卫星激光测距中白天测距的分析与实现

卫星激光测距是一项重要而实用的技术,由于白天背景噪声大约是夜间的100万倍,国际上大多数观测台站的卫星激光测距工作都是在夜间进行的。成功实现对激光测距卫星的白天测距,将有助于卫星精密定轨和地球动力学等相关领域的研究,是一项非常重要和有意义的工作。在研制某卫星激光测距项目中,为了完成对MEO(middle earth orbit)、GEO(geostationaryearth orbit)和IGSO(inclined geosynchronous satellite orbit)的白天测距,针对大口径接收望远系统设计和白天背景噪声抑制两大技术难点,进行了详细的分析和论述,提出了采用18点轴向支撑和柔性径向支撑方案解决了大口径主镜的支撑问题,采用空间滤波、光谱滤波和时间滤波技术解决了白天背景噪声大的问题。实践证明,该套系统成功地实现了对GEO卫星的白天测距,白天测距成功率达到了77.5%,测距精度达到了2.6 cm,系统的白天测距能力达到了国际领先水平。     

单光子激光与中波红外共口径探测光学系统

为了实现对远距离民航飞机目标的探测、跟踪和测距,设计并研制了一套单光子激光与中波红外共口径探测光学系统。阐述了激光/红外共口径探测系统的工作原理和单光子激光测距原理,对目标辐射特性、系统作用距离及口径等进行了分析。采用R-C光学系统型式,通过次镜进行分色,实现激光和中波红外双波段光学系统的汇聚光路分色设计。在单光子激光光路中设置小孔光阑,通过仿真分析验证了小孔光阑的杂光抑制能力。通过高精度装调和视轴标定,激光/红外共口径探测系统具备良好的成像质量,中波光路实测调制传递函数达0.28(@20 lp/mm)。利用原理样机完成了对民航飞机的外场探测实验,实验结果表明,该系统可实现对远距离民航飞机的有效探测和跟踪,探测距离达225 km以上,可满足航空、航天及地面探测领域对远距离目标的预警探测和测距需求。     

适用于立方体卫星的激光测距合作目标

为了给立方体卫星星载GPS定轨数据提供检核标准,并满足高精度测定轨道的应用要求,通过在10cm×10cm×10cm的标准立方体卫星的每个表面分布3个通光口径为1.0cm的微小激光反射器,设计了质量约为108g、视场角满足360°、测距精度可达厘米级的激光测距合作目标。根据角锥棱镜的二面角误差、反射面面形误差及入射面面形误差所引起的光束附加相位,分析角锥棱镜在远场的衍射分布特性;接着,根据激光合作目标在卫星上的分布方式,计算激光合作目标的相对有效面积分布;然后,利用激光测距方程估算不同轨道高度的立方体卫星激光反射器回波光子数,并根据卫星质心改正模型估算激光测距精度;最后,以皮卫星激光合作目标测距试验为例,验证了装载在卫星上的1.0cm微小激光反射器能够反射回足够的激光回波信号。结果表明,此种分布方式对于运行在250~1 000km轨道上的立方体卫星能够提供足够的回波信号,激光测距内精度可达厘米级,满足立方体卫星对激光测距合作目标质量轻、分布灵活、测距精度高的要求。     

以SOPC为基的激光测距系统的设计与实现

介绍了一种以可编程片上系统(SOPC)技术为基的高精度激光测距系统的实现方法,以SOPC作为激光测距系统的信号处理和控制的核心,该系统能够在一次测量中对同一方向上多个目标进行高精度测距。系统设计方法是基于一种系统级电路,通过QuartusⅡ开发工具和SOPC Builder子系统实现对此系统的定制。通过系统内部32位定时器实现多个回波的捕获。与传统的测距系统相比具有可同时完成多目标测量、高速数据采集、实时数据传输、集成度高、可靠性强,以及测量误差小的优点,是一种应用很好的激光测距系统。     

