太阳空间探测进展与展望

摘要：为了探索太阳空间探测活动的发展方向,在广泛调研太阳空间探测任务的基础上,综合考虑任务实施年代、轨道设计、探测要素、技术特点和成果影响力,选取了10个典型空间太阳探测器,对其科学目标、有效载荷、卫星平台特性和科学发现进行了分析,提炼总结了太阳空间探测的进展和发展趋势。总体而言,太阳探测器运行轨道逐步多样化,有效载荷探测要素更加丰富,探测精度、时空分辨率等显著提升,但仍存在大量问题待解决。在分析现阶段成果和待解决问题的基础上,提出了太阳空间探测的发展展望,指出了全方位、多要素探测是破解太阳物理和空间天气预报发展瓶颈的可行途径。     

Stewart平台卫星动力学建模与姿态指向一体化控制

针对Stewart平台卫星大范围快速机动后的指向控制问题,提出了考虑翼板柔性的Stewart平台卫星动力学建模与姿态指向一体化控制方法。对考虑柔性翼板的Stewart平台卫星的动力学建模与主动控制进行了研究,采用力学基本原理和混合坐标法建立系统的刚柔耦合精确动力学模型,并提出一种同时考虑平台载荷指向与隔振的协同控制方案。数值仿真结果表明,所建立的动力学模型能够准确地描述系统的动力学行为,所提控制方案能够有效提高卫星平台的姿态指向精度。与未施加控制的情况相比,该方案能够将支撑杆的变形量减少到千分之一,从而保证了结构安全。此外,还分析了翼板柔性对Stewart平台卫星姿态控制的影响,结果表明翼板柔性对下平台姿态精度有较大影响,对上平台姿态精度影响较小。     

编入碳纤维编织复合材料的光纤光学性能实验研究

三维编织复合材料是当前先进复合材料领域研究的热点并已开始广泛应用于航空航天等许多领域.三维编织复合材料具有很多优点,但这种材料的性能也较复杂.文中提出一种研究三维编织复合材料性能的新方法,也即将光纤传感器多个编入编织复合材料实现编织智能复合材料,以监测三维编织复合材料的RTM工艺过程,研究其力学性能及监测其在使用过程中的健康状况.对于光纤传感器而言,光纤的光学性能的好坏同光纤传感器的性能密切相关,因此,着重通过实验提出了一种光纤编入三维编织复合材料的方法并对光纤编入材料前后及编入后随材料进行RTM固化前后的光学性能进行了测试对比研究.     

超声速自由涡气动窗口剪切层光学性能的优化设计研究

在超声速自由旋涡气动窗口应用中,高能激光束实际上是透过超声速自由旋涡射流的剪切层输出的,激光束会受到剪切层的退化畸变。为了减少这种畸变,优化超声速剪切层光学性能,提出了超声速自由旋涡射流的压力匹配和折射率匹配剪切层的设计方法。提出了两种类型的折射率匹配剪切层的设计方法,讨论了其设计过程。这两种剪切层分别为按照某种比例混合的He/Ar混合气体作为自由旋涡射流的工作气体时的折射率匹配剪切层,以及选用加热到某个温度的干燥空气作为自由旋涡射流工作气体时的折射率匹配剪切层。     

基于Stewart平台的6-SS并联天平结构优化设计

良态的雅可比矩阵决定并联机构的性能，并决定了其结构参数是否合理。本文利用矩阵的F-范数研究一种新颖的并联天平力雅可比矩阵，以力雅可比矩阵的条件数为目标函数进行并联天平结构优化设计，推导出优化目标函数以5个基本结构参数表达的解析式。利用数值解法求出目标函数关于过渡变量的最小值，并用矩阵2-范数加以验证，找到8种保证并联天平精度的优化结构。该法同时也为六维力／力矩传感器的性能指标评价及其结构优化提供很好的借鉴。     

一种光纤连接器端面非接触光学观测系统

介绍一种非接触显微光学检测系统 ,它采用Michelson基本干涉结构 ,光学图象信号由面阵CCD接收 ,再经视频监视器显示。用于光纤连接器端面特性观测 ,既能进行光学观察 ,又能实现显微干涉检测 ,两种工作模式随意切换。系统以LED作为光源 ,因而具有结构紧凑、体积小等特点     

硅微陀螺仪的一种新型闭环驱动方案

介绍了一种新的硅微陀螺仪闭环驱动方案.该方案采用推挽驱动方式,即在陀螺仪活动梳齿两边的驱动电极上分别施加同相交流电压和反相直流电压.对驱动性能进行了分析,结果表明驱动力矩的频段与噪声信号频段是分离的.在此基础上,利用锁相技术满足正弦自激振荡的相角和增益条件,建立环路的自激振荡,实现了闭环控制.同时在闭环回路中利用正弦自激振荡的相角条件和锁相环的鉴相特性,消除了驱动信号对驱动检测信号的同频干扰,抑制了环路中的噪声干扰.试验结果显示,驱动电压的频率和幅度的变化量均在0.02%以下,实现了驱动稳幅稳频的目的,陀螺仪精度和可靠性得到了显著提高.     

临近空间平台下地形四叉树优化分割算法

提出一种利用四叉树算法生成临近空间平台下动态地形的新方法,并提出了一种新的四叉树递归分割算法的实时优化算法,利用可见性剔除的简化策略和数据简化的存储方式,解决地形绘制的裂缝问题。通过对该算法的实现和优化,在保证一定地形环境的视觉真实程度前提下,达到提高实时渲染速度的目的。实验结果表明:采用本文提出的四叉树算法可以快速对地形数据进行网格剖分,且可得到较好的剖分效果。     

Stewart平台局部灵活度的解析研究

本文详细分析了Stewart平台的输入、输出速度，误差，力（力矩）与平台灵活度指标间的关系。对平台初始位姿时的雅可比矩阵进行了推导，用解析的方式求出它的奇异值。由此构造了Stewart平台最小奇异值、条件数、可操作性三种常用的局部灵活度评价指标，并对其进行解析研究，得到Stewart平台的这些局部灵活度与其结构尺寸间的解析关系，为Stewart平台性能指标的评价及其尺度综合提供了一种较好的依据。     

基于液晶偏转系统的卫星平台振动补偿方法研究

针对卫星平台振动严重影响空间光通信跟瞄精度的问题,提出了基于液晶偏转控制系统的扰动补偿方案。建立了液晶偏转控制系统的数学模型,为了提高收敛速度,设计了基于后验估计误差RLS格型滤波算法的自适应控制器。引入了变阶算法,不但实现了快速、高精度的扰动补偿,而且在没有增加计算量的情况下,消除了高定阶RLS自适应算法中大的暂态响应,改善了控制系统性能。实验结果表明补偿后的扰动残差在10-6rad量级,验证了该控制方案的有效性和可行性。