电磁监测试验卫星矢量磁场探测方法

电磁监测试验卫星是中国第一颗近地轨道电磁场科学探测试验卫星, 探测空间背景磁场是其重要任务之一. 空间背景磁场探测需要在卫星平台上对空间矢量磁场进行长期稳定准确探测, 电磁监测试验卫星采用磁通门磁强计和基于CPT效应的绝对磁场校准装置(Coupled Dark State Magnetometer, CDSM)分别探测空间相对矢量磁场以及绝对标量磁场, 通过数据处理, 使最终的矢量磁场探测数据具有准确性. 这种数据处理方法在理想模型下拥有解析解, 实施过程中载荷的噪声、 准确度及稳定性影响模型的准确性, 会产生数据校准误差. 通过对在轨磁场探测的模拟确定了这种数据处理方法的性能, 验证了在载荷设计性能的基础上电磁监测试验卫星的磁场探测可以实现1 nT的准确度.      

On the universality of asymptotic limits in the theory of field line diffusion and perpendicular transport of energetic particles

We discuss the random walk of magnetic field lines in astrophysical plasmas. Based on the standard theory of field line diffusion we show that there are two asymptotic limits. In these limits field line wandering is universal because in both regimes the field line diffusion coefficient depends only on fundamental length scales and absolute magnetic field strengths. As examples we discuss the field line diffusion coefficient for different prominent turbulence models namely the slab model, the two-dimensional model, and the Goldreich–Sridhar model. We show that the field line diffusion coefficient for the latter model agrees with the results obtained for slab and two-dimensional turbulence in limiting cases. We also discuss the transport of energetic particles perpendicular with respect to the mean magnetic field. Based on the unified nonlinear transport theory we consider again asymptotic limits. It is shown that one can identify four different regimes in which the transport is again universal. In all four cases perpendicular transport only depends on fundamental length scales of turbulence, magnetic field values, and the parallel diffusion coefficient.     

考虑随机干扰的高超声速滑翔飞行器轨迹优化

为解决高超声速滑翔式飞行器具有干扰不确定性的再入轨迹优化问题,提出了一种基于广义正交多项式方法的随机轨迹优化数值求解方法。针对随机干扰,基于广义正交多项式方式对其分布进行采样,形成采样空间,而后将每个采样值代入确定性轨迹优化问题中进行反复迭代求解,得出观测值的样本空间,并计算其期望、方差和协方差,估计输出值。以最大纵程为代价函数对具有随机干扰的高超声速滑翔式飞行器最优轨迹进行了数字仿真。仿真结果表明,基于广义正交多项式的随机轨迹优化方法能够有效处理随机干扰对轨迹优化问题的影响,与蒙特卡洛法相比计算效率大大提高。     

对失效卫星特征点的自适应位姿跟踪控制

为满足对失效卫星上某个特征点位置悬停的同时使追踪星上敏感器指向该特征点,展开了对失效卫星特征点与追踪星间相对动力学建模与控制的研究。在追踪星本体坐标系下建立了六自由度相对位姿动力学模型,并结合失效卫星上特征点的运动规律,给出追踪星的期望跟踪位置和期望跟踪姿态。考虑到追踪星质量、转动惯量、系统所受扰动力、扰动力矩及失效卫星转动惯量的不确定性,设计了复合自适应位姿跟踪控制律,并通过Lyapunov法证明了闭环系统稳定性。对输出受限情况,采取设计控制参数调节过程及输出限幅措施。在仿真条件下,系统在自适应控制律下能够以位置误差约1cm、姿态误差约0.01°完成位姿跟踪任务;增大不确定参数偏差后,位置跟踪误差增至约7cm,姿态误差增至约0.1°;对控制参数进行调节后,可在不影响跟踪精度的条件下在指定范围内限制输出幅值,将幅值限制在指定范围内,并减小控制所需冲量的9%和冲量矩的30%。     

