基于离散伴随方程的三维雷达散射截面几何敏感度计算

针对有限差分法计算雷达散射截面（RCS）梯度效率低,采用高精度雷达散射截面评估时计算代价高的问题,提出了一种基于麦克斯韦积分方程离散伴随方程的RCS梯度高效计算方法。基于伴随方程的梯度计算可以通过一次雷达散射截面求解、一次伴随方程求解获得RCS关于所有设计变量的梯度。其中麦克斯韦积分方程离散伴随方程的形式与原方程基本一致,可以采用矩量法（MOM）及多层快速多极子算法（MLFMA）求解。伴随方程求解计算量与直接雷达散射截面评估基本一致,存储量在直接雷达散射截面评估的基础上增加不明显。通过双椎体模型、导弹模型对基于矩量法、多层快速多极子算法的伴随梯度进行验证,证明了基于伴随方法的RCS梯度计算可以实现复杂外形中RCS梯度的高效、高精度求解,为基于梯度的高精度气动/隐身一体化优化提供了基础。     

大型结冰风洞云雾场适航应用符合性验证

结冰风洞云雾场符合性是大型结冰风洞适航应用的基础。为验证3 m×2 m结冰风洞云雾场符合性,发展了基于SAE ARP5905的结冰风洞云雾场符合性验证方法,针对主试验段构型,开展了结冰云雾场符合性验证试验,获得了试验段内液滴尺寸和液态水含量拟合关系,考察了喷嘴水压、液滴尺寸、试验段气流速度和喷嘴数量对试验段液态水含量的影响,形成了主试验段结冰云雾控制包线。结果表明：主试验段内液滴尺寸分布具有显著的单峰分布特征,体积中值直径（MVD）模拟范围近似在10~75 μm之间;试验段中心处液态水含量随着喷嘴水压和MVD的增大而增大,同时近似与试验段气流速度成反比,与喷嘴数量成正比;增大喷嘴水压和喷嘴数量会提高试验段内云雾液态水含量空间均匀性,但是增大气流速度却会减弱试验段内云雾空间均匀性;3 m×2 m结冰风洞主试验段结冰云雾控制包线可以覆盖大部分适航条例25部附录C结冰气象条件,但对低液态水含量结冰条件的模拟仍存在局限。     

Some features of the day-to-day MLT wind variability in winter 2017–2018 as seen with a European/Siberian meteor radar network

We present results of wind measurements near the mesopause carried out with meteor radars (MRs) at Collm (51°N, 13°E), Obninsk (55°N, 37°E), Kazan (56°N, 49°E), Angarsk (52°N, 104°E) and Anadyr (65°N, 178°E) from October 1, 2017 till March 31, 2018. The Collm and Kazan MRs are SKiYMET radars with vertical transmission and radio echo height finding, while the other radars operate with horizontal transmission and without height finding. We paid particular attention to the meridional wind variability with periods of 4–6 days and 9–11 days. The waves with these periods are seen as spots of the wave activity in the wavelet spectra and include oscillations with different periods and different discrete zonal wavenumbers. These wave packets successively propagate as a group of waves from one site to another one in such a way that they are observed at one site and almost disappear at the previous one. The 4–6 wave group includes planetary-scale oscillations (individual spectral components) which have eastward phase velocities and mostly zonal wavenumbers 2 and 3, and the vertical wavelength exceeds 70 km at middle latitudes. The source of the oscillations is the polar jet instability. The wave group itself propagates westward, and the amplitudes of wind oscillations are approximately 5–6 m/s as obtained from the wind data averaged over the meteor zone. The 9–11 day wave set propagates westward as a group and mainly consists of spectral components which have westward phase velocity and zonal wavenumber 1. Amplitudes of these wind perturbations strongly vary from station to station and can reach, approximately, 8 m/s. The vertical wavenumber is 0.014 km⁻¹ as taken from the Kazan and 0.05 km⁻¹ according to the Collm data. We obtained a global view on the waves by using the AURA MLS geopotential data. We found a good correspondence between wave features obtained from the MR wind measurements and the MLS data. To our knowledge, such a wave propagation of planetary wave in the mesosphere/lower thermosphere (MLT) region has so far not obtained much attention.     

