基于波束分离技术的空间时延补偿方法研究

针对深空测控通信任务中,空间时延和地球自转使大型地面天线窄波束不能覆盖对应的轨道区域导致的通信链路质量恶化甚至中断的问题,提出了在波束波导馈电的多反射面天线中,通过改变收发馈源位置使上下行波束峰值分离并指向不同的位置实时改善通信链路质量的方法,给出了波束波导馈电系统中馈源位置与波束分离以及增益损失的关系。该方法可以准确地预计并通过改变上行发射馈源的相对位置,使上下行波束按照要求指向不同的位置以减小天线上行链路增益损失。以35 m深空测控通信天线为例进行仿真,在Ka波段34 GHz频率,当上下行链路波束分离达0.032 72°时,增益损失小于4.25 dB。该方法也可用于确定馈源的位移量来修正由于反射面天线结构变形或复杂的多反射面系统镜面位置误差等造成的天线波束误差。     

一种基于时延约束的最优路径求解算法

作为QoS路由和流量工程的关键技术之一,基于时延约束的最优路径问题一直没有得到有效的解决.针对现有的算法很难得到最优解和计算复杂度过大等问题,提出了一种基于时延约束的最优路径求解(DCOP)算法,该算法通过减少算法的搜索空间来有效地降低算法的计算复杂度,可得到最优的无环解.算法采用自适应参数设计,提高了对网络规模和复杂业务变化的适应性.仿真表明该算法比同类算法计算复杂性降低了近一个数量级,且算法具有自适应能力,设计简单,易于工程实现.      

罗兰C定时接收系统时延的一种测量方法

分析了罗兰C时号发射、传递和接收各环节信号的变化过程,得出了环形接收天线和杆接收天线两种情况下接收系统时延的表达式,介绍了一种精确测量罗兰C定时接收系统时延的方法,给出了一组实测结果及其分析。     

一种改进的数字式波束形成的快速自适应算法

提出了一种改进的数字式波束形成的快速自适应算法,即具有严格约束最小功率的抽样矩阵梯度算法(CSMG)。它综合了传统抽样矩阵梯度、算法和具有严格约束的最小功率自适应算法的优点。计算机模拟表明,此算法波束方向随约束角度而变,自适应调零能力较强,收敛速度也较快。     

基于通用测控信号的多频点同波束干涉测量

提出利用两个深空航天器的通用测控信号进行多频点同波束干涉测量,实现两航天器的高精度相对测量。对差分相位时延进行理论推导,提出了一种针对两航天器测控信号主载波存在频差情况下的差分时延观测量误差的模型修正方法,并对月球轨道上两航天器间同波束干涉测量地面跟踪测量条件进行了分析。仿真结果表明,利用两航天器的通用测控信号进行多频点同波束干涉测量,经误差模型修正后获取了误差小于皮秒量级的差分相位时延,能为深空航天器间相对导航定位提供高精度的观测量信息。     

一种简单的VOQ交换机时延确保分组调度算法

采用EDF(Earliest Deadline First)与轮询结合的方法,提出了一种简单的VOQ(Virtual Output Queueing)分组调度算法提供基于流的时延确保.VOQ队列采用EDF的策略裁决分组流的竞争,输入输出端口采用轮询方式匹配.此时VOQ中分组到达至成为头分组的时间以及分组成为头分组至传输到相应输出端口的时间,分别对应于OQ中的分组排队等待时间及服务时间.通过对所得算法详细的理论分析,给出了流时延界及流分组到达的显性关系.更为重要的是,本文的理论结果不仅为设计更为有效的算法奠定了基础,同时为判别不同流的时延要求是否冲突提供了一种新的直接分析的手段.      

