论铷原子频标的信噪比和短期稳定度

本文给出了非自振型铷原子频标信噪比和短期频率稳定度的理论计算结果,同时还介绍了用分离高性能滤波器和集成高性能滤波器对系统进行的测试。最后的结论是由光检测器中的光谱灯造成的散弹噪声是观察到的限制频标短期稳定度的白噪声频谱的主要影响因素。     

超声速进气道及冲压发动机动态特性分析

基于小偏差线性化思想,利用超声速进气道动力学模型计算得到,进气道激波位置和波后压力的响应幅值随频率增大整体趋于减小,但在各阶纵向谐振频率上存在谐振峰。并进一步考虑了燃烧室加质燃烧,分析了冲压发动机气路动态特性,推导出适用于冲压发动机的集中燃烧模型,研究表明在燃油喷注流量的扰动下,冲压发动机幅频响应谐振峰显著。     

基于多段差频正弦信号频谱相关的频率估计算法

针对多段差频正弦信号提出一种基于频谱相关的频率估计算法,用以提高低信噪比条件下短时正弦信号的频率估计精度,扩展多段信号融合法的适用范围.首先,设计差频修正矩阵消除各段信号频率不等对频谱融合的影响,使同频化处理后的多段差频正弦信号频谱等同于多段同频正弦信号频谱;其次,构造加权因子消除各段信号相位不连续对频谱分析的影响,使得到的最优加权积累频谱近似于与多段差频正弦信号长度相等的相位连续信号频谱;然后,通过对最优加权积累频谱和多段差频正弦信号累加频谱的相关处理,抑制虚假谱峰和噪声干扰.最后,峰值搜索频谱相关谱,实现频率的精确估计.实验表明与现有算法相比,本文算法估计精度高、抗噪性好、普适性好,特别在低信噪比、短时时宽下性能优良.     

燃烧室声学测量和仿真的误差影响因素分析

动态压力数据对于燃烧室声学特性及燃烧不稳定性的分析具有十分重要的意义,由于测点数量有限,实际工程分析中还需要借助声学仿真补充模态分布及频响曲线等多维信息。某些情况下,主次模态频率间隔较小、主模态幅值不太突出,声学测量和仿真之间的误差会严重影响对实际声模态类型的判断。通过燃气发生器缩尺件声学实验及仿真计算,具体分析了在燃烧室声学特性分析过程中的各种误差源,其中包括测量点位置、来流温度、喷注及测量缩进小腔等。研究表明:声学仿真能够准确得到实际的声学模态频率分布,平均温度引起的频率差异不可忽略,非波腹位置处测量的模态幅值需要考虑测点位置的影响,喷注缩进小腔能使特定模态幅值降低,而测量缩进小腔会导致某阶模态幅值的测量结果偏高。     

应用于中继卫星通信系统的16QAM-TCM技术研究

网格编码调制技术可以在不改变信息传输频谱带宽的条件下,改善信噪比,减少发射功率,降低误码率,其实现的方法是分割星座图形成子集,逐步增大星座图中信号点之间的最小欧氏距离。本论文在项目组自研的中继卫星通信系统仿真平台上,仿真了8PSK与16QAM-TCM两种调制技术的解调性能,仿真曲线反映了误比特率需求与所需信噪比之间的关系。仿真结果表明：① 在理想信道条件、I/Q（Inphase/Quadrature, 同相/正交）幅相不平衡、幅频特性、群时延、相位噪声、功率放大器饱和点条件下,假设误比特率需求为1E-7,16QAM-TCM技术的信噪比需求与8PSK调制技术的信噪比需求相比,分别可节省8.85 dB、9.04 dB、8.45 dB、10.2 dB、8.5 dB、14.6 dB的信噪比;② 在非线性信道条件下,当信噪比增大时,8PSK调制技术的误比特率在1E-3数量级附近波动,不再变化;③ 假设需求的误比特率为1E-7,16QAM-TCM调制技术非线性信道信噪比仿真值与理想信道信噪比仿真值相比,损失了4.8 dB。     

