带有空间机械臂的航天器系统惯性参数辨识

针对航天器惯性参数在轨辨识问题,文章以空间机械臂为研究对象,建立了带有空间机械臂的航天器系统动力学模型,并进行了空间机械臂的动力学分析。通过规划一种复杂的空间机械臂的运动轨迹,对机械臂各关节施加合适激励的方法,使空间机械臂做充分可变构型运动。该运动会改变航天器系统的惯性分布,从而引起航天器系统速度变化。然后,通过ADAMS(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems,机械系统动力学自动分析)软件建模测量这些速度变化,计算出空间机械臂的惯性变化,进而基于动量和动量距守恒的方法建立线性回归方程。最后,通过应用递推最小二乘法解线性回归方程组,辨识出了航天器的惯性参数。仿真分析结果表明了所辨识的航天器惯性参数的有效性和准确性。     

Generation of vertical–horizontal and horizontal–horizontal gravity gradients using stochastically modified integral estimators

The Earth’s gravity field modelling is an ill-posed problem having a sensitive solution to the error of data. Satellite gravity gradiometry (SGG) is a space technique to measure the second-order derivatives of geopotential for modelling this field, but the measurements should be validated prior to use. The existing terrestrial gravity anomalies and Earth gravity models can be used for this purpose. In this paper, the second-order vertical–horizontal (VH) and horizontal–horizontal (HH) derivatives of the extended Stokes formula in the local north-oriented frame are modified using biased, unbiased and optimum types of least-squares modification. These modified integral estimators are used to generate the VH and HH gradients at 250 km level for validation purpose of the SGG data. It is shown that, unlike the integral estimator for generating the second-order radial derivative of geopotential, the system of equations from which the modification parameters are obtained is unstable for all types of modification, with large cap size and high degree, and regularization is strongly required for solving the system. Numerical studies in Fennoscandia show that the SGG data can be estimated with an accuracy of 1 mE using an integral estimator modified by a biased type least-squares modification. In this case an integration cap size of 2.5° and a degree of modification of 100 for integrating 30′ × 30′ gravity anomalies are required.     

旋转U型通道的流场显示

采用流场显示的方法研究了旋转U型通道内的流场.该U-型通道的横截面为50 mm×50 mm,弯道的平均半径Rc与通道的水利直径D的比值为0.65,旋转轴与弯道的曲率轴线平行.在雷诺数为100 000时,分别对转动数为Ro=-0.2,0和0.2的三种情况进行了研究.研究结果表明,旋转和通道曲率的共同效应对通道内的流场有强烈的影响,特别是在弯道的下游影响更大;不同的转动数下流场的形态有明显的差别,这表明由哥氏力引起的二次流在确定流场结构时起重要的作用.     

磁悬浮电励磁三相直线同步电机离线参数辨识

建立磁悬浮电励磁三相直线同步电机(MSEETPLSM)的连续时间参数型状态空间方程数学模型,利用前向一阶差分方法将连续时间数学模型离散化成离散时间参数型状态空间方程数学模型,再利用z变换写成递推最小二乘算法标准形式的数学模型。利用递推最小二乘算法在初级转子静止状态下辨识出MSEETPLSM的电阻及自感参数。利用计算机数值仿真软件仿真MSEETPLSM参数的离线辨识算法,得到MSEETPLSM的初级与次级电阻与电感时域辨识曲线,仿真曲线收敛速度较快且辨识精度较高。仿真结果验证了该参数离线辨识算法的有效性。     

压气机特性曲线精确分步拟合方法研究

针对压气机特性曲线分步拟合中坐标变换方法不明确的问题,提出先对压比进行坐标变换,坐标变换中的参数对折合转速进行拟合,之后折合流量或效率分两步对压比和折合转速进行拟合的改进方法。用多个指标对拟合结果进行了评估,给出了拟合阶次的选取方法。实例说明了改进方法的有效性,进一步说明了拟合中坐标变换的意义,以及第二步系数拟合中牛顿插值法和最小二乘法的适用情形。     

