地球静止轨道变姿态空间相机的外热流计算

为了获取中高轨道变姿态空间相机准确的外热流数据,提出一种求解其变姿态外热流的方法。以地球静止轨道空间相机为例,首先确定卫星-太阳-地球三者之间的相对位置关系;然后,根据相机对日成像的工作任务确定其不同时刻的姿态;最后,根据相机姿态变化后的环境映射面以及直接积分法获得的辐射角系数计算相机各表面的瞬时外热流。计算结果表明,在相同轨道条件下,相机由于在轨姿态变化导致其接受到的外热流总和比姿态恒定的相机有所减少,其中春分日总热流减少372.5 W/m2,冬至日总热流减少771.5 W/m2。入光口所在的+X面外热流增大了2倍左右,该面进出地球阴影区时外热流在0~1 378 W/m2之间剧烈波动。计算结果可指导相机热设计,该方法同样适用于多维变姿态航天器的外热流计算。     

地磁坐标系下变姿态空间相机的外热流计算

为了提供准确的空间相机外热流数据,提出一种在地磁坐标系下进行频繁姿态变换的空间相机瞬态外热流计算方法。首先,确定了在J2000坐标系下太阳地球的相对位置及太阳辐照强度;其次,计算相机不同位置的地磁纬度,并采用二分法得到相机在轨运行时进出高磁纬地区(|L|60)的轨道时间;然后,依据其地磁纬度,确定相机不同时刻下的在轨姿态。最后,采用蒙特卡洛法(MCM)计算相机的各环境映射面的轨道视角系数,进而得出整轨周期内各环境映射面接受的瞬时外热流。此方法与IDEAS/TMG软件的外热流结果能够较好的吻合。与姿态稳定的相机相比,空间相机姿态频繁变化会导致外热流数值的明显波动。尤其是入光口所在的+Z面,其波动范围为0~1 245.4 W/m2。     

敏捷卫星对目标访问信息的计算方法

任务分解是任务规划的前提,其核心是计算卫星对目标的访问信息,即计算卫星访问目标时的姿态角、实际地面分辨率和太阳高度角。首先计算目标点在地心空间直角坐标系中的坐标,经过多次坐标转换,得到目标点在卫星轨道坐标系中的坐标,从而可以计算出相应时刻卫星对该目标的二维指向角度。在此基础上,根据卫星成像原理,分别计算光学卫星和雷达卫星的实际地面分辨率。最后,通过计算太阳赤纬和太阳时角,得到太阳高度角。     

某低轨倾斜轨道相机热控系统设计与验证

某新型对地观测空间相机已随新技术试验星成功发射入轨。相机运行于低轨倾斜圆轨道为非太阳同步轨道,其面临的空间外热流变化非常复杂。为了保证相机在轨稳定工作,光学系统和承力结构需要具有较高的温度稳定性,低温红外探测器需要配备大功率制冷机。复杂的外热流环境和高稳定度的指标要求给热控系统的设计研制带来了极大的挑战。根据任务特点和需求,对热控研制任务展开了分析,提出了借助卫星平台姿态规避,间接辐射控温以及±X侧耦合散热面等热控措施。热平衡试验与在轨飞行实测数据表明,相机光学系统的温度水平保持在（18±2） ℃范围内,稳定度优于±0.3 ℃/轨,满足相机各项温度指标,证明相机热控设计方案合理可行,相机在轨工作条件良好。     

空间相机像移补偿计算中飞行器大姿态角使用方法

提出了在大姿态角情况下飞行器姿态参数的使用方法以实现像移速度的精确计算。根据飞行器轨道坐标系转换到飞行器坐标系的转换矩阵,推导了在大姿态角存在时轨道坐标系下的姿态角速度与飞行器坐标系下的姿态角和姿态角速度的关系式。通过计算得出,在侧摆角为30时对飞行器坐标系绕飞行器轨道坐标系的转动角速度S1、S2和S3的影响最大误差分别为1.175%、50%和13.223%;在前后摆角为30时对S1、S2和S3的影响最大误差分别为63.397%、0.1745%和63.397%。根据空间相机像移速度计算精度要求比较高,确定了在一定的姿态角情况下飞行器姿态参数使用方法。提出的方法简单,易于实现,适用于空间相机像移补偿的研究。     