基于模态柔度的复合材料梁层间损伤识别试验研究

利用复合材料梁的模态柔度曲率改变率(MFCI)来探讨复合材料无损检测方法。采用锤击法测量计算出复合材料梁的前三阶固有频率和加速度幅值,并采用频谱转换法将加速度幅值转换成振型位移幅值,计算出复合材料梁的模态柔度曲率改变率(MFCI)值,进而检测出复合材料梁的损伤位置。以损伤的大小、位置、层为要素制作了4组不同工况的对比试件。实验结果表明,损伤单元MFCI的值5.200 6明显高于各无损伤单元MFCI的平均值0.720 5,并且它所对应的横坐标的值反映出损伤位置,发生突变单元的间距反映出损伤的大小;3个不同层上损伤MFCI的值分别为5.200 6、5.982 8、6.883 0,可间接反映出损伤发生在不同的层间位置上。多损伤的情况下,损伤MFCI的平均值为1.192也能识别出损伤位置,但比单损伤MFCI的平均值5.294小很多,说明复合多损伤互相干扰,消弱了损伤识别的效率。通过实验证明了模态柔度曲率改变率法对判断复合材料梁的层间损伤有显著效果。     

旋转干涉仪定位体制系统误差标校方法

除了信号噪声原因带来的相位差随机误差,旋转干涉仪定位体制中相位差的测量误差主要包括由通道幅/相不一致、载荷与转台时间不同步、基线旋转平面与卫星平台本体非共面等因素引入的相位差系统误差.系统误差的大小直接决定了定位结果偏离真实位置的程度,为了减小系统误差对定位精度的影响,通过对旋转干涉仪相位差进行建模,将系统误差等效为转...     

火箭发动机超声速过膨胀射流气动噪声特性研究

采用大涡模拟LES方法计算了火箭发动机超声速过膨胀射流形态及近场声压分布,研究了入口温度与环境温度的比值(温度比)对声场的影响;将声源分解,基于Ffowcs Williams-Hawkings (FW-H)方程获取了不同位置噪声源的远场噪声,并根据声压级频谱和湍流形态分析了超声速射流噪声的产生机理。研究表明,超声速过膨胀射流气动噪声由湍流混合噪声和宽频激波噪声组成,近场噪声源以马赫波形式向大方位角辐射中高频噪声,下游大尺度湍流向低方位角范围辐射低频噪声,声压级峰值频率随观测角度增大而升高;随温度比升高,马赫波辐射角度增大,噪声指向性发生改变。该研究可为运载火箭发动机地面试车或火箭发射段声学环境设计提供参考。     

空芯光纤光热干涉法用于痕量氨气传感研究

空芯光纤中传输光能以较高能量密度与气体分子发生长距离的相互作用,为光谱学气体传感和分析提供了高性能的平台。文章基于空芯光纤法布里–珀罗干涉结构和光热光谱方法,开展了痕量氨气传感技术研究。该技术通过探测空芯光纤中的传输光在待测气体光谱吸收热效应作用下产生的相位变化来进行气体传感。使用一段长度约4 cm的空芯光子带隙光纤作为气体传感探头,在近红外光通信波段实现了吸收系数3.3×10-7 cm-1的痕量氨气传感系统。该系统能对波长间隔39 pm的氨气吸收事件进行有效区分,对应1532.538 nm吸收峰可达到4.93 ppmv噪声等效探测极限。这种光纤光热干涉技术具有光谱学技术的一系列固有优势,在航空航天领域的泄漏探测和气体分析等方向具备工程应用潜力。     

改进的量测噪声自适应滤波在空间非合作目标视觉导航中的应用

针对空间非合作目标对接过程中特征点识别的非高斯测量噪声与幅值不确定,对传统滤波方法的量测更新部分进行改进.通过量测更新后的新息数据对量测噪声量级进行在线二次估计,使得量测噪声估计值更贴近实际,增进滤波效果.设计了针对空间非合作目标对接段的滤波器,能够提供对接段相对位置、速度、姿态角及角速率估计信息.仿真结果表明所提出的...     

