GRACE accelerometer calibration by high precision non-gravitational force modeling

The precise modeling and knowledge of non-gravitational forces acting on satellites is of big interest to many scientific tasks and missions. Since 2002, the twin GRACE satellites have measured these forces in a low Earth orbit with highly precise accelerometers, for about 15?years. Besides the significance for the GRACE mission, these measurement data allow the evaluation of modeling approaches and the improvement of force models. Unfortunately, before any scientific usage, the accelerometer measurements need to be calibrated, namely scale factor and bias have to be regularly estimated.In this study we demonstrate an accelerometer calibration approach, solely based on high precision non-gravitational force modeling without any use of empirically or stochastically estimated parameters, using our in-house developed satellite simulation tool XHPS. The aim of this work is twofold, first we use the accelerometer data and the residuals resulting from the calibration to quantitatively analyze and validate different non-gravitational force model approaches. In a second step, we compare the calibration results to three different calibration methods from different authors, based on gravity field recovery, GPS-based precise orbit determination, and based on modeled accelerations.We consider atmospheric drag forces and winds, as well as radiation forces due to solar radiation pressure, albedo, Earth infrared and thermal radiation (TRP) of the satellite itself. For TRP, we investigate different transient temperature calculation approaches for the satellite surfaces with absorbed power from the aforementioned radiation sources. A detailed finite element model of the satellite is utilized for every force, considering orientation, material properties and shadowing conditions for each element.For cross-track and radial direction, which are mainly affected by the radiative forces, our calibration residuals are quite small when drag is not super dominant (1–3?$\text{nm}/{\text{s}}^2$ for total accelerations around $\pm$50?$\text{nm}/{\text{s}}^2$). For these directions the calibration seems to perform better than the other compared methods, where some bigger differences were found. For the drag dominated along-track direction it is vice versa, here our method is not sensitive enough because the difference between modeled and measured drag is bigger (e.g. residuals around 10?$\text{nm}/{\text{s}}^2$ for total accelerations around $\pm$70?$\text{nm}/{\text{s}}^2$ for low solar activity). In along-track direction the orbit determination based methods are more sensitive and produce more reliable results. Results for the complete GRACE mission time span from 2003 to 2017 are shown, covering different seasonal environmental conditions.     

转台中心轴线标定误差分析与修正

提出一种标定球和几何变换相结合的方法修正三维激光数字化系统中转台中心轴线的标定误差.该方法首先用8个不同旋转位置的标定球球心计算转台中心轴线,然后利用几何变换将不同位置的球心绕转台中心轴线旋转到零度位置,并计算与初始位置球心的偏差,依据不同位置球心旋转复位的偏差采用几何逆变换推导出转轴偏心的修正公式.在自行设计的三维激光线扫描测量平台上数据旋转拼合精度提高到0.07?mm,实现了多视旋转测量的数据点云在线自动拼合.与以前的方法相比,设计的转轴标定误差修正方法简单、高效,在其它安装转台的测量系统中同样适用.     

基于气体动理学方法的多尺度稳态热辐射计算

随着航空发动机燃烧室内燃气温度的提升,高温区域的热辐射问题将会变得更为重要,同时由于高温气体辐射导致辐射特性的剧烈变化,将会呈现出多尺度的现象,增加了辐射计算的难度。文章通过稳态离散统一气体动力学格式（SDUGKS,Steady Discrete Unified Gas Kinetics Scheme）的思路实现稳态辐射问题的求解,SDUGKS格式通过特征线差分离散的方法实现单元界面的重构,通过某种迭代格式来实现单元数据的更新,这一过程实现了对网格内部的辐射特性的有效模拟,该过程可适用于任何具体的辐射尺度。因此就可以在任意网格条件下实现多尺度问题的计算。文章引入了修正的延迟修正法（Deferred-correction,DC）实现单元数据更新,对单一尺度和多尺度问题进行了计算,在单一尺度问题中,验证了SDUGKS格式求解稳态辐射问题的正确性,进一步构造多尺度问题进行求解,论证了SDUGKS在多尺度问题计算中的渐近保持性质和准确性。     

星敏感器瞬态效应仿真及抗干扰算法

分析星敏感器在南大西洋异常区(south atlantic anomaly,SAA)工作异常的机理,建立空间粒子干扰仿真模型;并在此基础上,提出星点甄别和帧间比对两种抗空间粒子干扰算法.仿真结果表明,SAA环境下采用改进后的算法,星敏感器在捕获和跟踪模式下其识别成功率高、耗时少,空间辐射环境适用性较强.     