斜视步进画幅遥感相机像移补偿方法研究

提出一种通过扫描镜两轴旋转与像面旋转机构,配合使用实现斜视画幅相机像移补偿方法.首先,在扫描镜处建立飞机牵连铅锤坐标系、机体坐标系、航迹坐标系、扫描镜补偿坐标系、提取相机几何模型,假定机体坐标系与镜头光学系统物方主点重合.为求得两轴补偿角速度,必须经过坐标变换解算出目标在扫描镜补偿坐标系下的速度和视轴长度;为计算像面旋转机构的位置,必须计算目标在机体坐标系下像面上的像移速度.由于获得的姿态角信息来自飞机惯导系统,受实际条件制约,须对上述理想算式进行简化,以便工程应用,最终给出了简化后的补偿公式.     

空间相机大功率热源散热设计

为解决复杂外热流下散热面难以确定的难题,基于散热面总到达外热流最小的设计原则,对空间相机大功率热源散热设计进行研究。首先,根据相机所处空间环境分析相机受到的外热流。接着,通过分析外热流与热源工作模式,采用在相机两侧设置辐射冷板散热并通过热管耦合的方式,增大了热源的散热效率,减小了辐射冷板的面积。最后,根据相机所处空间环境和采取的热控措施利用热仿真软件进行了热分析验证。仿真结果表明：可见光组件温度为-1.9℃～12.9℃,红外组件温度为1.7℃～10.5℃,制冷机热端温度为-12℃～0.3℃,制冷机压缩机温度为-11.3℃～21.3℃。满足温控指标要求,解决了复杂外热流下相机大功率热源的散热问题。     

复杂外热流条件下红外探测器组件热设计

为实现在复杂外热流条件下对CO2探测仪红外探测器组件温度的有效控制,对其进行了详细的热设计。对红外探测器周围外热流进行分析,确定了其散热面位置。基于红外探测器所处空间热环境以及自身高功耗、低热控指标的特点,提出热设计方案。对红外探测器组件有限元模型进行了热分析计算,得到各个转角姿态下的红外探测器组件的温度范围为-31.8~-26.9℃,计算结果满足设计要求。通过CO2探测仪热平衡试验对热设计进行了验证,试验中红外探测器组件的温度范围为-32.6~-30.1℃,试验结果与计算结果基本一致,满足热控指标要求,说明热设计方案在复杂外热流条件下合理可行,具有较好的适应性。     

基于平面靶标的十字结构光标定方法

为提高十字结构光传感器的标定精度,提出一种十字结构光标定方法.利用提取光条中心直线的两步算法,对成像光条进行直线特征提取并拟合出像素坐标系下的直线方程;通过坐标转换,得到相机坐标系下的图像直线方程,再联合相机原点求出平面方程;由此平面方程联立相机坐标系下的二维靶标平面方程解出相机坐标系下的激光直线方程;改变靶标姿态,得...     

基于EPNP算法的单目视觉测量系统研究

利用计算机视觉进行姿态测量的方法已广泛应用于现代控制、导航、跟踪等多个领域中。研究并设计了一种基于P4P矩形分布的平面靶标和EPNP算法结合的单目视觉姿态测量方法。首先,利用单相机获取平面靶标图像,经图像处理后得到四个特征点的像素坐标,并使用EPNP算法进行姿态解算;其次,对姿态角测量误差进行了仿真分析,为提高姿态测量精度提供了理论指导和依据;最后,提出一种与高精度二维转台结合的坐标系配准方法,利用该方法对三个方向姿态角精度进行验证。实验结果表明:当绕x和y轴的转动角度在[-6,6]时,姿态测量误差小于0.1,可以满足测量应用需求。     

Scattering of Radiation of the Sun and the Sky from Two Dimensional Rough Sea Surfaces