基于冲击响应谱变换的星箭力学环境等效频谱影响因素分析

介绍基于冲击响应谱变换和稳态放大系数的星箭力学环境等效频谱工程计算方法,给出冲击响应谱相对于正弦基础激励的瞬态放大系数近似解析公式,并结合典型星箭界面加速度时域响应数据分析力学环境等效频谱的影响因素。数值计算和理论分析结果表明:发射段低频力学环境瞬态效应明显,采用工程计算方法确定星箭力学环境等效频谱的结果受稳态放大系数取值影响较大——该系数取值的增大将使等效频谱幅值在整体上明显减小,频率分布特性也会发生变化。可见,目前工程上所采用的星箭力学环境等效频谱计算方法尚有不合理之处,后续应探索新的星箭力学环境等效频谱确定方法。     

一种基于推力器控制的卫星质心在轨估算方法研究

为准确估计地球静止轨道(GEO)卫星在轨道机动过程中因燃料消耗产生的质心位置的变化,提出了一种基于推力器连续喷气的卫星质心在轨估算方法。采用推力器在固定时间内连续喷气工作方式以形成恒定的推力器作用力和力矩,根据陀螺测量值用最小二乘法估算推力器产生的星体角加速度值,采用产生正负向相反控制力矩的两个推力器同时工作,以减小对卫星姿态的扰动和三轴间的动力学耦合。给出了卫星质心计算公式,讨论了质心估算中的推力器推力位置测量误差、推力器推力矢量方向角度测量误差、成对工作推力器推力大小偏差、陀螺组合测量噪声、整星转动惯量计算偏差,以及卫星姿态动力学耦合特性等主要误差源对估算结果的影响。基于某GEO卫星的推力器数据,计算获得了在轨质心的总测量偏差。仿真结果表明:理论计算值与仿真结果的误差在允许范围内,方法有效,可广泛用于航天器的质心位置测量,方法有较大的工程应用价值。     

液体火箭发动机阻尼机架减振特性研究

对具有橡胶——惯性结构的火箭发动机机架简化模型中动态载荷传播特性进行了研究。机架内动态载荷在依次通过橡胶-惯性结构粘贴位置时，携带的部分动能传递到橡胶材料内，导致机架内应力幅值显著低于能量交换前的应力。通过分析橡胶材料内外表面的速度，发现速度差引起了橡胶阻尼材料沿轴向发生剪切加载和卸载过程，并导致机架传递到橡胶材料的动态能量发生剪切变形的过程中被耗散吸收；此外，机架内动态载荷大小与机架内质点速度的变化量有关，机架内质点动能减小及运动速度降低是引起机架动态载荷幅值降低的根本原因。     

MERIS光谱仪与成像通道

MERIS光谱仪是一种用于欧空局ENVISAT-1卫星上的推扫式中等分辨率光谱成像仪。其对地观测的光谱范围为400-1050um,天底点处空间分辨率为26m,刈幅度为1500km,主要提供海洋和陆地信息。 MERIS光谱仪有6台相机,呈扇形并置在一起,视场角可达82° 该光谱仪独特之处在于能够根据地面指令在整个光谱范围内选择窄谱段的位置和宽度,一共可选择15个谱段,带宽在1.25-30nm之间。 本文详细介绍该光谱成像仪的关键部件,如光谱仪的光学系统,配有超薄背光照明CCD、工作温度为-25℃的焦面机构,低噪声视频模拟装置及信号12bits数字化。     

基于双驱动调制的低噪声微波光子混频器

微波光子混频技术是利用光域频谱搬移间接实现微波信号与中频信号之间的频率变换,它具有工作频段高、瞬时带宽大、多通道并行处理能力强等优势。本文设计采用双驱动调制器实现光域微波信号下变频功能,通过对该微波光子混频器的建模与仿真,分析了影响混频器变频性能的因素。并且针对该架构开发了相应的变频模块,同时配置了相应的前置低噪声放大器与中频滤波器来进一步抑制噪声、改善杂散抑制度。通过测试,该模块在24GHz-28GHz频率范围内变频增益＞0dB,噪声系数＜20dB,SFDR约为102dB.Hz2/3,较传统级联调制器方案的微波光子混频器在变频效率与噪声性能方面有显著提升     

