基于扩张状态观测器的空间跟瞄转台指向控制方法

空间光电跟瞄系统对“远、暗、小、密”目标低速跟踪指向过程中,由于摩擦扰动、电机槽隙力矩波动扰动和传感非线性等因素,引发跟瞄转台低速爬行现象,导致瞄准误差增大,跟瞄成像抖动。针对这一问题,提出一种基于扩张状态观测器（Extended State Observer,ESO）的指向控制方法,在建立跟瞄转台矢量控制模型的基础上,提出双ESO复合控制方法,对引发跟瞄抖动和扰动的因素进行了在线观测与补偿。通过数值仿真对该方法的有效性进行验证,仿真结果表明,相比于传统比例积分（PI）控制方法与单转速环ESO方法,该方法可有效提高光电跟瞄转台在低速跟瞄时的跟瞄精度与平稳性。     

星间激光通信机光轴指向误差源分析与补偿控制

针对星间激光通信机后光路各光学元件存在的安装误差导致的光轴指向偏差，细化了激光通信机光学系统中各元件的误差矩阵，并采用矩阵光学方法提高分析精度，通过蒙特卡洛法模拟了总体误差情况，定量分析了各光学元件安装误差对光轴指向精度的影响。为了校正存在的固定安装误差，提出了基于误差校正矩阵的补偿方案。在不测量元件具体误差的情况下，通过相机处光斑质心坐标，反推入射光矢量方向，计算得到误差校正矩阵，对跟踪机构的转动角度进行补偿，显著降低了安装误差对光轴指向精度的影响，并在实机进行了粗跟踪误差校正矩阵修正安装误差的实验验证和全角度推广。结果表明，误差校正矩阵可以在难以测量后光路内部各光学元件误差的情况下，补偿系统安装误差，实现对后光路光轴指向误差的校正，大大简化了地面误差修正的流程，同时节约了在轨通信机跟踪指向运算资源，提高跟踪响应频率。     

深空探测采样返回起旋分离动力学仿真分析研究

针对深空探测采样返回高精度起旋分离,实现返回器再入大气姿态稳定的需求。在自主研发的被动式起旋分离机构的基础上,以多刚体系统动力学理论为基础,建立返回器起旋分离ADAMS动力学仿真分析模型,开展起旋分离过程综合敏度分析、敏感参数偏差耦合分析以及覆盖性分析研究,以此评估多参数偏差对返回器初始分离姿态的影响。分析结果表明：动力回转轴偏差和返回器横向质心偏差对返回器起旋分离姿态影响最为明显;合理配置动力回转轴及返回器横向质心位置有助于改善初始分离姿态;经多参数偏差覆盖性分析,验证了起旋分离各项指标的符合性。为深空探测采样再入返回高精度、高可靠分离技术的工程实施提供理论指导。     

CCD光斑质心算法的误差分析

文章建立了CCD噪声和像元尺寸对质心算法影响的误差模型.模型表明,当CCD上光斑的束腰ω<0.1个像元时,质心算法的误差大于0.28个像元;当束腰ω>0.5个像元时,像元尺寸对灰度质心算法的影响可忽略不计,影响质心算法的主要因素是CCD随机噪声误差.在ω>0.5个像元的前提下,光斑尺寸越小,质心算法的精度越高.实验与理...     

利用微波探测仪(ATMS)对在轨微波辐射计观测精度的模拟分析

微波辐射计的观测精度及其对数值模式同化应用的影响评估是微波辐射计观测指标设计的重要参考。基于微波探测仪(ATMS)资料,利用三维变分同化系统模拟分析在轨微波辐射计的观测精度指标。针对ATMS观测误差特征,在其观测基础上增加均值为零、标准偏差分别为0.5,1.0,1.5,2.0K的正态随机扰动,进而获得不同精度的观测模拟值序列,然后利用Harris和Kelley的辐射资料偏差订正经验方法订正不同精度的观测资料。偏差订正后,利用三维变分同化模式(WRFDA)直接同化ATMS资料。通过2016年6月6h预报场的同化试验,评估了不同观测精度的模拟资料对数值模式的同化影响。     