壁挂式主频可调变截面小卫星结构设计与验证

针对多星并联布局“一箭多星”发射小卫星的模式,为降低星箭连接界面结构受力、提高卫星结构对不同运载火箭的主频适应性、提高星内设备安装空间利用率,本文设计了一种壁挂式主频可调变截面小卫星结构。对该卫星结构,开展了基于有限元方法的模态和静力分析验证,还开展了地面鉴定级振动试验验证和在轨飞行试验验证。分析和试验结果表明,壁挂式卫星结构相比底部连接式卫星结构,星箭连接界面受力可降低67.7%;在不增加卫星结构质量的前提下,仅通过安装或拆卸主传力路径上的部分连接螺钉,就能实现卫星3个方向一阶频率10 Hz左右的可调范围;采用沿运载火箭轴线方向横截面大小可变的变截面结构设计,可将星内设备安装空间的利用率由等截面卫星结构的49.1%提高到74.2%。     

SAR卫星用能量功率兼顾型锂离子电池研究

未来大功率合成孔径雷达(SAR)卫星的发展对储能电池组提出了轻量化、倍率高及在轨寿命长等要求,而现有的SAR卫星用功率型锂离子电池产品已无法满足未来需求。通过优化正极材料和电池设计,加入功能电解液,在保证电池功率特性的同时,显著提升了电池的能量密度和循环稳定性。本文研制出的新一代能量功率兼顾型锂离子蓄电池,额定容量为25.0 Ah,初期放电比能量达到180.0 Wh·kg~(-1),2 C放电容量为0.2 C容量的91.0%,1 C-100%放电深度(DOD)和2 C-30%DOD循环性能优异,可以满足下一代大功率SAR卫星的供配电需求,且大幅降低了电源系统重量,提高了卫星储能系统的利用率和平台有效载荷能力。     

机载220 GHz云雷达衰减订正模拟试验

针对220 GHz云雷达回波信号的衰减问题,结合典型云滴谱和云参数,对水云和冰云模拟取样2 100次,应用离散偶极子近似法计算了220 GHz云雷达探测云滴粒子的衰减系数kc和雷达反射率因子Z的关系。在考虑大气和云对220 GHz云雷达信号衰减的基础上,对水云和冰云的机载220 GHz雷达回波强度进行了数值模拟,根据得到的kc-Z关系,进行衰减订正的模拟试验。结果表明:水滴云比冰晶云的衰减系数大2~3个数量级;相对于小粒子的水云和冰云,大气吸收是造成机载220 GHz云雷达衰减的主要原因。高频段的雷达信号在传播路径上的衰减非常明显,本研究中给出的kc-Z关系适用于220 GHz频率雷达的云衰减订正计算。     

天籁射电阵的空间碎片探测性能分析

提出以曲靖非相干散射雷达作为一种可能的发射源与天籁射电阵组成一套双基地雷达空间碎片探测系统,对该系统的空间碎片探测性能进行计算与仿真分析,包括可探测目标雷达散射截面积(RCS)、天籁射电阵对空间目标与碎片探测时间、探测效率等。分析表明,该系统具有探测直径10 cm以下级空间小碎片的潜力,并在最后提出了一种基于该系统的交叉波束的确定方法及对空间碎片定位的方法。     

基于二级优化的低RCS外形设计方法

针对飞行器外形隐身优化问题,提出了一种流程简单,可同时优化外形轮廓和剖面形状的二级优化方法。这种方法将优化流程分为外形轮廓级和剖面形状级两个层次:外形轮廓级优化任务是将轮廓形状参数传递给剖面形状级,并对外形轮廓进行优化;剖面形状级优化任务是对剖面形状进行优化,并将目标函数值返回外形轮廓级。二级优化的最终结果可获得最优的轮廓形状和剖面形状。以一个具有低RCS特征的飞行器机身为算例,验证了这种二级优化方法的可行性和有效性。     

基于场面监视数据航空器场面滑行路径确定

确定出每架航空器的位置和滑行路径,可以根据不同跑道使用情况得到航空器热点滑行路径,以及通过结合监视雷达解析出的速度信息,将速度畸态区域作为航空器潜在冲突区域.由于雷达监视数据是每秒更新航空器的位置信息,因此在众多的数据中找到同一架航空器连续的滑行路径是难点所在.利用改进支持向量机理论,通过对场面监视雷达数据进行训练和分类预测,结果证明,结合支持向量机可以准确地确定航空器在机场场面滑行的位置以及滑行路径.     

地面和机载Ku波段定向天线的标定方法

提出了一种以地球同步轨道卫星作为参考物、利用GPS位置对Ku波段地面及机载定向天线进行快速标定的方法;研究了将地心大地坐标变换到地心空间直角坐标参数和将地心空间直角坐标变换到站心极坐标的计算方法;给出了定向天线的标定实施步骤。测试结果表明,地面定向天线标定角度误差可达0.1°,机载定向天线标定角度误差可达1°,该标定精度可以满足大部分应用需求。