“嫦娥3号”月面探测器同波束干涉测量系统的设计与实现

为了提高"嫦娥3号"探测器(着陆器和巡视器)的相对定位精度,针对两器信标实际设置情况,设计了同波束干涉测量(same-beam interferometry,SBI)观测方案。利用着陆器和巡视器星地对接数据分析检验了由差分群时延解算含微小系统差的差分相时延的方法,给出了甚长基线干涉测量(very long baseline interferometry,VLBI)和同波束干涉测量模型及月面定位方法,并仿真分析了巡视器的相对定位精度。最终,把研究的方法实际应用于"嫦娥3号"巡视器的精密相对定位。结果表明,利用1h左右的连续观测弧段的着陆器数传信号以及巡视器数传信号(或遥测信号),采用事后处理方式,得到了随机误差约1ps的差分相时延数据。利用此数据,把"嫦娥3号"探测器的相对定位精度提高至1m左右。     

新型宽带宽波束圆极化卫星导航终端天线的设计与实现

卫星通信与卫星定位系统的应用发展,对终端设备天线的性能提出了更高的应用需求。为实现宽频带宽波束圆极化天线的设计,采用正交移相馈电网络对含有背腔的交叉偶极子天线馈电,实现了宽带圆极化单向辐射特性,同时利用磁电偶极子对交叉偶极子进行加载,展宽了天线的波束宽度,促使天线在50.7%的相对带宽内S11＜-10dB,在1.3~1.75GHz的频带内轴比小于3dB,轴比小于3dB的圆极化波束宽度可达180°,增益不小于6.6dB。经实测验证,所设计的天线具有宽频带宽波束特性,同时具有结构紧凑、性能稳定的优点,适用于卫星通信与导航终端系统。     

一种新型双轴太阳帆板驱动线路盒设计

针对双轴太阳帆板驱动装置2个电机的控制要求,提出一种新型双轴帆板驱动线路盒（BSADE,biaxial solar array drive electronics）设计.该线路盒基于现有帆板驱动线路设计,通过在电机驱动线路中设计一种电流方向转换延时线路,解决了电流方向转换瞬间功率管容易对穿的问题,确保了驱动线路工作的安全性,使得原先大功率管才能实现的线路选用小功率管实现,达到了小型化目标.通过对电机驱动线路和负载绕组进行交叉重组设计,解决了主备份线路间磁耦合问题,实现了严格冷备份目标,大大提高了可靠性.     

一种新型双轴太阳帆板驱动线路盒设计

针对双轴太阳帆板驱动装置2个电机的控制要求,提出一种新型双轴帆板驱动线路盒(BSADE,biaxial solar array drive electronics)设计.该线路盒基于现有帆板驱动线路设计,通过在电机驱动线路中设计一种电流方向转换延时线路,解决了电流方向转换瞬间功率管容易对穿的问题,确保了驱动线路工作的安全性,使得原先大功率管才能实现的线路选用小功率管实现,达到了小型化目标.通过对电机驱动线路和负载绕组进行交叉重组设计,解决了主备份线路间磁耦合问题,实现了严格冷备份目标,大大提高了可靠性.     

多媒体流处理器中缓冲器的体系结构设计

传统微处理器体系结构不能很好地匹配媒体处理应用的特点.针对处理器与存储器之间日益增长的性能间隙问题,分析了传统微处理器对媒体处理应用的通讯瓶颈;通过分析Cache存储器的特点,得出了传统的Cache结构并不适合现代媒体处理应用的结论,讨论了目前针对处理器通讯瓶颈的一些解决办法;提出了一种以大容量流寄存器堆替代Cache作为中间缓冲器,并能适合于媒体处理应用的金字塔存储层次体系结构设计.该体系结构具有三级并行数据带宽存储层次,即片外SDRAM、全局寄存器堆和局部寄存器堆.三级并行存储层次所能提供的带宽依次提高一个数量级,带宽之比为1∶16∶256,从而可以有效地支持卫星遥感图像预处理对数据带宽的需求.      

一种新型Z-Pinch PPT的设计和试验

提出一种基于Z-Pinch原理但无需火花塞而自点火新型微脉冲等离子体推力器（Z-Pinch SI PPT）。为了降低推力器的点火电压以及去掉尺寸减小和轻量化的限制,采用点火和放电一体化的改性聚四氟乙烯为推进剂,两个电极分别为钉状阳极和中心有孔的阴极。相比于传统Z Pinch PPT和平行板脉冲等离子体推力器,该推力器的优点是没有活动部件、火花塞以及为火花塞供电的电源,结构更加简单紧凑。目前研制的该型推力器本体尺寸包络仅有21mm左右,质量为15g。在保持较大推功比优势基础上,点火放电的电压峰值仅为同样自点火的同轴PPT的24%,气体PPT的2.4%。真空舱内多次点火实现累计脉冲1万多次的试验结果表明,该推力器点火电压为480V,推功比为17.83μN/W,平均推力为85.6μN。     

