Passive optical detection of submillimeter and millimeter size space debris in low Earth orbit

Understanding of the space debris environment and accuracy of its observation-validated models are essential for optimal design and safe operation of satellite systems. Existing ground-based optical telescopes and radars are not capable of observing debris smaller than several millimeters in size. A new experimental and instrumental approach – the space-based Local Orbital Debris Environment (LODE) detector – aims at in situ measuring of debris with sizes from 0.2–10 mm near the satellite orbit. The LODE concept relies on a passive optical photon-counting time-tagging imaging system detecting solar photons (in the visible spectral range) reflected by debris crossing the sensor field of view. In contrast, prior feasibility studies of space-based optical sensors considered frame detectors in the focal plane. The article describes the new experimental concept, discusses top-level system parameters and design tradeoffs, outlines an approach to identifying and extracting rare debris detection events from the background, and presents an example of performance characteristics of a LODE sensor with a 6-cm diameter aperture. The article concludes with a discussion of possible sensor applications on satellites.     

自旋式飞行器三维SAR成像及测高新模型

 自旋式飞行器由于运动轨迹复杂,不仅不能精确测量飞行高度,而且从未被用做SAR成像平台。通过研究自旋式飞行器的三维SAR成像新模型,将测高与三维SAR成像相结合,提出了一种基于三维SAR成像的测高新模型。首先分析了自旋式飞行器天线相位中心运动轨迹的特点,将具有三维空间分布的半螺旋线天线运动轨迹等效为面阵天线;然后基于等效面阵,利用模糊函数理论,推导了相应的三维成像模型,从理论上证明了模型的成像可行性并分析其成像性能;最后在成像模型基础上,提出基于三维SAR成像的自旋式飞行器测高新模型,并从成像角度分析影响测高精度的因素。针对等效面阵非均匀分布的特点,采用后向投影(BP)算法仿真验证自旋式飞行器模型下三维成像的可行性和测高模型的有效性。     

一种Mx构型氦光泵磁力仪的磁共振理论分析与实验验证

从亚稳态氦原子的Liouville方程和Bloch方程出发,研究了基于Mx构型的亚稳态氦原子的光磁双共振过程,建立了光探测磁共振线型的理论模型,并通过实验对幅值信号与相位信号的磁共振线型仿真结果进行验证,实测曲线与理论预测匹配较好。对共振线宽进行了估算,讨论了影响磁力仪工作灵敏度的磁力仪设计参数,这对Mx构型氦光泵磁力仪的研制有重要的指导意义。     

Is there an abnormal enhancement of atmospheric aerosol before the 2008 Wenchuan earthquake?

There are extensive reports of ionospheric disturbances before the great 2008 Wenchuan earthquake, which are possibly explained by seismogenic electric field hypotheses linked with the aerosols injected in atmosphere. This paper attempts to investigate the possible change of atmospheric aerosol optical depth (AOD) associated with this earthquake by using MODIS data from both Terra and Aqua satellites. The result shows a clear enhancement of AOD along the Longmenshan faults 7 days before the quake, which is 1 day and 4 days earlier than the reported negative and positive ionospheric disturbances, respectively, and is 1 day earlier than or quasi-synchronism with other reported atmospheric anomalies including air temperature, outgoing longwave radiation and relative humidity. Particularly, the spatial distribution of AOD enhancement is very local and it is correlated well with the active faults and surface ruptures. We suggest that this unique enhancement could be associated with the Lithosphere–Atmosphere–Ionosphere coupling process during the preparation of the Wenchuan earthquake.     

梯形Halbach永磁阵列空心直线同步电动机特性的解析计算与优化

提出了一种新型的双边不对称梯形永磁空心直线电动机。首先使用等效磁荷法建立了梯形单块磁体的三维空间磁场解析模型,再由叠加原理得到双边Halbach阵列空心电机的气隙磁密三维模型。在考虑线圈横向端部效应的基础上,推导出电机运行过程中的反电动势与电磁推力的表达式。利用解析模型分析了梯形磁体阵列气隙磁密谐波分布的规律,并对其进行优化;三维有限元仿真结果表明所提解析模型具有较高的准确度,同时采用经过优化的梯形阵列定子,可以达到提高气隙磁密正弦性从而减小推力波动的目的。     