动平衡对小卫星姿态的影响及配重优化

针对小卫星动平衡问题;从小卫星姿态精度角度分析卫星动平衡的必要性,并提出配重优化方法、首先进行理论和仿真分析,表明质心偏移降低星体姿态精度、增加姿控能源和工质消耗、并导致姿态确定和控制器设计参数产生偏差;从而导致卫星姿态产生系统误差;因而动平衡是提高卫星服役质量和服役寿命的必要步骤。然后提出配重优化的动态规划法和单纯形法优化模型,并给出程序设计以及计算实例。     

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。     

基于输出反馈H_∞控制的跟瞄平台稳定控制研究

不考虑光电跟瞄平台环架之间的耦合,建立了外界干扰作用下,环架运动的状态空间模型;基于线性矩阵不等式(LMI)对光电跟瞄平台的方位、俯仰及横滚环,分别设计了输出反馈H_∞稳定控制器。仿真结果表明,该控制器能够实现对光电跟瞄平台的稳定控制,且在模型参数存在摄动和含有多种干扰的情况下,几乎不影响其控制效果,具有良好的鲁棒性及抗干扰能力,满足光电跟瞄平台稳定控制需要。     

标准砝码计量误差对三点测力式质心台测量精度的影响

标准砝码是三点测力式质心台标定校准的专用计量设备,其质量计量的准确性直接关系到质心台的测量精度。通过对质心台标定算法的分析,得出标准砝码的计量误差会影响质心台的标定系数,从而影响质心台测量精度的结论,根据分析结果提出了相应的修正方法,并在实际应用中验证了方法的有效性。     

具有复杂围护结构光学窗口的传热特性分析

针对具有复杂围护结构光学窗口传热特性,建立了高热流作用下的光学窗口及其复杂围护结构的辐射-导热传热模型,分别讨论了窗口的辐射半透明、光谱选择性、外部加热热流以及窗口尺寸对其瞬态温度响应的影响。结果表明,忽略窗口半透明特征会产生最大31.4%误差,忽略光谱选择性会产生最大40.4%误差;窗口外部气动加热热流影响显著,温度响应随热流的增大而急剧增大;窗口厚度对其传热特性的影响较大,随着厚度的增大窗口温度响应减小;而窗口半径产生的影响可忽略不计。     

基于距离梯度的多普勒中心估计精度分析

多普勒中心估计一般使用原始数据或距离压缩后的数据,但目前缺少统一的参数对估计精度进行分析.在多普勒模糊数准确的前提下,提出了根据几何模型和多普勒中心精度要求划分数据块,利用多普勒中心估计值的距离梯度均值和标准差分析多普勒中心的方法.实验表明,利用原始数据得到的多普勒中心估计值其距离梯度的均值和标准差都小于几何模型限定值...     

40 keV质子辐照对HfO2/SiO2高反射薄膜激光损伤性能影响试验研究

在低地球轨道,低能质子辐照是造成空间光学元器件损坏的重要因素之一。激光高反射薄膜是空间激光系统中激光产生和输出部件的重要组成部分,其激光损伤性能变化直接影响激光系统的稳定性。文章采用地面空间环境模拟装置模拟低能（40 keV）质子单独作用效果,通过定点原位测量技术和光热吸收测试获得薄膜的光谱透射率、表面形貌和光热吸收特性,采用激光损伤阈值测量方法表征微小初始破坏的激光损伤阈值及损伤形貌;结合SRIM程序模拟计算粒子在材料中输运的具体过程,定量分析过程中的能量损失情况。试验结果表明,40 keV质子辐照会造成HfO₂/SiO₂三波段高反膜的激光损伤阈值明显降低。     

激光驱动典型几何形状碎片运动建模研究

在以往的激光烧蚀驱动移除空间碎片研究中,均假设激光光束覆盖整个所关注的空间碎片。文章提出了焦斑式激光辐照下球体、圆柱体和立方体碎片反喷冲量和运动姿态的计算模型,研究了激光辐照在3种形状碎片不同位置处所产生的反喷冲量和姿态变化规律。结果表明:碎片运动规律与碎片几何形状和激光作用位置有关,当反喷冲量过质心时,碎片获得平动冲量;不过质心时,则会改变碎片的角速度或姿态。研究结果可为激光移除空间碎片研究提供理论参考。     

