融合自适应步长与地图匹配的智能手机PDR室内定位算法

围绕全角半球谐振陀螺的典型使用环境特征,对谐振子结构方案进行了深入研究。仿真分析了“等壁厚”“上薄下厚”“上厚下薄”3种结构方案的振动特性差异,发现在谐振子平均尺寸相同的情况下,“上厚下薄”方案的工作频率最高,相邻模态频率间隔最大,且受冲击影响最小。进一步,定量仿真分析了内球面半径、内圆角半径及内支撑柱直径等结构参数对“上厚下薄”谐振子振动特性以及抗冲击性能的具体影响,为陀螺的设计加工提供了有效参考。     

正交双加速度计在分度头上的标定方法

为了提升正交双加速度计在低精度分度头上的标定精度,设计了二序列组合测试方法,将二序列中同一加速度计的输出进行融合,并采用最小二乘法分离了分度头角位置误差和加速度计的误差,最终消除了分度头角位置误差对加速度计标定精度的影响。在±10″的低精度分度头上设计并开展了实验,经过数据融合处理后,2只加速度计误差模型系数的标定不确定度数量级均达到10-6~10-7,验证了相较于没有分离出角位置误差的传统方法,标定精度提高了1个数量级。该方法可以推广应用于多加速度计的标定中,能提高加速度计在分度头上的标定精度和标定效率。     

基于行为交互的集群编队网络自组织算法

针对恶劣条件下对集群编队网络自组织构建的要求,对无线自组织网络组网算法进行了研究,将几种媒体接入控制(Medium Access Control, MAC)协议进行深度融合,提出了基于行为交互的集群编队网络自组织算法。该算法通过随机竞争的方式来竞争主节点,避免装订节点身份过程繁琐或主节点被损毁导致网络陷入瘫痪的问题,提升编队组网的安全性;通过行为交互,每个节点获得专有的传输时隙,实现全网节点无冲突的数据传输,最终达到固定分配MAC协议的传输性能。最后,通过仿真对算法进行验证,结果表明16个节点在6s内完成组网,可有力支撑未来协同探测、协同制导等典型场景下对编队网络自组织构建的需求。     

比例式变推力固体姿控发动机非稳态特性研究

为了研究比例式变推力固体姿控发动机的内流场非稳态特性,建立了比例针栓推力器的二维轴对称计算模型,基于动网格技术模拟入口压强随喉部面积变化而变化的推力器工作模式,得到了内流场各性能参数的变化规律。结果表明:在非稳态工作过程中,内流场会出现典型的亚音速回流区、斜激波和流动分离等特征,入口压强、针栓壁面及喷管壁面压强均随针栓靠近喉部而增大,推力器推力逐渐上升,实现了推力连续调节。开关频率会加剧针栓前进过程中头部压强波动。针栓头部收敛角越大,其头部回流区越小。当喉部面积一定时,燃速压强指数越高,发动机压强与推力变化范围越大,为实现预设的推力调节范围,需要选择合适的燃速压强指数。     

基于在轨组装维护的多载荷协同观测卫星平台构型设计

针对高轨遥感卫星多载荷协同观测和一致测量应用需求,在前期总体技术方案研究的基础上,通过开展现有在轨组装航天器和高轨卫星公用平台的构型调研,提出了一种适用于多载荷协同观测需求的平台构型设计方案。平台利用CZ-5运载火箭发射并在轨展开,采用“网格式中心承力筒+板+桁架”式的总体构型,开展了主传力路径、贮箱承载结构、网格式中心承力筒等的细化设计工作,并进行了结构产品的初步设计,建立了平台结构整星的有限元模型。仿真分析表明:平台结构整星的各向一阶频率均能满足运载火箭的频率要求。基于标准化、通用化的平台接口设计,使其具备可扩展及可维修的能力,大大提升了平台鲁棒性。基于全网格筒的主承力设计,增强平台结构承载能力,并改善平台内部热环境。该设计方案可为基于在轨组装维护的高轨遥感大平台结构的设计提供有价值的参考。     

