航天器嵌入式操作系统研究与设计

随着航天器结构和功能的复杂化,对作为系统资源管理者的操作系统的功能和可靠性等要求也日益增强.分析嵌入式实时操作系统在国内外航天领域的研究与应用现状,提出面向航天器应用特点的具有多任务管理、内存管理、文件系统、容错和故障管理等功能的高可靠、高性能的嵌入式实时操作系统的研究与设计方案,并展望其在未来网络化及分布式安全航天器中的发展前景.     

Geostationary orbit determination using SATRE

A new strategy of precise orbit determination (POD) for GEO (Geostationary Earth Orbit) satellite using SATRE (SAtellite Time and Ranging Equipment) is presented. Two observation modes are proposed and different channels of the same instruments are used to construct different observation modes, one mode receiving time signals from their own station and the other mode receiving time signals from each other for two stations called pairs of combined observations. Using data from such a tracking network in China, the results for both modes are compared. The precise orbit determination for the Sino-1 satellite using the data from 6 June 2005 to 13 June 2005 has been carried out in this work. The RMS (Root-Mean-Square) of observing residuals for 3-day solutions with the former mode is better than 9.1 cm. The RMS of observing residuals for 3-day solutions with the latter mode is better than 4.8 cm, much better than the former mode. Orbital overlapping (3-day orbit solution with 1-day orbit overlap) tests show that the RMS of the orbit difference for the former mode is 0.16 m in the radial direction, 0.53 m in the along-track direction, 0.97 m in the cross-track direction and 1.12 m in the 3-dimension position and the RMS of the orbit difference for the latter mode is 0.36 m in the radial direction, 0.89 m in the along-track direction, 1.18 m in the cross-track direction and 1.52 m in the 3-dimension position, almost the same as the former mode. All the experiments indicate that a meter-level accuracy of orbit determination for geostationary satellite is achievable.     

飞机进近着陆电磁环境建模与辐射分布分析

机场终端区电磁、地形和地物在拓扑、物理和语义上的异构性导致进近着陆电磁环境构成机理复杂,很难用单尺度解析模型表征电磁环境的本质属性.在分析终端区多要素层次构成机理和关联耦合特征的基础上,提出一种多层融合的进近着陆电磁环境模型架构.综合采用矩量法和射线追踪法模拟台站辐射特性和地空电波传播模式,建立进近着陆区域电磁辐射强度量化表征与空间分布计算模型,有效降低了场边界特性不规则时空变化带来的电波预测误差.结合某机场地形和航向台数据,对终端区主航道和余隙航道的电磁辐射强度和覆盖范围进行计算和对比分析.仿真结果验证了本建模与分析方法的有效性.     

电磁监测试验卫星矢量磁场探测方法

电磁监测试验卫星是中国第一颗近地轨道电磁场科学探测试验卫星, 探测空间背景磁场是其重要任务之一. 空间背景磁场探测需要在卫星平台上对空间矢量磁场进行长期稳定准确探测, 电磁监测试验卫星采用磁通门磁强计和基于CPT效应的绝对磁场校准装置(Coupled Dark State Magnetometer, CDSM)分别探测空间相对矢量磁场以及绝对标量磁场, 通过数据处理, 使最终的矢量磁场探测数据具有准确性. 这种数据处理方法在理想模型下拥有解析解, 实施过程中载荷的噪声、 准确度及稳定性影响模型的准确性, 会产生数据校准误差. 通过对在轨磁场探测的模拟确定了这种数据处理方法的性能, 验证了在载荷设计性能的基础上电磁监测试验卫星的磁场探测可以实现1 nT的准确度.      

计及壁面传热的微型向心涡轮气动设计探讨

毫米级微型向心涡轮传热效应显著区别于常规向心涡轮,发展计及壁面传热效应的微型向心涡轮的气动设计方法对微型燃气轮机的设计具有重要意义.根据微型向心涡轮壁面非绝热的特点,通过理论分析,初步建立了计及固壁传热效应的微型向心涡轮速度三角形的分析模型.在此基础上发展了计及传热效应的微型向心涡轮的气动设计方法.分析得到了考虑传热影响的微型向心涡轮设计规律.利用三维数值模拟手段对模型和设计方法进行了验证.结果初步表明所发展计及壁面传热效应的模型和微型向心涡轮气动设计方法具有较好的可行性.     