单片微机在控制模型姿态角中的应用

用廉价单片微机８０９８装置（包括单片机外围芯片、辅助电路、角度显示器、控制程序等），控制多台大功率步进电机，实现模型姿态角的控制，并对如何利用软件来提高步进电机的运行频率，模型姿态角β、α和下转盘进行跟踪显示等有关技术进行了探讨。     

一种采用数学形态学方法的姿态指示器填充算法

在现代飞机座舱电子飞行仪表系统中，全姿态指示器天地区域的实时填充是个非常费时的工作，但已有算法不管是在填充速度还是硬件可实现性上都存在缺陷。本文把适于硬件实现的数学形态学方法应用于姿态指示器的实时填充中，提出了一种新的区域填充算法，在此基础上引入种子概念，发挥数学形态学的并行运算能力，提高全姿态指示器填充速度。文中进行了单粒和多粒种子的生长试验，在多粒种子并行填充的情况下，填充效果和速度性能均优于传统算法。该算法填充速度快，能并行处理，适用于姿态指示器等实时填充的场合。     

基于多传感器组合的高转速弹体姿态测试

针对以往三轴磁传感器和加速度计组合测量高转速弹体姿态的不足,提出了一种新的姿态测量方案。该方案由两个磁传感器和两个加速度计以特定的方式安装及相应的解算方法组成。说明了传感器的布阵方式,并给出了弹体姿态解算的数学模型和解算方法。该解算方法包括Magsonde Window和最值之比的证明以及姿态角解算的理论分析,最后对此方案进行了建模与仿真。仿真结果表明,解算的姿态角与真实姿态角相符。     

微小卫星太阳敏感器/磁强计实时标定算法研究

 提出了一种对磁强计/太阳敏感器的无姿态信息的在轨实时标定方法。在现有的标定算法中,仅采用地磁矢量的模作为观测量,本文引入地磁矢量与太阳矢量之间的数量积作为观测量,增强了其可观性,也使对太阳敏感器的实时标定成为可能。扩展卡尔曼滤波器(Extended Kalman Filter,EKF)虽然获得广泛应用,但其线性化过程会引入截断误差,而无香卡尔曼滤波器(Unscented Kalman Filter,UKF)是非线性滤波方法,不须对系统进行线性化。分别利用EKF与UKF的滤波标定算法进行标定研究,仿真结果表明了本文算法的有效性,如磁强计偏置的标定精度,UKF比EKF高26%。     

一类非线性系统的混沌控制

 描述航天器、陀螺和气浮台等刚体姿态运动的欧拉动力学方程,是一个具有广泛代表意义的三阶非线性方程。当该方程中的参数取不同值时,可得到著名的Lorenz系统、Rssler系统、Newton-Leipnik系统、Chen系统及Lü系统。在不同的外力矩作用下,该动力学系统会呈现出相当复杂的动力学行为。从该系统中,发现了一大类新的混沌吸引子。本文分析了这一类混沌吸引子具有的共同特征,并采用基于输出反馈的PI型控制器将一种新的混沌运动稳定于指定平衡点。仿真结果表明,该控制器能够有效地抑制混沌,能将系统稳定于任意指定的不稳定平衡点。     

Experimental Study on Effects of Fuel Injection on Scramjet Combustor Performance

In order to investigate the effects of fuel injection distribution on the scramjet combustor performance, there are conducted three sets of test on a hydrocarbon fueled direct-connect scramjet test facility. The results of Test A, whose fuel injection is carried out with injectors located on the top-wall and the bottom-wall, show that the fuel injection with an appropriate close-front and centralized distribution would be of much help to optimize combustor performances. The results of Test B, whose fuel injection is performed at the optimal injection locations found in Test A, with a given equivalence ratio and different injection proportions for each injector, show that this injection mode is of little benefit to improve combustor performances. The results of Test C with a circumferential fuel injection distribution displaies the possibility of ameliorating combustor performance. By analyzing the effects of injection location parameters on combustor performances on the base of the data of Test C, it is clear that the injector location has strong coupled influences on combus- tor performances. In addition, an inner-force synthesis specific impulse is used to reduce the errors caused by the disturbance of fuel supply and working state of air heater while assessing combustor performances.