一种基于电磁耦合馈电结构的双极化微带天线设计

文中设计了一种层叠结构的双极化微带天线,两个极化端口采用不同的电磁耦合馈电方式,激励起两个正交的辐射场模式,提高了极化端口之间的隔离度。设计的天线由三层介质极板组成,两个极化端口的馈电层分别位于不同的介质层上,端口1采用缝隙耦合馈电,端口2采用振子临近耦合馈电,两个极化端口均从地板底部输出,适合于阵列应用。设计了一种工作于X波段的双极化方形微带贴片,在馈电结构上进行了匹配设计,实现两个极化端口的匹配和隔离。采用全波电磁仿真技术进行了结构设计和优化,仿真结果表明,在工作频率为9.85 GHz和10.15 GHz的频率范围内,该天线的两个极化端口的电压驻波比均小于2,极化端口的隔离度大于26 dB;在中心频点10 GHz处的增益分别约为5.79 dBi和5.17 dBi,带内增益平稳;虽然两个极化端口互异,但是在E面和H面上,两个极化端口表现出相接近的方向图,主瓣宽度均在80°左右,在主辐射方向上的交叉极化电平低于-25 dB。研究结果表明设计的双极化微带天线具有高隔离度和较为对称的辐射方向图性能,适合于在双极化阵列天线中应用。     

太阳光压作用下空间太阳能电站的动力学响应

研究了太阳光压作用下绳系空间太阳能电站的姿态和结构振动动力学响应。将太阳能电池板简化为Euler-Bernoulli梁,平台看作质点,绳子看作无质量的弹簧,建立了绳系空间太阳能电站的简化模型。采用绝对节点坐标法将梁离散,通过Hamilton原理建立了系统的动力学方程。采用辛Runge-Kutta方法进行数值仿真,通过数值算例验证了新模型和数值方法的有效性。最后,数值仿真表明,结构振动和太阳光压均会使系统的姿态产生小幅度振荡,太阳光压对结构振动产生的影响可忽略不计。     

用脉冲星的脉冲序号复现坐标时方法

为实现包括地球和地球以外的时间统一, 需要运用相对时间观的两种时间来替代目前时间计量体系中的标准时间, 这两种时间分别是:原时和坐标时, 其中坐标时可溯源到脉冲星时间基准上。 为构建简单的本地轨道参数历表, 阐明分层嵌 套的空间包含关系, 形成时间相对统一的观点。 从计量角度, 提出了一种脉冲星复现坐标时的理论, 运用相对时间观中的时 间和空间不可分割观点, 归纳了统一时间的广域坐标系所必须具备的基本特征, 强调了原点观者的特殊性, 提出了基于原点 观者的脉冲星脉冲序号和初始历元的定义方法。 首先, 把一组脉冲星的脉冲序号约定为坐标时基准, 用来复现坐标时, 约定 一组脉冲星的脉冲周期为固定的常数数组, 约定后不再测定,常数的单位仍是国际单位制[秒], 常数可理解为脉冲序号的坐 标时间隔与[秒]之间换算的系数。 然后,基于平面电磁波模型, 把脉冲星的脉冲电磁波经过原点的时刻与脉冲序号一一对应, 于是原点观者的坐标时与连续的脉冲序号成为线性函数关系, 最后, 分析了脉冲星稳定特点, 给出了以一组序号为变量的脉 冲星集合稳定性判据。     

利用平面约束的月球车立体匹配方法

为了满足月球车视觉系统对检测障碍物检测的时效性和可靠性的需求,提出了一种基于平面约束和自适应惩罚参数的半全局立体匹配算法。首先,对极线校正后的两幅图像进行SIFT特征点提取与匹配,同时提取边缘特征;然后,利用匹配的SIFT特征点拟合空间平面,并根据平面估计左右图像所有像素点的视差搜索范围;最后,基于传统的半全局匹配算法,采用自适应惩罚参数的策略对左右图像进行立体匹配。实验结果表明：所提出的算法有效地降低了计算复杂度,其计算复杂度只有传统方法的19.9%,对于视差不连续区域以及遮挡区域都能够获得正确的匹配结果。较传统半全局匹配方法无论在速度还是匹配精度上都得到明显提高,为对立体匹配的实际应用奠定了基础。     

地外人工光合成材料研究进展

太空探索已成为人类共同目标,重返月球、载人火星等人类历史上的重大里程碑任务已逐步实施。如何实现地外极端环境下人类生存和发展已成为载人太空探索的基本能力和基础技术。由南京大学和钱学森空间技术实验室提出的地外人工光合成技术,模拟地球绿色植物的自然光合作用,利用密闭空间废弃资源或地外天体环境中丰富的资源,通过光电催化方法原位、加速、可控地将二氧化碳转化成为氧气和含碳燃料,大幅度降低载人航天器的物资供应需求,支撑可承受、可持续的载人深空探索。本文回顾了近年来国际航空航天领域利用二氧化碳转换生成氧气和碳氢燃料的现有方法,并深入探讨面向地外原位资源利用的人工光合成材料研究进展,期望深化对地外人工光合成材料与技术的认知,有力支撑载人航天发展。     