质心标准研究CSCD

工程实践中通常采用标准件作为质心标准。理论研究发现,质心标准件存在较大的不确定性,采用质心标准件校准的质心测量设备量值准确度存疑。在实践中,通过研究创建了全新的质心标准,利用该质心标准对质心测量设备进行了校准,并对两种方法校准的结果进行了比较。应用实践表明,新的质心标准比质心标准件准确度高。     

扰动形状对钝头体非对称流动的影响

通过在钝头体头部施加人工扰动块可以得到确定的大攻角下的非对称背涡结构。为了研究扰动块形状对非对称背涡结构的影响,本文在攻角50°、雷诺数Re_D=1.54×105的条件下,利用数值模拟对周向角90°、子午角10°的扰动位置的半球形、D型及方形3种扰动块形状分别进行了研究。研究发现在同一扰动位置,半球形扰动主控下的背涡结构为右涡型,而D型扰动和方形扰动主控下的背涡结构呈现左涡型,且方形扰动主控下的背涡结构的非对称性弱于其他2种扰动主控的非对称背涡。通过分析发现扰动块所引起的微流动直接影响钝头体非对称背涡结构。因此为了更精准地通过施加人工扰动得到确定的非对称背涡结构,应尽量选择形状简单、表面平滑过渡的扰动块形状。      

刀具编码的激光自适应标刻技术

针对激光标刻刀具编码时出现的标刻效率低、标刻质量不稳定、危害工人身体等问题,提出了一种自适应标刻技术.设计了特定结构的输送机和V型块,配合光电开关的检测功能实现自适应传送刀具;设计了使不同刀具在抓取后轴线处在同一位置的机械手爪,以保证不同刀具端面都能快速定位到激光头标刻区域;利用机械手的快速移动,采用了光电开关辅助对焦来提升对焦的速度和精度.在这3项关键技术支持下,完成了整个方案的设计.样机的测试结果表明,相比传统标刻方式,自适应标刻技术能将标刻效率提升4倍以上,保证标刻编码质量稳定可靠,实现无人化标刻.      

空间碎片能量转化利用技术

针对目前空间碎片问题,提出空间碎片发动机概念,立足于使用捕获到的空间碎片,转化为发动机可用的推进剂。在完成碎片清理目标的同时,获得可持续的动力来源,延长清理器的工作寿命。针对空间碎片制粉的方法进行研究,提出使用球磨仪对金属样本进行研磨。使用转刀式粉碎机对非金属材料进行粉碎。通过实验发现,多数粉末粒径达到微米量级。针对空间碎片粉末推进方式进行研究,提出使用静电加速推进方式对粉末进行加速。空间碎片发动机虽然起源于空间碎片清理任务,但是可持续的推进剂供应,也将为小行星探测等任务提供更好的思路。     

脉冲星方位误差估计的两步卡尔曼滤波算法

为了克服钟差和卫星位置误差对脉冲星方位误差估计的影响,设计了两步卡尔曼滤波（TSKF）算法。首先,介绍了脉冲星方位误差估计的传统模型,并通过分析和仿真验证了钟差、卫星位置误差以及2种误差同时存在时会使脉冲星方位误差估计结果产生较大偏差。其次,在传统的估计模型中加入了钟差和卫星位置误差,并将钟差和钟差变化率增广为新的状态量,从而推导出包含2种误差的新模型,并证明了该模型的完全可观测性;根据该模型并按照两步卡尔曼滤波原理,得到了TSKF算法的步骤。最后,通过仿真表明:在钟差和卫星位置误差同时影响下,传统脉冲星方位误差估计算法偏差较大且发散;TSKF算法则能够有效隔离2种误差的影响,使赤经和赤纬误差估计达到0.2 mas之内的精度。