光纤传感在航天复材结构健康监测中的应用

介绍了波长、相位、偏振、强度这四类主要的光纤传感器及其工作原理,按测量范围分别概述了点测量、准分布式测量和分布式测量这三类光纤传感技术,阐述了基于光纤传感的航天复合材料结构健康监测技术的概念、功能和发展路线,综述了近30年来国内外光纤传感在航天复合材料结构健康监测中的应用现状,最后,指出了基于光纤传感的复合材料结构健康监测技术在国内航天领域中的发展趋势和方向。     

基于FBG传感器的飞行器结构健康监测系统研究

介绍了结构健康监测技术的发展及其应用状况,在此基础上建立了飞行器结构健康监测系统的开放式体系结构,研究了FBG传感器应用于飞行器结构健康监测系统的相关问题,最后分析了结构健康监测技术未来的发展趋势。     

基于Fuzzy ART的航天器状态监测方法及应用研究

为解决信号空间法在航天器状态监测中存在的参数阈值难以设定问题,提出一种基于Fuzzy ART神经网络的状态监测方法．该方法利用Fuzzy ART的聚类特性及网络的自主扩展性,对系统正常状态向量在多维空间进行聚类,并以网络的输出节点编号代表正常状态向量的类别．监测时,网络通过判定输入的状态向量与正常状态向量的匹配度是否满足要求而给出监测结果．该方法克服了信号空间方法各单项参数阈值难以设定问题,并且能有效地消除因噪声干扰产生的虚警．     

基于光纤传感的航天器结构应变参数精确测量

为实现空间高低温环境下航天器结构应变参数的精确测量,采用基于法布里–珀罗（Fabry-Perot, F-P）标准具和乙炔（C2H2）气室的复合波长参考的光纤测量方法,对可调谐滤波器透射波长进行校正,以保证解调精度。在解调过程中,采用自适应阈值法解决光源平坦度差引起的F-P标准具寻峰困难问题,并且基于时间预测性最大化原理对透过气室的光源信号进行盲分离,以提高气室波长校正精度。实验结果表明,该方法可实现在高低温环境下光纤传感器中心波长解调偏差小于3 pm,结构应变测量相对误差小于4%,能够满足实际工程应用中航天器结构应变参数的高精度测量需求。     

分布式光纤传感技术及其在航空航天领域的应用展望

综述了分布式布里渊和瑞利光纤传感技术的主要技术原理、特点及发展概况,包括布里渊光时域分析技术、布里渊相关域分析技术、动态布里渊光纤传感技术、瑞利光时域反射计技术和光频域反射计技术五项主要技术。在此基础上,对分布式光纤传感技术在航空领域的应用进行了回顾,并对其在航天领域的可能应用进行了探讨。     

基于监测信息的固体火箭发动机健康状态评估技术

针对固体发动机难以建立复杂环境下可信度较高的失效模型对固体发动机进行健康状态评估的现状,建立了基于定期无损探伤数据和长期环境监测数据为检测信息指标的固体发动机健康状态评估模型。首先划分固体发动机健康状态等级,在此基础上,确定影响健康状态等级的具体监测信息指标及其权重,界定各监测信息单项指标处在不同健康状态等级的标准范围,基于实测检测信息和不同健康状态等级的标准范围明确监测信息的评估量化值、量值域和全域,并计算监测信息指标关于各健康状态等级的关联度,加权求和即可得出处于不同健康状态等级的综合关联度,实现基于监测信息的固体发动机健康状态的评估。     

载人航天器结构泄漏监测与检漏定位系统方案

提出由结构泄漏监测设备与舱外便携式检漏仪相结合,构成载人航天器气密性监测与检漏定位分析系统的方案。着重对该系统中的3项关键技术:差压式传感技术、传感器阵列技术和冷阴极触发规技术进行了深入的讨论。     

基于证据理论的航天器异常状态融合监测方法

利用多传感器数据对在轨航天器的状态进行监测时,多源信息具有的不确定性会导致通道间判定的不一致,目前工程上主要采用依靠专家经验进一步分析的方法,人工干预增加了判定结果的主观性,导致监测效率不高。本文针对此类问题提出了一种基于证据理论的融合方法,用以实现自动监测。设计了6种监测异常状态的信度函数,通过比较分析,最终选定根式函数,并根据数据特点进行了分段改进;结合工程需求介绍了参数设定原则。用此方法处理在轨航天器下传的多传感器数据,监测结果与现有人工判定结果相符,融合监测方法的有效性得以验证。     

基于光纤传感技术的着靶点测量系统设计

为检验武器系统的制导精度,必须对制导武器命中靶标的相对位置即脱靶量进行测量。针对靶船着靶点测量的需求,提出基于光纤传感技术的测量方案。在分析光纤传感器测量原理的基础上,通过光纤传感器网格、光源发射装置、信息采集、数据接收处理等分系统的设计,实现对靶船着靶点的高精度实时测量。通过对系统工程实现及关键技术问题的研究,表明该系统的技术可行性和工程可实现性,并可推广应用于其它靶标系统。     