空间太阳能电站高压大功率电力传输关键技术综述

建立在技术上和经济上可行的空间太阳能电站系统可以有效利用空间太阳能,更能为国家提供巨大的可再生能源战略储备,对于保证中国的能源独立与安全以及国民经济的可持续发展具有重大战略意义。面向未来空间太阳能电站的空间高压大功率电力传输需求,本文论述空间电能传输与管理系统的国内外发展现状,梳理有待解决的基础科学问题与核心关键技术,为未来深化研究指明方向。提出现阶段制约太空高压电力传输与能量管理系统发展的关键技术、材料和器件,分析空间辐射环境对于空间电力系统的影响并提出了其辐射防护需求,最后明确了需进一步研究的重点内容,为开拓该领域的后续研究提供参考。     

中高轨星光折射导航光学系统设计及杂散光抑制

为了实现基于大视场星光折射敏感器的中高轨卫星全天时高精度星光折射导航,针对视场中亮地球引起的强杂散光抑制的技术难题,研究了内掩式星光折射敏感器亮地球杂散光的有效抑制方法。通过构建星光折射敏感器模型、搭建星光折射导航仿真观测环境以及原理计算得出了各级杂散光强度,并确定了相应的抑制方法。仿真结果表明,基于二次成像光学系统的内掩式星光折射敏感器可将杂散光抑制在导航系统的最大可接受杂散光抑制值范围内,即抑制后1.003Re(Re为地球半径)处杂散光亮度小于亮地球平均亮度的1.10×10~(-3)倍。最后,通过月球强背景下恒星探测外场试验验证了杂散光分析及抑制方法的可行性。研究成果为实现基于一个大视场星光折射敏感器的中高轨卫星全天时高精度星光折射导航技术奠定了基础。     

高超声速飞行器RBF神经网络滑模变结构控制

针对高超声速飞行器高度非线性及强耦合的特点,提出了一种基于RBF神经网络调参的滑模变结构控制器。滑模变结构控制器能够使高超声速飞行器稳定飞行,但在系统状态到达滑模面后会产生剧烈的抖振现象,不利于工程应用。RBF神经网络在一定条件下可以任意精度逼近非线性函数,且具有较强的自学习、自适应和自组织能力。将RBF神经网络与滑模变结构控制相结合,一定程度上能够消除滑模控制的抖振问题。在高超声速飞行器的巡航状态下,分别加入高度阶跃指令和速度阶跃指令进行了仿真。仿真结果表明,所设计的RBF神经网络滑模变结构控制器使高超声速飞行器在保证快速性、鲁棒性和抗干扰性的同时,克服了执行机构的抖振问题。     

微流星体碰撞对日地L2点Halo轨道的影响

空间中存在大量高速运动的微流星体,与在轨运行的航天器发生碰撞后将导致轨道偏离、性能下降、结构破坏甚至航天器失效.由于Halo轨道具有不稳定的特性,本文主要探究微流星体碰撞对日地L2点Halo轨道动力学演化规律的影响.首先,建立日地L2点附近轨道的动力学模型,通过微分修正法构造Halo轨道的初始条件,基于Grün微流星体通量模型计算微流星体与航天器碰撞的数量和碰撞引起的速度改变量.然后,采用Runge-Kutta算法求解Halo轨道的动力学方程,研究碰撞速度改变量引起的轨道偏差随时间的演化规律.此外,采用状态转移矩阵方法分析初始状态偏差的演化规律,并与数值积分方法对比.最后基于状态转移矩阵方法分析了不同碰撞速度改变量的大小和方向引起的动力学响应.研究发现,状态转移矩阵在短时间内得到的结果与数值积分方法基本一致,而且只需一次矩阵乘法即可通过初始状态偏差计算得到末时刻状态偏差,具有非常高的效率.研究结果表明,由于Halo轨道固有的不稳定特性,所以初始时刻微流星体碰撞引起的微小状态偏差会快速增长,导致消耗更多控制燃料,最终将影响航天器的寿命.此外,微流星体碰撞的速度改变量的方向对偏差传递的规律有重要的影响.     

电动帆改进推力模型及深空探测性能分析

电动太阳风帆(简称电动帆)是一种利用太阳风动能冲力飞行的新兴无质损飞行器.针对电动帆传统推力模型中忽略了姿态对推力幅值影响的问题,本文推导得出了一种解析形式的改进推力模型,并与最新的多项式拟合改进推力模型进行了对比.对比结果显示两种改进推力模型数值结果很接近,但本文的解析改进推力模型形式更简单.为了重新评估电动帆在深空探测中的性能,以地球至火星的飞行任务为算例,分别采用传统推力模型和解析改进推力模型进行了电动帆轨迹优化仿真.仿真结果显示,在相同特征加速度情况下,采用改进解析推力模型完成任务所需时间,大于采用传统推力模型所用时间.上述现象的原因在于传统推力模型中忽略了姿态改变对推力加速度大小的影响,并高估了电动帆所能产生的最大推进角.