微纳型空间相机被动式隔振系统设计

为了改善某型号微纳型空间相机在发射阶段的振动环境并避免相机发生破坏,针对微纳型空间相机的任务需求设计了一种被动式隔振系统。首先,对相机隔振系统进行了建模,研究了隔振系统的响应特性。然后,通过对隔振系统振动的耦合模型进行分析计算,实现了振动解耦并与传统分布形式进行了对比分析。根据相机结构参数和隔振系统模型,对被动式隔振器进行了计算与设计,基频为120 Hz且质量仅占相机的1.7%。最后,通过有限元分析方法对隔振系统进行了动力学仿真,并对相机本体和隔振系统分别进行了振动试验。试验结果表明,本研究被动式隔振系统对微纳型空间相机的正弦振动与随机振动响应隔振效率分别达到了55%和81%,隔振系统的有效性和合理性得到了验证。     

非线性基准系统的输入受限输出反馈动态脉冲混杂全局调节器设计

针对非线性控制中出现的基准系统——转动作动/平移校正系统,设计了一个输出反馈动态脉冲混杂控制器来实现系统的全局调节。该控制器的设计综合了欧拉-拉格朗日系统控制中常用的能量整形加阻尼注入原理及非线性系统扩展LaSalle不变集原理的有关结果。从能量耗散的角度定性地说明了该控制器的优越性。计算机仿真结果表明,其控制性能优于连续的饱和无源控制器并且具有较强的鲁棒性。     

输入受限空间飞行器大角度机动控制器设计

研究了控制力矩受限时空间飞行器的大角度姿态机动控制问题。为克服大角度机动时使用欧拉角可能产生的奇异问题,文中使用四元数形式的微分方程来描述飞行器的运动。首先运用Lyapunov方法,然后根据能量重置耗散思想,基于非线性脉冲混杂系统的扩展La-Salle不变集原理,设计了混杂脉冲大角度调节器。仿真结果表明:控制算法能在输入力矩有限的条件下较快地实现姿态大角度机动,具有设计简单、易于工程实现的特点。     

带有恒星自行校正的星敏感器定姿

为了提供高精度星敏感器姿态测量精度,对三轴定姿受恒星自行影响产生误差的机理进行研究,将恒星自行量分成Ⅰ-Ⅸ级存储在导航星库中,并深入分析不同恒星自行量级在20年间对三轴姿态角输出的逐年变化情况。仿真实验结果表明:利用QUEST方法在20年内对三轴姿态角进行校正后精度可提高75″以上,在星等相近时优先选取自行量级较小的恒星进行姿态解算,使新条件数达到最小,大大提高工程上星敏感器姿态测量的精度和稳定性的要求。     

舰载光电跟踪系统φ1032mm窗镜的研制

针对舰载光电跟踪系统反射式主光学系统的防护问题,提出了一米量级尺寸的窗镜、镜框的设计、制造和检测的方法。首先,对窗口材料的性能及强度进行分析,依据内外压差、自身重量以及旋转惯性力对窗镜强度的影响确定其最小的厚度。其次,依据指标要求分析设计窗镜、镜框的形变对窗镜等光程差的影响以及其环境适应性。然后,采用等光程非平面的修磨方法对带镜框的窗镜进行加工及检测。最后,成功研制出直径φ1 032 mm,厚度80 mm,通光口径φ1 010mm的融石英材料的窗口玻璃镜,等光程差为RMS=0.062 8λ@632.8nm。结果表明,该窗镜能够对舰载光电跟踪系统反射式主光学系统进行有效的防护。     

基于元胞自动机的动态背景运动目标检测

针对传统运动目标检测算法在动态背景条件下难以准确检测出运动目标的问题,提出了一种基于元胞自动机的动态背景运动目标检测算法。首先,根据SLIC算法分割视频图像,并应用多模态混合动态纹理模型对视频图像进行背景建模。然后,融合空时显著性检测与基于元胞自动机的自动更新机制得到优化的显著性图。最后,通过对优化后的显著性图做适当的阈值分割处理得到视频图像中的运动目标。实验仿真结果表明,在动态背景条件下该算法可以有效的抑制视频图像中非运动目标的显著性物体对检测结果带来的影响,检测运动目标的精度较高,并且具有一定的鲁棒性。     

