所用的噪声源是引起噪声系数测量不确定度的一个明显因素。噪声源的精确校准可以有效地降低噪声系数的测量不确定度,因此它是获得高质量的噪声系数测量的关键因素。介绍了两种对微波和毫米波噪声源超噪比进行校准的方法,分别是Y因子法和增益法,并全面分析了引起校准不确定度的因素。     

一种热噪声标准源等效输出噪声温度的计算方法

资用噪声功率即等效输出噪声温度是热噪声标准源的一个关键技术指标,其是匹配负载终端和有耗传输线噪声贡献的合成。为减小等效输出噪声温度的计算复杂度,采用了多项式拟合后分段叠代计算的方法,并分析了有限温度测量点的情况下,不同分段数对计算结果的影响。     

Spectral filter for signal identification in the kHz SLR measurements of the fast spinning satellite Ajisai

The high repetition rate satellite laser ranging (SLR) measurements to the fast spinning satellites contain a frequency signal caused by the rotational motion of the corner cube reflector (CCR) array. The spectral filter, developed here, is based on the Lomb algorithm, and is tested with the simulated and the observed high repetition rate SLR data of the geodetic satellite Ajisai (spin period ∼2 s). The filter allows for the noise elimination from the SLR data, and for identification of the returns from the single CCRs of the array – even for the low return rates. Applying the spectral filter to the simulated SLR data increases the S/N ratio by a factor 40–45% for all return rates. Filtering out the noise from the observed data strengthens the frequency signal by factor of ∼25 for the low return rates, which significantly helps to determine the spin phase of the satellite. The spectral filter is applied to the Graz SLR data and the spin rates of Ajisai are determined by two different methods: the frequency analysis and the phase determination of the spinning retroreflector array.The analysis of more than 8 years of the Graz SLR measurements indicates an exponential spin rate trend: f = 0.67034 exp(−0.0148542 Y) [Hz], RMS = 0.085 mHz, where Y is the year since launch. The highly accurate spin rate information demonstrates periodic changes related to the precession of the orbital plane of Ajisai, as it determines the amount of energy received by the satellite from the Sun. The rate of deceleration of Ajisai is not constant: the half life period of the satellite’s spin oscillates around 46.7 years with an amplitude of about 5 years.     

CHAMP和GRACE-A/B反演大气密度数据评估分析

利用Colorado大学公开发布的2001-2008年CHAMP和GRACE-A/B三颗卫星加速度计反演的400km高度上的大气密度数据,以大气模式NLRMSISE-00为参考,分析反演数据与模式值的误差特点、产生误差的原因、密度的变化及合理性,并通过卫星轨道两行根数（TLE）的反演结果进行验证,主要结论如下.CHAMP密度值整体稍高于GRACE-A/B,CHAMP密度与模式值之间的误差整体小于GRACE-A/B,2007-2008年 GRACE-A/B与模式的相对误差变化起伏较大.2001年CHAMP与模式存在整体偏差,通过相似空间环境条件下的密度变化比对以及利用TLE的反演结果验证,确定2001年的CHAMP反演密度整体偏低.CHAMP及GRACE-A/B密度变化个例显示,卫星密度值会出现一些个性化特征,使用时应根据需求进行分析处理.研究结果可为合理应用该数据提供参考.