基于半张量积压缩感知的形变数据重构在航天器结构健康监测中的应用

针对航天器结构健康监测（structural health monitoring, SHM）面临的数据传输和存储量过大问题,提出一种基于半张量积压缩感知（semi-tensor product compressed sensing, STP-CS）的形变数据重构方法。该方法基于形变数据的稀疏性,利用降维的随机高斯矩阵对形变数据进行压缩采样。为了验证该方案的可行性,实验研究了不同的观测矩阵维数与重构性能的关系。结果表明：采用该方法对形变信号进行随机采样,当观测矩阵存储空间减少到传统压缩感知（compressed sensing, CS）的1/64,仍能实现较高精度的重构,有效节省了观测矩阵的储存空间;此外,重构时间也随着观测矩阵维数的降低逐渐缩短。因此,该方法为解决航天器SHM面临的数据传输和存储挑战提供了新的解决思路。     

可重复使用运载器结构健康监测技术研究进展

系统梳理了国内外针对可重复使用航天运载器开展的结构健康监测技术研究工作情况,并针对其中的关键技术问题,包括热防护系统连接松动检测、低温贮箱健康监测、结构冲击监测、在轨试验验证进行了详细讨论,总结了国内外的研究现状、技术能力以及发展趋势,指出了结构健康监测系统实际部署中的技术需求,为今后可重复使用运载器结构健康监测系统的实际应用提供借鉴。     

基于四元数的航天器间相对姿态光学测量方法研究

提出了一种微型航天器间基于四元数的相对状态光学测量方法.首先介绍了测量系统结构,然后分析了利用四元数法解算航天器相对姿态的解算过程,最后通过仿真实验和实测试验验证了方法的正确性、实用性及可行性.该测量方法可直接用于航天器编队飞行及空间站交会对接过程、空间监视、目标拦截等应用领域中航天器间相对姿态测量.     

人工智能技术在航天器数据监视中的应用研究

通过对航天器数据监视需求的分析,指出了智能监视是航天器数据监视的必然趋势,并对航天器数据智能监视的可行性进行了分析。在深入探讨人工智能技术研究成果的基础上,给出了基于人工智能技术的航天器数据智能监视系统(SDIMS)方案。     

基于地月信息的奔月探测器自主光学导航

基于地月信息提出了一种奔月转移轨道的自主光学导航算法。该算法首先利用导航相机得到的地球和月球边缘图像与地、月几何形状模型，运用扩展源的空间获取算法导出地心和月心对应的像素，然后利用地心和月心像素、探测器的惯性姿态和该观测历元的地、月星历信息，通过基于UD分解的递推加权最小二乘算法确定了探测器轨道。还引入导航系统的可观度定义来分析了导航系统的可观性，数学仿真结果表明导航的位置误差小于30km，速度误差小于0．3m／s，证明该自主光学导航算法是有效的。     

空间伸展臂热应变与热变形光纤监测技术

针对空间伸展臂在热载荷作用下承载特性与形态变化的监测需求,提出了一种基于分布式光纤传感器的伸展臂结构温度、热应变以及热变形集成监测技术。借助ANSYS Workbench有限元分析软件,构建了单端热载荷作用下铝合金空间伸展臂结构热-力模型,分别得到不同局部热载荷下伸展臂轴向温度、热应变以及热变形分布与变化规律。在此基础上,提出了基于有限元分析与热传导理论的两类伸展臂轴向热变形计算方法。构建了分布式光纤传感监测系统,实时监测伸展臂若干关键位置的温度值与应变值,进而反演出结构轴向温度场、应变场连续变化信息。研究表明:采用有限元拟合法与热传导解析法计算所得伸展臂轴向热变形误差分别为5.256%与3.556%。相关成果能够为未来航天器在轨服役状态监测与辨识提供技术支撑。     

光学遥感卫星平台结构热变形试验及测量技术研究

太空复杂外界热环境是平台结构热变形的关键影响因素,为了满足某高轨光学遥感卫星对热变形的特殊要求,更准确获取平台结构热变形引起两台相机安装面指向变化,及两相机安装面之间的相对指向变化,进而推导卫星在轨热变形规律。文章设计了卫星平台结构热变形试验,模拟在轨典型外热流工况对卫星平台实施加热控制,使用数字近景摄影测量技术实时测量和分析热变形引起两台相机安装面的绝对指向变化和两相机安装面之间的相对指向变化情况。热变形测量结果表明:A相机安装面指向最大变形57.5″,B相机安装面指向最大变形79.3″,模拟试验的结果可以作为卫星在轨运行期间热变形预测的依据。     

航天器可恢复式过流保护技术研究

分析了可恢复式反时限保护和恒流限流保护的原理,推导了基于真空环境下电缆温度升高模型的反时限保护方程,并用Matlab软件仿真分析了反时限保护过程中母线电压的瞬态跌落过程。针对恒流限流保护,设计了一种改进电路。Saber软件仿真表明,该电路可将电流超调量限制在20％以内。对多种过流保护手段的优缺点进行了总结,提出了一种包含反时限保护和基于MOSFET特性的恒流限流保护的航天器可恢复式过流保护系统框图。     

中频力学环境下航天器结构动力学分析技术研究

航天器结构中频段的动力学问题是当前国内外研究的难点和重点。文章介绍了航天器结构中频力学环境预示的背景，重点综述了中频动力学分析技术的三类方法，包括改进的确定性分析方法、改进的高频统计能量分析和混合方法，并对其主要理论和应用状况进行了分析和比较。最后，针对航天器结构的中频动力学分析提出亟待解决的关键问题。