基于LOLA数据的冯·卡门撞击坑太阳辐射研究

冯·卡门（Von Kármán）撞击坑是“嫦娥4号”的候选着陆区之一。基于LOLA高程数据,对当前的月球光照模型做出改进,建立了月表太阳辐射模型,对冯·卡门地区2018年太阳辐射进行了数值模拟分析。结果表明：地形对太阳辐射的影响很大,撞击坑的南部坑壁、中央峰北部以及内部小撞击坑南部坑壁接收的太阳辐射能较多,坑底平原大部分地区接收的太阳辐射能在（0.9~1）×10¹⁰ J/m²之间;不考虑月面坡度时,太阳辐射能量主要受纬度的影响,计算区域的变化范围为（0.87~1.01）×10¹⁰ J/m²。结合月表坡度和光照条件提出了两个候选着陆区（S1区和S2区）：S1区位于坑底南部平原,地势更平缓,日出更早,光照时间更长;S2区位于中央峰西北侧,接收的太阳辐射能量更多。两区全年平均接收的太阳辐射能分别为9.31×10⁹ J/m²和9.65×10⁹ J/m²,7月份光照时间最长,更适宜着陆。     

粉末材料的变温介电常数测量

介绍了粉末材料介电常数变温测试系统,测试温度可达200℃。测试系统以传输/反射法为理论基础。测试系统有两个关键的部分,一是利用去嵌入技术去除转接头和垫片的影响;二是温度控制系统,该系统包括被测件的设计,隔热和温度分布情况等。利用该系统,对不同温度下模拟月壤的介电常数进行了测量,在不同温度下,模拟月壤LLB-07和月壤JSC-1A的介电常数非常接近,模拟月壤的介电常数及损耗正切随着温度的升高而增加。利用本文的测试系统能够实现粉末材料的变温介电常数测试。     

半空间中机载甚低频双拖曳天线电磁辐射特性

对半空间中机载甚低频双拖曳天线电磁辐射特性进行了研究.基于有限元算法建立了机载甚低频双拖曳天线半空间全波仿真模型,利用边界条件模拟了海面半空间环境,深入分析了海面半空间环境对于机载甚低频双拖曳天线辐射特性的影响,通过调整机载甚低频双拖曳天线长短比,优化了机载甚低频双拖曳天线的输入阻抗、辐射效率等设计参数,该研究结果与美国海空军发展中心公布的数据吻合较好,验证了研究结论的有效性和可信性,对机载甚低频双拖曳天线的设计及应用具有参考意义.      

无依托状态加速度计的新型标定方法

为解决加速度计性能参数时变性的问题,提出了无依托状态下加速度计标定方法.在无需借助转台等传统标定设备、无需拆卸惯性元件的条件下,充分利用惯导系统(INS,Inertial Navigation System)自身资源,以静基座初始对准获得的准确姿态信息为前提,利用当地重力g作为标定基准,考虑到误差模型非线性的特点,引入非线性寻优策略辨识零位偏差,将误差模型蜕变为线性后,运用线性最小二乘方法辨识安装误差矩阵和刻度因数误差,从而实现加速度计关键参数标定.数值仿真结果显示:经过标定后加速度计测量误差可减小20倍,说明在无依托状态下具有工程实用价值.      

空间紫外辐照对高分子材料破坏机理研究综述

高分子材料作为绝缘体和电介质被广泛应用于机电组件、集成电路等各类电子元器件中,其性能的变化将直接影响电子元器件功能的正常实现。空间紫外辐照是造成高分子材料性能退化的重要因素之一。文章介绍了空间紫外辐照的来源及特点,阐述了紫外辐照对高分子材料作用的两种效应,即瞬态效应和累积效应的机理与过程及其对高分子材料性能造成的影响,并提出增强高分子材料耐紫外辐照能力的方法和途径。最后指出需要进一步开展研究工作的方向。