大型观测有效载荷对空间站平衡姿态影响研究

空间站通常运行在力矩平衡姿态下。空间站上搭载大型天文观测有效载荷时,载荷运动会产生干扰力矩,对空间站平衡姿态会产生影响。针对搭载在空间站平台上的大型观测类有效载荷工作特点,建立了其运动补偿规律和扰动模型,将扰动引入空间站的平衡姿态动力学过程中,并进行了计算机仿真和分析。仿真结果表明,在设计的二次调节器和前馈控制器的作用下,转动有效载荷运动引起的姿态角、姿态角速率变化等控制在一定的范围内,且有效载荷的跟踪观测效果较稳定。     

Optimal design of a tunable electromagnetic shunt damper for dynamic vibration absorber

Dynamic vibration absorber (DVA) is an effective device for suppressing resonant vibration of noisy machineries and structures. However, the optimum design of DVA requires precise tuning of the damping force in the DVA, which unfortunately is often not practical and prone to changes of working conditions. In this paper, a tunable electromagnetic shunt damper (EMSD) with different opposing magnet pairs configurations is tested for the optimum design of DVA. The optimum magnet pairs configuration is derived to provide the maximum damping force in the DVA. Both simulations and experiments are conducted to verify the damping coefficient variation with the number of magnet pairs in the EMSD. The experimental optimization procedure of the DVA is designed according to the fixed-points theory. The damping force generated by the EMSD can be readily adjusted by varying the external resistance of the EMSD. This is the first experimental implementation report of the optimization procedure described in the fixed-points theory. The proposed tunable EMSD can conveniently allow for onsite optimal tuning of DVA. The proposed design methodology provides fine tuning of the damping coefficient of EMSD to achieve robust optimal DVA performance, even when subject to changes of external parasitic damping.     

基于三维地球的多源空间科学数据可视化管理系统的设计与实现

如何高效地组织和管理日益增长的多源海量空间科学数据、提高数据的可用性和易用性,是空间科学目前需要重点解决的技术问题。在充分分析现有空间科学数据管理技术和数据特点的基础上,提出了一种有效的系统架构,研究并利用空间关系数据库及分布式数据库技术,实现了海量异构数据的高效存储、检索与定位;研究基于三维数字地球的多层次细节展示方法、三维数据剪裁、多线程并行加载等关键技术,提高了空间科学数据的集成可视化显示与应用效率。最后设计并集成了多源空间科学数据可视化组织与管理系统,在实际工程应用中验证了设计的合理性与有效性。     

Radiometric Calibration and Validationof TG-1 Hyper-spectral Imager

TG-1,the first Chinese space laboratory module launched on 29 September 2011,has accumulated large numbers of high-resolution image data by the hyper-spectral imager.However,these images still can’t be applied to quantitative analysis because of the huge spectral and radiance difference between ground and onboard conditions.So a radiometric calibration is very necessary to correct these laboratory and on-board radiance calibration parameters for better quantitative application.This paper aims to calibrate TG-1 hyper-spectral imager using reflectance-based calibration method through performing ground calibration experiments on 3 February and 6 March 2011.Firstly,this study used the ground experiment data on 6 March to obtain each channel’s calibration correction coefficients,which were different a lot from laboratory and on-board ones,relative error in all channels are bigger than 10 percent.Then,the calibration experiment data on 3 February 2011 were used to validate the result.Results show that calibration correction coefficients improved the image accuracy,the calibration and validation experiments’ results are in good agreement.In most channels,the relative errors are less than 10 percent,except that bigger error appears in absorption channels.Therefore,this calibration experiment renewed the calibration coefficients,and improved the quantitative level of the TG radiance products.     