基于MBSE的民用飞机功能架构设计方法

基于模型的系统工程（MBSE）理论越来越广泛地应用于民用飞机设计与功能需求分析领域。研究起始于基于用户需求的自顶向下的民机系统产品顶层用例,辨识相关关键子用例,进一步基于对象用例展开“需求—功能分析”,构建黑盒活动图、顺序图表达实现相关飞机级需求的黑盒功能流,从而明确系统接口和辨识子系统,构建经验证可靠的可进行逻辑仿真的黑盒状态机。在黑盒功能架构的基础上驱动基于人机交互系统模型仿真的民机功能架构“正向设计”过程,对黑盒进行解白,基于建模分析和数值仿真结果,构建实现相关飞机级需求的系统功能白盒架构的“正向设计”。为充分演示上述方法,选择了对民用飞机产品安全性具有关键影响的最后进近着陆场景用例作为案例模型。研究表明,基于MBSE的民用飞机功能架构设计方法充分保证了需求分析和功能架构设计的紧密结合,正向构建了以满足民机产品需求为导向的结构化系统设计方法。      

新型主动液压滤波器的设计与分析

针对目前主动液压滤波器体积大、结构复杂等问题,提出了一种占用空间小、结构简单的新型主动液压滤波器. 采用计算流体动力学在时域内对滤波器所载流体域进行了压力分布计算,分别对三组可控参数激励位移幅值D_m及频率f_m作用下的流体域进行分析,通过比较分析发现,D_m和f_m的选择决定着该液压滤波器性能的优劣,如果二者与原始非定常流幅频特性匹配较好,则该液压滤波器滤波效果良好,反之,会使系统压力脉动变的极不稳定,这与波的干涉原理相互吻合. 算例计算结果表明,当激励频率与初始非定常流频率重合达525 Hz,且激励幅值达0.05 mm时,系统的压力脉动峰峰值可从2.26 MPa降到0.25 MPa,即脉动从±5.38%降至±0.6%,说明了该主动液压滤波器的有效性.     

一种新型轮爪式车轮设计与性能仿真

针对当前行星探测车车轮的缺点和不足,结合行星表面的复杂环境,设计了一种新型轮爪式行星探测车车轮,其主要创新点在于车轮的轮爪.对新型车轮进行了受力分析,推导出车轮平稳运动的条件,为设计者提供了一定的理论依据.用Pro/ENGINEER软件建立了探测车的三维模型,并用ADAMS(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)软件对行星车进行了运动学和动力学仿真.仿真结果表明新型车轮具有较强的越障能力,可以翻越高度超过车轮半径1.4倍的台阶,也可以跨越宽度超过车轮直径的壕沟,能够适应各种地形环境,基本克服了当前行星探测车车轮存在的缺点和不足.      

新型非接触式径向C4D传感器优化设计

基于电容耦合式非接触电导检测(C4D)技术,设计研发了一种新型径向结构的非接触式电导测量传感器。该传感器利用串联谐振的原理,引入电感模块以消除耦合电容对测量的不利影响,扩大了测量范围,提高了测量灵敏度。同时,用仿真与实验相结合的方法对传感器的电极张角进行了优化研究。在5.0、7.5、9.1、10.2和12.0 mm 5种不同内径的管道中进行了电导测量实验,电导测量相对误差均不超过5%,实验结果表明,所设计的新型非接触式径向C~4D电导测量传感器是可行和有效的。     

新型大转角2T2R并联机构的设计与分析

针对大尺寸细长结构部件的加工需求,提出了一种新型五自由度混联机器人,并对机器人中新型大转角2T2R并联机构模块进行了研究分析。首先,应用螺旋理论计算出了2-UPS&（2-RPR）R并联机构的自由度,并应用修正的G-K公式进行了验证;其次,应用封闭矢量方程对机构进行了运动学分析,建立了运动学正反解模型,并计算出了雅可比矩阵;然后,利用机构的约束条件,绘制了机构的工作空间;然后,应用线速度各向同性指标和角速度各向同性指标对机构的灵巧性进行了分析;最后,通过给定轨迹进行运动学仿真。通过分析,验证了该机构的可行性和实用价值,为新型五自由度混联机器人的应用奠定了基础。      