高速高精度实时相位式激光测距系统

为解决工业现场测量对高速实时精密测距的需求,设计并搭建了一套高速高精度的激光测距系统。系统采用双测尺同时调制的激光光源以及双路信号同步探测的信号处理技术,提高了系统测量速度以满足高速测距的需求;分析验证了欠采样方法应用于的高频信号测鉴相的有效性,基于欠采样可有效降低了鉴相处理电路的复杂度。采用201 MHz+3 MHz的双测尺调制光源及40 MHz的采样频率,结合收发光学系统及信号解算电路,搭建了高速激光测距系统;进行了激光测距系统的测量速度和测量精度实验。实验结果表明,该测量系统的测量速度可达62次/s,测距精度可达±0.2mm。该系统具有高速高精度的实时测量性能,可用于高精度激光扫描仪、动态跟踪测量等高速测距系统。     

卫星激光测距中发射光路光机结构设计

在卫星激光测距过程中,为了保证望远镜系统接收更多的能量,必须压缩出射激光光束的发散角,减小照射到卫星上的激光光斑尺寸。激光发射系统的主要作用是就将激光器发出光束进行直径放大并准直,是卫星激光测距光机系统中的重要组成部分。在研制某型号卫星激光测距系统中,根据技术指标对两级扩束光学系统、机械结构以及二维电动调整机构进行了详细论述和设计。实践证明,该套系统的光学系统在进行激光光束扩束、准直的同时,通过二维电动调整机构实现了实时调整激光光束的出射方向,满足了设计指标的要求。     

基于激光传感器和嵌入式的工装在线监测系统设计

为了满足工业生产中对距离等信息的实时采集要求,提出了一种以激光传感器为检测端,嵌入式系统为数据处理和控制端的远程监测系统。采用德国SICK公司测距设备OD30-05T1激光测距传感器,以基于ARMV4I的Windows CE嵌入式平台为核心,结合RS485工业总线技术,对多台激光测距传感器进行操作,实现了激光测距系统的数据采集与处理分析。     

高精度Ka频段测控天线卫星跟踪预报方法研究

卫星地面站一般采用两行轨道根数(TLE)格式的SGP4/SDP4模型计算卫星轨道预报进行引导,但是随着Ka频段通信卫星天线应用不断拓展,使用该模型进行轨道预报不能满足Ka频段天线高精度测控要求,特别是低仰角的高轨卫星。提出了基于轨道根数的Ka频段测控天线卫星跟踪预报方法,分析了不同精度要求下卫星摄动模型对轨道预报的影响,考虑了电波折射对跟踪角度的误差修正,设计了轨道预报计算流程,在保证轨道预报精度的同时,简化了轨道计算模型;通过对两个低仰角的高轨卫星实验数据分析,其跟踪引导精度优于0. 005°,能够满足Ka频段测控天线高精度稳定连续跟踪的要求,可大大提高通信卫星在恶劣天气、设备故障等应急状态下的高速数据传输能力和可用度指标。     

基于虚拟测距的单星光学监测空间目标定轨方法

基于单颗天基卫星的光学监测数据在轨道改进时的可观测性差,迭代难以收敛,甚至法方程病态,造成大批量空间目标编目定轨失败。本文分析了仅利用单星光学监测确定空间目标轨道的特点和难点,针对基于天基监测的定轨亏秩问题和单星光学监测定轨的可观测度进行了研究。基于先验轨道信息建立了虚拟测距模型,提出了一种利用虚拟测距和天基测角数据联合的轨道改进方法,提高了利用单颗天基卫星的光学监测数据定轨系统的可观测性。采用我国首颗天基监测试验卫星2015年某40天内监测到的400多个目标的实测数据进行验证,添加虚拟测距后,定轨成功率由原来小于10%提高到90%以上,同时提高了轨道确定精度。     