主动补偿式超低干扰力矩气浮转台的设计

由于微纳卫星反作用飞轮的输出力矩与气浮转台的干扰力矩属于同一量级,故无法直接采用气浮转台实现微纳卫星姿态动力学仿真及姿控系统的地面试验验证。为了解决这一问题,设计并研制了主动补偿式超低干扰力矩气浮转台。对气浮转台的干扰力矩进行分析,提出了3种减小干扰力矩的方法:通过优化设计,降低了黏滞阻尼力矩;通过配置斜向节流孔,并单独供气,产生大小可调的主动涡流以抵消气浮轴承的固有涡流,从而降低涡流力矩;利用气浮轴承的摆动特性实现高精度平衡调节,减弱了重力诱导力矩。最后,设计了微小力矩测量装置,测量了剩余干扰力矩并基于测试结果来指导涡流力矩和重力诱导力矩补偿过程。测试结果显示:气浮转台实现的干扰力矩小于5×10-5 Nm,小于反作用飞轮的最小输出1×10-4 Nm,满足微纳卫星姿态动力学及控制的地面验证需求。     

复合光学导航敏感器

针对单波段导航敏感器通常只能获取目标某一方面的信息,所获信息量少、识别率低的问题,提出一种共用孔径、多波段光学导航敏感器的设计。从光焦度分配理论出发,给出了以主次反射镜为共用部分,工作在不同视场的共口径光学系统的初始结构设计。可见光、红外和激光三个通道共用一个Ritchey-Chretien系统,实现大口径的设计要求。为了实现可见光成像、红外成像与激光雷达探测功能,在次镜表面镀制选择性透过光学薄膜,将激光雷达的接收部分与成像系统分开。通过棱镜将Ritchey-Chretien系统的反射光路分为两路,一路成像于可见光探测器,一路成像于非制冷型长波红外探测器。设计结果表明,可见光系统在90lp/mm的MTF大于0.4,红外系统在14.7lp/mm的MTF大于0.4,成像系统的传递函数接近衍射极限;激光接收系统在距离探测器质心30μm处的能量接收高达90%,在-20～40℃成像质量良好。     

小卫星立体成像姿态控制半物理仿真

随着小卫星功能需求不断提升,小卫星同轨立体成像技术成为学者研究的焦点.针对某小卫星单线阵 CCD相机同轨立体成像期间的姿态控制半物理仿真展开研究.分析得出小卫星同轨立体成像过程中的姿态运行规律,对同轨立体成像的姿态控制算法进行设计,利用相似原理和姿态运行规律设计半物理仿真环境.基于高精度单轴气浮转台和星上部件建立小卫星立体成像姿态控制半物理仿真平台.利用该平台进行了同轨立体成像相关的姿态控制半物理实验.实验结果表明该小卫星立体成像过程中俯仰轴机动52°,用时67 s 完成,且达到三轴稳定状态.姿态控制指向精度优于0.05°,稳定度优于0.005°/s.表明设计的小卫星姿控方案可以完成单线阵 CCD 的同轨立体成像.     

基于等面积圆环和伴星夹角的星图识别算法

针对于传统径向和环向特征星图识别算法在构建径向特征过程中伴星分布不均匀以及采用环向特征匹配过程中特征值不稳定的问题,提出了一种等面积圆环划分和伴星矢量夹角相结合的星图识别算法。通过选取动态半径使得径向特征下的圆环面积相等,保证伴星落在每个圆环的概率相等,有效提高了径向匹配过程的识别率。对于径向匹配后冗余的导航星,采用伴星组成的矢量夹角特征进行筛选,选定匹配特征值最高的为最终识别结果。仿真模拟结果表明：当添加位置噪声为1像素时,星图识别成功率达到95%;当伪星数目为2颗时,识别率达到98%。相较于传统径向和环向识别算法,本文方法在识别率和识别速度上具有明显优势。