室外大气折射率结构常数实时测量研究

与传统的射频链路相比,自由空间光通信FSOC（Free Space Optical Communication）系统是对现有无线通信技术的有力补充,为了抑制大气湍流对信号光束带来的相位噪声和强度波动,有必要对通信信道状况进行实时监测。首先介绍了基于光斑质心漂移的大气折射率结构常数测量方法,利用大口径接收靶面和窄带滤光片,结合实时图像处理算法,实现了大气折射率结构常数的全天候实时监测。将大气折射率结构常数和光强闪烁指数进行了比较分析,测量结果表明它们的包络之间具有很好的线性关系,进一步验证了实时测量系统的可靠性。     

小天体不规则度与光学导航质心提取及应用

针对深空自主导航的小天体"形心和光心"提取问题,提出了小天体不规则度的概念,并给出了定义.小天体不规则度可以度量小天体形状和亮度的不规则程度,并作为不规则小天体质心提取方法的选取准则.首先提出了基于小天体不规则度的图像处理方法选取准则,进而针对形状不规则程度较大的小天体,提出一种基于最小外接图形的不规则小天体形心提取方...     

空间重离子辐照效应评述

文章对生物、半导体、光学材料、金属、聚合物的空间重离子辐照效应的研究工作进行了评述,也阐明了深入开展重离子空间环境模型以及重离子辐照效应与演化规律的研究具有重要意义。研究表明空间环境中重离子的含量虽少,但由于其高的电离能力和穿透力,对生物、半导体、光学材料、金属、聚合物等会产生各种辐射损伤效应,导致卫星信号故障、光学器件失效、金属与聚合物性能及形貌改变,甚至影响航天员的生命安全。     

光学材料带电粒子辐照效应等效模拟试验方法研究

文章研究了空间带电粒子对光学材料辐照效应的等效模拟试验方法.在辐照试验研究基础上,针对光学材料分析了空间带电粒子辐照试验中辐照源选择、能谱效应,综合与顺次辐照效应和加速试验等几个关键问题,并根据空间带电粒子对光学材料的损伤特点,提出了模拟材料内部吸收荆量分布的等效试验方法.     

极轨航天器多层外表面充放电效应试验研究

利用空间带电粒子辐照试验台进行了太阳同步轨道航天器多层组件表面充放电试验,研究了常规与导电型(带ITO镀层)两种Kapton/Al薄膜在受到带电粒子辐照后的充放电情况和外观变化情况。试验结果表明,对于在近极地轨道运行的航天器,带ITO镀层的导电型Kapton/Al薄膜能够有效释放电荷、降低多层组件外表面对航天器地的电位差,本身不会形成放电损伤,比常规Kapton/Al薄膜更适合作为航天器多层外表面热控涂层。     

三结太阳电池高能电子损伤模拟及仿真分析

利用wx AMPS软件构建了高效Ga In P/Ga As/Ge太阳电池的中电池模型,并对电池抗辐照性能进行模拟研究。模拟发现,当辐照缺陷密度较小时,缺陷对中电池的电性能影响较小;当缺陷密度较大时,电性能的下降与电子注量值的对数成正比。计算电池的I-V和量子效率谱(QE曲线)可知,电池电性能的下降直接对应于量子效率的下降、饱和暗电流的增强以及并联电阻的衰降。模拟结果与试验结果的对比显示,在各子电池均匀损伤的假定下,1 Me V电子辐照的缺陷引入率约为0.81。     

AlGaN/GaN HEMT质子辐射效应研究进展

氮化镓（GaN）基异质结材料以其宽禁带、耐高温、高击穿电压以及优异的抗辐射性能成为航天领域半导体材料的研究和应用热点。而基于GaN材料的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管（HEMT）因其制备过程带来的缺陷和损伤,性能将受到空间辐射的严峻挑战。文章对空间辐射环境下AlGaN/GaN HEMT的辐射机理和效应进行梳理;针对低中地球轨道以质子为主的辐射环境,对不同能量和注量的质子辐照对AlGaN/GaN HEMT的效应进行系统分析。鉴于从压电极化角度分析AlGaN/GaN HEMT的质子辐射效应存在欠缺,且不同能量和注量的质子辐照对器件的影响不同,提出后续应开展AlGaN/GaN HEMT辐射损伤机制、不同轨道辐射环境模拟以及质子辐照对AlGaN/GaN HEMT宏观特性影响研究。