Feasibility of performing space surveillance tasks with a proposed space-based optical architecture

Under ESA contract an industrial consortium including Aboa Space Research Oy (ASRO), the Astronomical Institute of the University of Bern (AIUB), and the Dutch National Aerospace Laboratory (NLR), proposed the observation concept, developed a suitable sensor architecture, and assessed the performance of a space-based optical (SBO) telescope in 2005. The goal of the SBO study was to analyse how the existing knowledge gap in the space debris population in the millimetre and centimetre regime may be closed by means of a passive optical instrument. The SBO instrument was requested to provide statistical information on the space debris population in terms of number of objects and size distribution. The SBO instrument was considered to be a cost-efficient with 20 cm aperture and 6° field-of-view and having flexible integration requirements. It should be possible to integrate the SBO instrument easily as a secondary payload on satellites launched into low-Earth orbits (LEO), or into geostationary orbit (GEO). Thus the selected mission concept only allowed for fix-mounted telescopes, and the pointing direction could be requested freely. Since 2007 ESA focuses space surveillance and tracking activities in the Space Situational Awareness (SSA) preparatory program. Ground-based radars and optical telescopes are studied for the build-up and maintenance of a catalogue of objects. In this paper we analyse how the proposed SBO architecture could contribute to the space surveillance tasks survey and tracking. We assume that the SBO instrumentation is placed into a circular sun-synchronous orbit at 800 km altitude. We discuss the observation conditions of objects at higher altitude, and select an orbit close to the terminator plane. A pointing of the sensor orthogonal to the orbital plane with optimal elevation slightly in positive direction (0° and +5°) is found optimal for accessing the entire GEO regime within one day, implying a very good coverage of controlled objects in GEO, too. Simulations using ESA’s Program for Radar and Optical Observation Forecasting (PROOF) in the version 2005 and a GEO reference population extracted from DISCOS revealed that the proposed pointing scenario provides low phase angles together with low angular velocities of the objects crossing the field-of-view. Radiometric simulations show that the optimal exposure time is 1–2 s, and that spherical objects in GEO with a diameter of below 1 m can be detected. The GEO population can be covered under proper illumination nearly completely, but seasonal drops of the coverage are possible. Subsequent observations of objects are on average at least every 1.5 days, not exceeding 3 days at maximum. A single observation arc spans 3° to 5° on average. Using a simulation environment that connects PROOF to AIUB’s program system CelMech we verify the consistency of the initial orbit determination for five selected test objects on subsequent days as a function of realistic astrometric noise levels. The initial orbit determination is possible. We define requirements for a correlator process essential for catalogue build-up and maintenance. Each single observation should provide an astrometric accuracy of at least 1”–1.5” so that the initially determined orbits are consistent within a few hundred kilometres for the semi-major axis, 0.01 for the eccentricity, and 0.1° for the inclination.     

信息网格安全体系结构的研究

阐述了信息网格Grid环境的独特的安全需求以及现有安全技术的不足,基于协议分层的模式建立了Grid安全体系结构,并着重研究了一站式认证、安全组通信等关键技术,为满足Grid环境的安全需求提供了一体化的解决方案.将该安全体系结构运用于电子商务领域,构建了共享的电子交易场的安全模型,为电子商务提供了安全平台.      

一体化电液作动器容错结构设计

一体化电液作动器(EHA, Electrical Hydrostatic Actuator)是功率电传(PBW, Power by Wire)飞控操纵系统的一部分,为了保证整个飞控系统的可靠度,必须采用多余度结构配置.飞控系统分别从可靠度、任务成功率、余度和故障管理水平以及性能、重量等角度提出了EHA的设计指标要求,并按照设计指标要求,对EHA各个组成部分的失效率进行了计算.根据计算结果,针对一种可行的EHA容错结构,分别计算了由于EHA故障导致的任务中断率(PMA, Probability of Mission abort)和失控率(PLOC, Probability of Loss of Control).计算结果表明此种结构形式能够满足飞控系统对作动器可靠度的要求.最后根据选用的可靠度模型,设计出具有容错能力的多余度作动系统,并对此容错结构进行了详细阐述.