摆冲试验机标准谱形库构建及调试方法研究

文章针对新研航天产品没有现成的控制谱形可借鉴的问题,为了获得试验规范要求的控制谱形,设计了冲击试验方案,通过开展大量试验采集试验谱形数据,由最小二乘法获得摆角、波形发生器、缓冲垫等各因素组合下的最优拟合曲线,并归纳汇总获得标准谱形,形成摆冲试验系统标准谱形调试数据库,再经过多个工程型号试验验证了其有效性和便捷性。分析摆角、波形发生器刚度、缓冲垫类型、夹具重量及装夹螺钉数量对冲击响应谱形的影响,总结形成摆锤式冲击试验机调试方法。研究成果有助于指导航天产品冲击响应谱试验控制谱形的快速确立,以缩短调试时间,降低试验风险。     

双线程滑动窗口多系统GNSS超快精密定轨实现及评估

全球导航卫星系统（GNSS）超快精密定轨为GNSS实时应用提供了高精度空间基准。基于天地协同定位、导航与授时（PNT）网络服务中心实现了四系统GNSS卫星超快精密定轨,并对定轨结果进行精度评价。介绍了天地协同PNT网络的概念内涵以及网络服务中心部署的超快精密定轨软件架构和详细功能,并针对实时应用需求提出了一种双线程滑动窗口超快精密定轨策略。最后利用重叠弧段比较、与外部轨道产品比较以及卫星激光测距（SLR）检核3种方式对定轨结果进行了精度评价。结果表明,与武汉大学分析中心的最终事后精密轨道产品相比,四系统GNSS MEO卫星预报6 h弧段的径向均方根（RMS）误差整体在2~5 cm水平,BDS2 IGSO卫星最小一维RMS误差在10~15 cm水平;GPS和Galileo卫星的SLR检核残差均值在1~3 cm水平,标准差在3~6 cm水平,能够满足后续厘米级实时应用对空间基准的精度需求。     

总体最小二乘法在NGMIMU静态解耦中的应用

无陀螺惯导系统的线性耦合是一种严重影响测量精度的系统误差。根据无陀螺惯导系统的耦合特性和总体最小二乘法 (TLS)的性质提出了一种全新的线性解耦算法 ,该算法在解算耦合系数时同时考虑了加速度计的输出误差和标定信号的输入误差 ,得到耦合系数的TLS解对输入值和输出值同时具有范数最小 ,然后用求得的耦合系数对加速度计输出进行重构 ,从而实现解耦。仿真结果表明经该算法解耦后的角速度测量值解耦误差率在 8%以下 ,解耦效果较好 ,验证了该算法的有效性。     

平方律渐变光纤中近轴子午光线的自聚焦特性研究

渐变光纤的折射率分布规律对其色散特性具有重要影响,而平方率渐变光纤一直被认为具有较好的色散特性,其原因是当光能量被集中在光纤轴线附近时,对应的近轴子午光线可以自聚焦。本文首先推导出平方律渐变光纤中,近轴子午光线的轨迹方程。然后,通过对轨迹方程的深入研究,得出了平方律渐变光纤中的近轴子午光线皆可以自聚焦的结论。     

基于遗传算法和最小二乘法的曲面匹配

 针对基于最小二乘法的 ICP曲面匹配算法难以处理待比较曲面的局部大变形问题,提出一种改进算法。即采用遗传算法确定曲面初始相对位置以保证匹配优化结果为全局最优值,利用 ICP算法匹配结果构造偏差阈值,以此阈值过滤点群后再以最小二乘法进行匹配处理,消除局部大变形影响,获得合理的变换矩阵。以此变换矩阵变换初始点群再进行误差计算,从而获得理想的匹配结果。试验表明,该准则对局部大变形的处理效果优于常规的最小二乘 ICP曲面匹配算法。