基于直线形浮标阵的反潜巡逻机监听方案

针对反潜巡逻机监听直线形浮标阵的问题,在给出该问题的背景和特点的基础上,给出了平行监听直线形浮标阵和垂直监听直线形浮标阵时的监听通用模型,提出了 4种特殊的监听直线形浮标阵方案并进行了比较。最后,通过仿真对这几种方案进行了验证。对仿真结果的分析表明了这些方案的优劣,为指挥员执行航空反潜任务提供了有效的辅助决策依据。     

基于旋转双光楔的像方扫描大视场成像光学系统设计

针对无人机传统外挂式光电载荷吊舱窗口尺寸大、无法实现大视场扫描需求的现状,提出了一种基于旋转双光楔的像方扫描红外大视场成像光学系统设计。该系统在传统像方扫描光学镜组基础上引入了双光楔扫描器,以增大系统的扫描视场角,解决了高速无人机目前面临的红外窗口有限且成像视场角小的问题。采用光学设计软件进行了仿真,设计后的光学系统物方视场范围为±21.665°,满足了大视场范围的工作要求。设计结果表明,在工作波段（3.7μm ~4.8μm）范围内,该系统的成像质量高,中心视场调制传递函数在33(lp/mm)空间频率下可达0.45,全视场范围内的调制传递函数>0.42@33(lp/mm),像点能量集中度较好,接近衍射极限。与传统扫描光学系统相比,采用基于旋转双光楔的新型像方扫描成像光学系统设计,在保证各项设计指标不变的前提下,能够将光学系统的径向尺寸减少20%以上,可满足未来无人机实现轻量化和小型化的应用需求,拥有良好的应用前景。     

流动显示中的圆管畸变及其校正

对玻璃圆管内的流场进行显示时,沿管径方向的光线成像存在畸变,使得圆管内流场显示的有效范围减小,必须进行校正才能得到圆管内流场更大的有效视场。通常采用和管壁焦距相反的柱透镜来校正管壁畸变。校正柱透镜的设计是关键,首先采用厚透镜焦距计算方法得到单侧管壁的等效焦距,校正柱透镜焦距与其值相同,符号相反。如果采用传统的平凸柱镜,进行光线追踪时效果并不理想。重新在ZEMAX光学软件中优化校正柱透镜的曲面参数和与圆管的距离,得到的结果为弯月校正柱透镜。按照参数加工圆管和校正柱透镜,采用栅格对其进行静态验证,证明了该方法的有效性,将有效视场增大到了大于80%,相比传统的外加平凸透镜方法,该方法得到的弯月柱透镜校正更加准确,并通过高速聚焦纹影给出了动态结果。该工作对于厚壁圆管内的流场显示等相关工作具有参考意义。     

光传飞控系统交叉通道数据链路设计与分析

未来飞机采用光传操纵系统能够提高抗电磁干扰能力、减小体积和重量,多余度技术能够提高光传操纵系统的可靠性,而交叉通道数据链路是余度计算机之间进行数据交换的重要途径。为此,设计了一种具有多故障容错能力的光传飞控系统交叉通道数据链路。根据系统性能要求,给出并讨论了该链路系统的结构配置和工作流程,分析了其关键组成部件的功能和实现技术,并设计了当光链路发生故障时系统的容错逻辑算法。通过理论分析和数值计算表明,该链路系统能够提高光传飞控系统的安全性和可靠性,并具有良好的实时性和实用性。     

基于光纤传感的襟翼操纵载荷试飞技术

为了研究民用飞机减速板打开引起的襟翼载荷增量,验证襟翼中小偏度下的严重操纵载荷准确性,避免成本高昂的特殊构型试验件研制和减少机上管线敷设空间限制等问题,针对某具体型号襟翼运动机构,建立了基于光纤传感的操纵载荷测量系统、测量系统校准方法,完成襟翼作动器操纵载荷和翼面总载荷的直接验证与确认。试飞实施结果表明,基于光纤传感的襟翼操纵载荷识别及测试技术在某型号减速板打开后襟翼操纵载荷试飞中的研究应用,为襟翼操纵载荷验证提供了一种有效的高精度、低成本试飞测试方法。