风云四号地球静止轨道卫星测距系统误差标校 及其定轨影响分析

测距系统误差是影响地球静止轨道(GEO)卫星定轨精度的主要误差因素,GEO卫星的静地特性使得测距数据系统误差特别是测站系统差和卫星轨道存在较强相关性,必须通过其他独立手段解决。首先利用仿真数据分析了地面系统误差和星上系统误差对轨道的影响特性,随后以风云四号B星(FY-4B)测距系统为例分析了测距实测数据,分析结果表明风云四号B星测距系统中存在异常的系统误差,为确定该系统误差的来源,设计了一系列试验方案进行分析,通过试验排除地面设备系统误差,确定了风云四号B星测距系统误差来自于研制厂家提供的错误星上转发器时延值,利用定轨估计解算星上系统误差对其进行标校,以及利用标校后的观测数据重新定轨,各站残差由15 m降至2 m,定轨精度由800 m提高到20 m,分析表明,通过定轨估计解算对星上系统误差进行标校的方法是切实有效的。     

Minimal Realization of Linear Graph Models for Multi-physics Systems

An engineering system may consist of several different types of components,belonging to such physical"domains"as mechanical,electrical,fluid,and thermal.It is t...     

Quantum Cooperative Robotics and Autonomy

The intersection of Quantum Technologies and Robotics Autonomy is explored in the present paper.The two areas are brought together in establishing an interdisci...     

On the Relation of Load to Average Gap in the Contact Between Surfaces with Longitudinal Roughness

A computer simulation model for the contact between longitudinally-oriented rough surfaces has been formulated. This model closely duplicates the actual surf ace contact deformation behavior by taking into account the elastic interactions between the asperities. There were no assumptions made about the shapes, or any deformation behavior of the asperities, except for their obeying the laws of elasticity. The plastic deformations on the high asperity peaks were taken into account by setting a ceiling on their contact pressures at the material hardness value. The simulations used real surface profiles which were digitized from unworn circumferentially ground steel surfaces. Each pair of these profiles was mathematically combined to form an equivalent rough profile pressing against an infinitely rigid flat and having the appropriately adjusted elastic modulus. A total of 28 different pairs of profiles were used in the simulations. Each contacting pair was subjected to 30 different load levels and the local contact pressures and deformations were calculated. The contact simulations yielded some important mathematical relationships between parameters, such as the real area of contact, average gap, and average asperity load through statistical curve fitting. Two analytical functions were generated to relate the average load to average gap and the real area of contact to load.     

三绕组变压器的双绕组等效建模及在Matpower中的应用

针对实际电网存在着大量的三绕组变压器,但国际上一些著名商业软件,如BPA仿真软件、Matpower这一权威潮流计算开源软件,均只提供双绕组变压器模型,限制了其在具有三绕组变压器的电力系统中的应用的问题,潮流计算是自主开发的电力系统各种应用软件的核心模块,因此依托国际权威开源程序进行二次开发,是一种较好的选择。对Matpower要求的数据格式进行了归纳,对变压器的一般的等值电路及带理想变压器的等值电路和带标幺值的等值电路进行了分析研究,提出了三绕组变压器转换为双绕组等效模型的建模方法,使得原先只适应双绕组变压器的潮流计算软件可以适用于三绕组变压器电网的潮流计算;最后以Matpower软件为例进行了案例计算,并用PSASP仿真软件进行对比验证。研究结果证明,所提出的建模方法是有效的。     

电站锅炉模糊风险评价方法研究与应用

针对电站锅炉风险等级评价问题,将模糊综合评价技术应用到电站锅炉风险等级评价中。开展了电站锅炉失效影响因素及模糊评价因素的重要程度分析,建立了一套科学合理适于在线评价的电站锅炉风险评价体系,提出了模糊综合评价技术与改进的模糊层次分析法相结合的模糊风险评价方法,利用改进的模糊层次分析法计算了指标体系中各层指标权重。对某一台电站锅炉的实际运行工况影响子因素进行了模糊风险评价,采用模糊合成算子进行模糊综合运算得到电了站锅炉运行工况影响子因素的评价向量。研究结果表明:电站锅炉的运行工况影响子因素的风险评价等级为第6级,失效可能性等级为小,该电站锅炉运行工况良好。     