面向时序InSAR的卫星任务规划框架设计

随着国内自主雷达卫星和差分干涉合成孔径雷达技术(D-InSAR)及衍生的时序InSAR技术的发展,以时间序列上重复观测为主的长周期形变监测的应用与日俱增。对遥感卫星地面任务规划系统来说,规划和管理大量有时序关联的重复任务,从而最大限度地满足观测要求,是提升以形变监测为使命的雷达卫星运控效率的关键。在综合考虑雷达差分干涉任务序列性、一致性、周期性特征的基础上,设计了一种面向雷达卫星时序InSAR类型任务的规划框架,旨在规划序列任务时,考虑序列整体特性,进行序列任务组间的冲突检测。基于此方法,对现有的地面任务规划系统进行了优化升级,验证了框架的有效性。结果证明:该方法可快速、自动进行序列任务冲突消解,可为长周期序列任务的规划和管理提供设计参考。     

土星系探测任务进展与展望

《2021中国的航天》白皮书表示中国行星探测工程将实施小行星探测、火星采样返回、木星系探测等任务,对于更为远期的行星探测任务尚未有明确规划。土星是太阳系第二大行星,拥有美丽的星环和众多天然卫星,其中土卫二可能存在冰下海洋、土卫六是太阳系第二大天然卫星且是唯一一个拥有浓密大气的卫星,均具有极大的科学研究价值。本文对国外土星探测任务的发展状况进行了调研分析,包括已实施的先驱者11号、旅行者1号、旅行者2号、卡西尼-惠更斯号,以及后续的土卫二轨道-着陆器、土卫二多次飞越探测等。对这些任务的特点及实施土星系探测面临的关键难点进行了归纳总结。最后,提出了土星系探测的总体任务设想,进行了任务分析与初步设计,可作为中国后续行星探测任务规划的参考。     

单向多孔材料在电弧中冷却性能的数值模拟

定向凝固制备的单向多孔材料在电弧加热器中可以替代水冷铜壁,提高电弧加热器的焓值和热效率,具有广阔的应用前景。针对单向多孔材料在电弧中的传热过程建立数学模型,利用数值模拟的方法研究了孔隙率、孔直径、通入角和注入率对单向多孔材料在电弧中冷却性能的影响规律。结果表明:孔隙率从7.9%增加到26.7%时,内壁面的热通量可降低约92%;在孔隙率和冷气流速不变的条件下,孔直径从0.3 mm增加到0.8 mm时,内壁面的平均温度从498 K增加到697 K;通入角的变化会同时影响单向多孔材料内壁面热通量和冷气注入率,进而影响材料的冷却性能;冷态气流注入率从14.2%增加到42.7%时,单向多孔材料内壁面热通量降低约17%。本研究结果可为单向多孔材料在电弧加热器中的应用提供参考。     

弱引力下的六足机器人附着与移动控制方法

针对小天体上弱引力带来的脱附难题,研究了适用于小天体星表弱引力环境的六足机器人附着与移动控制方法。建立了足-地接触动力学模型,分析得到六足机器人实现弱引力条件下附着而不脱离、移动而不打滑的力学约束条件。根据六足机器人的机构特点和移动形式,设计了基于三角曲线的平稳步态规划方法,以抑制移动过程中机器人足端所受的冲击效应;建立了基于末端步态偏置的多足协同主动附着方法,保证机器人对小天体星表的稳定附着。最后,通过一个仿真案例,验证了该控制方法的有效性,为弱引力条件下六足机器人的移动探测任务提供了新思路。     

滑翔飞行器速度约束条件下制导律设计

针对滑翔飞行器速度约束条件下的制导问题,提出一种基于神经网络的制导方法。首先,建立滑翔飞行器弹道优化模型,给出基于高斯伪谱法的弹道优化方法和基于神经网络的制导律模型;其次,为进一步满足速度约束条件,提出了速度控制策略;最后,将高斯伪谱法获得的最优控制量离散后作为标签数据,利用反向传播(BP)神经网络进行训练,将训练好的网络模型嵌入弹道仿真环境中进行数值计算,并与定攻角剖面和高斯伪谱法离线优化的计算结果进行对比分析。仿真结果表明:提出的制导方法能够在满足速度约束条件下实现制导飞行,具备在线实施的能力和较好的工程适用性,对此类飞行器的制导律设计具有一定的参考意义。