发动机供应系统中汽蚀管自激振荡特性试验

为研究汽蚀管在火箭发动机供应系统中的自激振荡特性,采用全尺寸的发动机泵后供应系统,并模拟供应系统在发动机中的边界条件,开展了汽蚀管动态液流试验。在不同的汽蚀管相对压力损失下,获得了不同位置处的压力振荡数据。试验结果表明,当汽蚀管处于汽蚀工作状态,汽蚀管下游脉动压力存在220~310 Hz范围的振荡,下游压力的自激振荡对汽蚀管上游系统无明显影响。随着汽蚀管相对压力损失的增大,汽蚀管下游的汽蚀振荡频率减小,汽蚀振荡幅值增大。在汽蚀管与主阀之间,振荡幅值沿流向逐步增大,从主阀至推力室头腔,振荡幅值逐步衰减。当汽蚀裕度过大时,汽蚀管下游出现大幅值的压力脉冲尖峰,并导致导管结构产生高幅值的脉冲形振动响应。     

基于相关峰细化时延估计的舱内服务机器人发话人定位研究

发话人定位是舱内服务机器人有效区分航天员与环境并获取与航天员相对位置关系的重要手段。针对时延估计的机器人声定位算法精度受采样频率和噪声限制的问题,提出了一种基于相关峰精确插值的空间六元阵列发话人定位方法。该方法基于机器人球形结构设计,利用信号预处理和二次相关降低噪声干扰,通过线性调频Z变换(MCZT)取代快速傅里叶变换(FFT)计算细化频谱,突破已有时域采样率的限制,能有效弱化FFT带来的栅栏效应,提高相关函数分辨率、时延估计精度及发话人定位精度。实验结果表明:基于相关峰精确插值算法的发话人定位方法,其时延估计性能有明显提升,能较好地对声源目标进行定位,且算法精度优于基于广义互相关的发话人定位方法,能满足舱内服务机器人的定位需求。     

一种基于频移补偿的apFFT相位估计改进方法及应用

全相位快速傅里叶变换（all phase Fast Fourier Transform,apFFT)相位一致性特点使正弦信号相位估计不受频率估计影响,但由于频谱泄露和栅栏效应,apFFT相位估计性能受信号频率位置影响。针对该问题,提出了一种基于高精度频率估计和补偿的apFFT相位估计方法。首先,对信号进行高精度频率估计,并以此对信号进行频移补偿,然后对补偿信号进行apFFT,最后求解信号相位。蒙特卡洛仿真结果表明：所提算法的相位估计性能不受信号频率位置影响,相位估计误差性能与理论值一致,受两参数克拉美罗界（CRLB₂）约束,约为1.158 2倍的CRLB₂;相位估计性能和抗噪声能力明显优于经典apFFT算法和其他对比算法。更进一步,利用我国首次火星探测器TW-1（天问一号）近火捕获段干涉测量数据进行算法验证,结果表明：相位估计精度约4 mrad,干涉测量时延估计精度约50 ps。     

基于双相关峰检测的C/A码伪距精密估计

采用软件无线电技术和数字信号处理技术，直接对A／D变换后的中频信号进行处理，并得到C／A码的相关曲线。利用曲线拟合方法对相关峰波形进行拟合，进一步确定相关曲线的峰值点位置。同时基于双相关峰检测的伪距估计方法，精确求解C／A码伪距观测值。利用自编的仿真程序包，在Matlab中进行了相应的模拟计算。仿真结果表明当信噪比大于26dB时，可得到毫米数量级的伪距估计精度，能够满足GPS模拟源系统高精度自校的要求。     

口环间隙对双级高速离心泵性能的影响

为探究口环间隙对离心泵性能的影响,以双级低比转速高速离心泵为研究对象,测量了原型及减小口环间隙改进型的水力性能,对比了两种方案的测试结果,结合试验数据和计算分析了口环间隙对离心泵泄漏损耗及摩擦损耗的影响。结果表明：减小口环间隙能有效提高离心泵的扬程及效率,改进方案的泵效率提升约5%;在设计转速测量工况范围内,随着流量的增大,原型方案的扬程系数逐渐下降,小口环间隙方案的扬程系数变化较小,扬程系数下降使得计算的泄漏损耗占比变化更加显著;尽管减小口环间隙会增加摩擦损耗,但考虑泄漏损耗的影响时,确保运行安全的情况下减小口环间隙是提高泵性能的有效途径。