空间探测原子磁强计的主动磁补偿实验

在空间探测过程中,采用高灵敏无自旋交换弛豫(SERF)原子磁强计在行星表面进行磁场测量是原位物质成分分析的有效手段之一。为了提高SERF原子磁强计的磁场测量灵敏度,必须减小外界磁场扰动对其原子自旋SERF态质量的影响,基于SERF原子磁强计的测量原理,设计了一套主动磁补偿系统。首先,通过测量驱动激光光强获得3个方向的磁场信息;在此基础上,控制电流源和线圈主动产生一个与外界磁场扰动大小相同、方向相反的磁场来补偿扰动,以提高原子自旋SERF态的质量;最后,结合现有的SERF原子磁强计实验平台进行了实验验证。实验结果表明,与手动补偿方式相比,采用本文所述的主动磁补偿系统,可以实时跟踪磁场补偿点,降低系统信号的噪声,补偿了外界磁场的扰动,验证了磁强计主动磁补偿技术的有效性,为后续样机的研制奠定了技术基础。     

一种用于干扰效果评估的闭环制导模拟方法

针对干扰效果评估需求,提出了一种简便易行的闭环制导模拟方法,即将导引头装在飞艇上,利用导引头测量输出的目标信息,按照导引律的要求,实时引导和控制飞艇向目标方向做制导飞行,以模拟闭环制导控制过程.利用电视导引头搭载飞艇,设定直接瞄准法导引律,完成了多个航次的闭环制导飞行试验.结果表明：飞艇飞行航迹与直接瞄准法导引律要求的理论航线基本一致,飞艇纵轴与目标视线的夹角以及导引头测量输出的离轴角均小于1°,也满足直接瞄准法导引律的要求,从而初步验证了所提出闭环制导模拟方法的可行性.这种作制导飞行的飞艇和导引头,可形象直观地演示、验证干扰效果.     

高轨飞行器主动段双向测控陆基导航方案

高轨飞行器主动段飞行过程中,倒置GPS导航等传统陆基导航方案存在资源需求高、导航精度差等问题。研究了地天地双向测控(TTC)陆基导航方案和天地天双向测控陆基导航方案,建立了时序分析模型,阐述了天地天双向测控陆基导航方案的定位数据使用延迟约为地天地双向测控陆基导航方案的1/2。通过理论分析推导和仿真验证,对比了不同陆基导航方案的资源需求、导航精度及位置速度准确度。结果表明:双向测控陆基导航方案相比传统陆基导航方案对地面站资源需求少,导航精度高,且天地天双向测控陆基导航方案的位置速度准确度更高。     

飞行器视觉导航的H∞滤波

提出了用H∞滤波估计飞行器视觉导航参数.由安装在飞行器上的摄像机获取地面图像,结合飞行器的动力学和运动学方程,构成了一个非线性Kal-man滤波模型.针对非线性模型线性化引入误差以及随机噪声建模不准确的问题,设计了H∞滤波器对组合系统进行滤波估计,并与推广Kalman滤波进行比较.仿真结果表明,H∞滤波的性能优于推广卡尔曼滤波.     

运载火箭的双星定位方法研究

一般地,仅凭两颗ＴＤＲＳ跟踪测距信息无法确定空间运动目标的三维位置,必须借助其它辅助信息。文章总结了可供借用的６类辅助信息;并以运载火箭为研究对象,构造了借助理论弹道解算火箭飞行轨迹的计算方法;分析了测距误差和理论弹道偏差对定位的影响;并通过仿真计算验证了该方法的有效性。     

四元数在刚体姿态仿真中的应用研究

以对称重陀螺为例,探讨了四元数在刚体姿态仿真中的应用及应用中存在的问题,指出姿态用四元数描述具有解算速度快、不会出现奇异的优点,但四元数方程中隐含的约束是微分形式,导致其对仿真时间步长有严格的限制,这在一定程度上限制了它的应用,最后讨论了用四元数实现姿态描描述惟一性的问题,并提出了“标准”四元数的概念。     

变温热源条件下内不可逆

用有限时间热力学方法分析变温热源条件下不可逆布雷顿循环的功率密度特性,计入工质与高、低温侧换热器的热阻损失及压气机、涡轮机的不可逆压缩和膨胀损失,导出了功率密度与压比间的解析式,并通过数值计算将对应于最大功率密度时的一些参数与对应于最大功率时的同样参数进行了比较,说明了功率密度设计的优点与不足.     

系绳卫星体制高精度INSAR系统设计

针对现有分布式干涉系统难以实现更高比例尺高效率地形测绘的问题,提出了一种基于系绳卫星体制的InSAR系统。首先,结合系绳卫星动力学仿真,给出了系绳干涉系统的几何模型,提出了系绳干涉系统的工作模式,然后研究了系绳卫星SAR载荷的具体工程实现途径,提出了基于系绳电缆解决实现同步和相位同步的方法。首次建立了系绳长度及面内角等参数与模糊高度的关系,对SAR载荷的工作频段、发射峰值功率、天线口径、入射角范围等进行了优化设计。对系绳InSAR系统的关键性能指标进行仿真分析,仿真结果表明该系统可以实现0.5m测高精度等核心指标。该研究提出了一种1:5000比例尺的高精度测绘SAR系统,相对测高精度比德国的Tandem-X系统提升了4倍,可为我国后续开展高精度星载InSAR工程研制提供参考。     

并联五连杆点足式双足机器人稳定行走控制方法

针对高载荷点足式移动机器人在肢体惯量大、足端冲击强等挑战下面临的平衡步态控制难题,提出了一种并联五连杆双足结构机器人方案,并设计了稳定行走控制方法。首先,建立了五连杆结构模型,并进行了正逆运动学分析。其次,基于倒立摆(LIP)模型生成的质心轨迹与贝塞尔插值生成的足端轨迹对该机器人进行平衡行走控制,主要思路为：在单腿支撑阶段采用PD反馈控制对机器人质心轨迹进行跟踪,并且根据实时反馈的自身状态计算稳定落脚点位置,实现闭环控制。最后,结合实物模型构建了Matlab仿真实验,结果表明：行走过程中质心和关节角度状态可形成趋于稳定的极限环,该控制算法能够实现双足机器人二维空间内行走。     

一种相控阵天线转台伺服控制系统设计

针对相控阵天线测控系统小型化的需求,提出一种相控阵天线转台伺服控制系统设计方法,采用集成化的设计思想,将伺服控制系统集成到转台内部。系统设计有波束控制器,具有波束控制功能和自动跟踪目标的功能,以及利用网络通信方式实现对多套伺服控制系统的远程控制功能。系统的伺服控制器采用参数自适应模糊PID控制结合时间最优控制的复合控制算法,阶跃信号、正弦信号测试和跟踪测试结果表明,伺服控制系统具有优异的动态性能和较高的跟踪精度。该伺服控制系统功能丰富,控制性能良好,具有广阔的应用前景。