翻滚目标安全走廊内的碰撞可能性判断方法

在接近空间带大附件翻滚目标过程中,由于目标章动运动,空间会被划分为目标扫过的危险区与不被扫过的安全区.追踪星在目标安全区内飞行过程中,为规避航天器间的碰撞,应判断追踪星与目标安全区之间是否存在碰撞可能性.为解决这一问题,参考区域判定法思想,将判断碰撞可能性的问题转化为目标安全区与追踪星轨迹的位置判定问题.通过分析目标安全区特征与追踪星轨迹特点,分别建立锥面状的目标星安全走廊和椭球状的追踪星位置误差曲面,从而进一步将问题转化为目标星安全走廊锥面与追踪星位置误差椭球的位置判定问题.经过射影变换和平面投影过程,原锥面与椭球在不改变位置关系的前提下分别被转化为平面上圆与椭圆.利用平面曲线位置判据,判定圆与椭圆的位置关系,反推出锥面与椭球的位置关系,从而判断追踪星在目标安全走廊内飞行有无碰撞可能性.数值仿真表明,该方法可以准确判断锥面与椭球的空间位置关系,并可用于目标安全走廊内的碰撞可能性判断.     

天宫二号紫外前向光谱仪大气临边高度计算

天宫二号紫外前向光谱仪是一种对全球中层大气进行大气痕量气体垂直分布探测的新型光谱仪,在对大气痕量气体进行反演中,需要高精度地计算观测大气的高度参数等几何位置参数。本文针对该光谱仪的几何成像特点,设计并提出了一种高精度的大气高度的计算方法。首先,计算传感器坐标系下的观测矢量;其次,利用平台的轨道参数、姿态及成像时间等成像几何参数,推导出传感器坐标系到地心固定坐标系的转换矩阵,同时将观测矢量转换到地心固定坐标系下;再次,以标准地球椭球体为基准,建立经过临边切点的虚拟椭球体模型,并计算切点的地理坐标;最后,依据切点坐标推导出切点的临边高度。与理论值对比分析,在相同地球临边高度对应的散射光谱幅亮度分布保持一致,并且与美国OMPS载荷反演的O3结果进行定位误差分析,高度误差小于1pixel,在2km范围内,从而验证了本文所提算法的可行性和正确性。     

Flash型FPGA单粒子效应测试系统设计

通过分析Flash型FPGA芯片的基本结构和应用需求,设计了针对各个FPGA功能模块的试验方法,并实现了一套单粒子效应测试系统.对Actel ProASIC3系列Flash型FPGA进行单粒子翻转（SEU）、单粒子功能中断（SEFI）以及单粒子闩锁（SEL）等各类单粒子效应进行测试,并验证抗单粒子效应加固技术的有效性.测试系统包含硬件板卡设计、FPGA逻辑设计以及上位机软件设计等过程,并引入了自动测试技术优化测试流程.最终,测试系统能够满足单粒子效应试验的要求.     

非差运动学精密定轨伪距和相位加权分析

双频星载GPS非差运动学定轨法的定轨精度完全取决于观测数据的质量,单独利用伪距观测量会导致定轨精度低,单独利用载波相位观测量容易导致法方程奇异。对非差运动学精密定轨伪距和载波相位观测量加权进行了分析,在保证获取同单独采用载波相位观测量运动学定轨相当精度的条件下,提高了定轨运算的稳定性和解算速度。用GRACE(gravity recovery and climate experiment)卫星2006年1月3日实测数据作为算例验证了该加权方法的有效性。GRACE卫星实测数据的仿真结果表明:伪距和载波相位观测量加权的非差运动学精密定轨,在R、T、N方向的定轨精度分别为3.93cm、3.19cm、3.34cm,三维位置精度为6.07cm。     

基于虚拟仪器的空间加速度测量模块的检测系统

空间加速度测量模块是航天器上的重要设备,负责采集航天器运行过程中的加速度数据。为了监控和检测加速度测量模块,确保该模块的正常运行,通过虚拟仪器软件LabVIEW,利用瀑布软件开发模型,设计一种加速度测量模块的检测系统。该系统可以实现对试验数据的采集和模块运行状态的实时监测,同时对已采集的在轨航天器加速度数据进行频谱分析。目前该系统已在地面测试中发挥了很大作用。