考虑进油孔有限长滑动轴承油膜力的近似解析解

针对具有进油孔的有限长滑动轴承油膜力求解问题,采用变分原理和分离变量法,求得了有限长滑动轴承油膜压力分布的近似解析表达式。将油膜压力分布的近似解析表达式在油膜存在区域上进行积分,即得到了油膜力。将提出的计算有限长滑动轴承油膜力方法与无限长轴承模型、有限元方法的计算结果进行了比较,发现了提出的方法与有限元方法的计算结果很接近。最后,研究了进油孔位置和进油压力对油膜存在区域、油膜力等的影响,研究结果表明进油孔位置和进油压力对油膜存在区域和油膜力有较大的影响。     

INTEGRAL EQUATION METHOD＇S APPLICATION IN HOLE-EDGE STRESS OF COMPOSITE MATERIAL PLATE WITH DIFFERENT SHAPED HOLES

The strength of composite plate with different hole-shapes is always one of the most important but complicated issues in the application of the composite material. The holes will lead to mutations and discontinuity to the structure. So the hole-edge stress concentration is always a serious phenomenon. And the phenomenon makes the structure strength decrease very quickly to form dangerous weak points. Most partial damage begins from these weak points. According to the complex variable functions theory, the accurate boundary condition of composite plate with different hole-shapes is founded by conformal mapping method to settle the boundary condition problem of complex hole-shapes. Composite plate with commonly hole-shapes in engineering is studied by several complex variable stress fimction. The boundary integral equations are founded based on exact boundary conditions. Then the exact hole-edge stress analytic solution of composite plate with rectangle holes and wing manholes is resolved. Both of offset axis loadings and its influences on the stress concentration coefficient of the hole-edge are discussed. And comparisons of different loads along various offset axis on the hole-edge stress distribution of orthotropic plate with rectangle hole or wing manhole are made. It can be concluded that hole-edge with continuous variable curvatures might help to decrease the stress concentration coefficient; and smaller angle of outer load and fiber can decrease the stress peak value.     

Fifth International Summer School on Screw-Theory Based Methods in Robotics

正3-11 September,2014University of Bologna,Bologna,Italy www.summerscrews.org summerscrews2014.ing.unibo.it SUMMER 20SCREWS 14In 2014,our screw-theory school comes to the world's oldest university.In early September,Summer Screws'14 will gather six experts in the application of screw theory in robotics and up to 40 participants at the University of Bologna,Bologna,Italy.The school will teach attendees how to apply existing methods and empower them to develop new ones in their own research.The basic theoretical notions will be introduced in a rigorous manner,emphasizing examples,applications,and exercises.Scholarships are available.     

交通荷载作用下桥梁结构参数识别方法

应用动力节点加载法,将作用在桥梁上的交通荷载转化为等效节点荷载,再用两步构造法识别结构物理参数.第1步,用Newmark-β方法变换结构运动方程,并用结构的加速度响应求得变换空间内的位移、速度和加速度响应;第2步,基于最小二乘原理,构造出变换空间内求解结构参数的递推式,进行结构物理参数识别.数值模拟结果表明,在交通荷载作用下,该方法能够快速、准确地进行桥梁结构参数识别.     

INDUSTRIAL ENGINEERING AND VISUALISATION-A PRODUCT DEVELOPMENT PERSPECTIVE

Taking the actual project of teaching and researching process for example, the relationship between the industrial engineering and product development is discussed. And use the novel visualization technology to support the industrial engineering and product development. How to use the new computer modeling and simulating technologies to support the product development and industrial engineering, is introduced especially. The support includes both domestic products and industrial systems. The visualization and computer technologies take a very important role in some system or multi-direction modeling, those technologies mentioned above can help the industrial engineers study the effect of design on the whole life circle, including the producing steps. So the engineers can avoid making the wrong decision which may cause bad effects on the whole industrial engineering.