The scattering of optical wave from two dimensional rough sea surfaces is studied first with method of facets. The sea surface is divided into many facets, and each facet is treated as a surface with small roughness instead of a smooth plane, therefore more practical and effective. In addition the shadowing function of sea surfaces for arbitrary incident and scattering angles is numerically calculated with the Z-BUFFER method, which applies to any kinks of rough surfaces compared with the methods available. Finally the spectral irradiance of the sun and the spectral radiance of the sky for different time at sea level with fine weather are obtained with the software of Lowtran7, and the scattering of the radiation of the sun and the sky from two dimensional rough sea surfaces for different time, waveband and wind speed is studied, which is of great reference value for reducing the interference to the infrared detector due to the scattering of the radiation of the sun and the sky from sea surfaces.     

空间目标温度分布理论分析

分析了影响空间目标温度分布的主要因素,建立了空间目标热平衡方程,并利用节点网络法给出了求解空间目标平衡温度的一般方法,结合具体实例和相应的简化条件,对大气层外某空间目标温度分布进行了数值计算,获得了其在不同的太阳入射角时表面温度的分布曲线,在工程应用中具有一定参考价值.     

The error analysis of satellite thermal balance test for Xiwang-1 satellite

在航天器热控技术领域,常采用红外加热笼模拟各表面的到达外热流,但随着模拟表面特征尺寸的逐渐变小,需要重新评估该模拟方法的合理性和准确性。本文基于某微型空间相机,以对外热流最为敏感的散热面为研究对象,开展红外加热笼仿真分析与优化设计的研究。采用有限元法建立红外加热笼-黑片热流计的系统仿真模型,分析了传统红外加热笼控制方法对模拟表面总到达能量和热流密度均匀性的影响。基于上述结果,通过适当扩大加热笼尺寸和调整热流计粘贴位置,提高模拟表面的热流密度均匀性,保证总到达能量满足保守设计原则。对比分析得出,优化设计前后散热面热流密度的统计方差由102.0下降至27.0、均匀性提升效果显著。本文研究内容也可为其他空间微小表面外热流的准确模拟提供参考、借鉴。     

Gunn-effect logic device using transverse extension of a high field domain

An E-shaped Gunn-effect device is proposed as a high-speed logic gate. It is composed of two Gunn diodes connected by a gate section which is located between the two diodes adjacent to the common cathode. Along the gate edge, an ohmic electrode is established to control the electric field at the gate section. It is fabricated into monolithic circuitry of GaAs, and its performance is found to be in good agreement with the result of a computer simulation. From this, it is concluded that the transverse extension of a high field domain can be controlled by changing a potential on the ohmic gate, which allows this device to be employed as a binary logic gate performing Z = X + Y.∼W (X, Y, W: binary inputs). The delay time of about 50 ps has been obtained with the gate width of 100 µm. For the convenience of designing a smaller device in order to reduce the delay time, a result of small signal analysis on the two-dimensional domain initiation is given. Also referred to is an H-shaped Gunn device which is profitable if considerable delay is required in performing the above-mentioned logic operation.     

高体份SiC/Al复合材料空间相机框架的拓扑优化设计

为了提高空间相机在力/热双重环境条件下的系统稳定性,同时能够实现系统的轻量化目标,在某型空间相机的研制过程中选用了具有高比刚度和热稳定性的高体份SiC/Al复合材料。采用整体式框架结构,将基于变密度法的连续体结构拓扑优化方法应用到相机框架结构的初始设计中,通过设定相应的约束条件和目标函数,进行迭代求解,得到了相机框架分别在X、Y、Z三个方向重力作用下的结构拓扑优化结果,结合工艺要求,最终确定了空间相机框架的设计方案。通过与对比方案比较发现,经过拓扑优化所得到的框架结构在结构刚度及轻量化率上都有明显提高,实现了空间相机框架高刚度、轻量化的设计目标。     

一种基于红外传感器的无人机姿态测量方法

针对红外温度传感器能灵敏感应天空地面热辐射的特点,提出了一种基于红外传感器测量无人机姿态信息的方法,相比传统姿态测量传感器,红外传感器具有体积小、重量轻、无漂移、成本低等优点;针对该方法介绍了由三对正交安装的红外传感器测量姿态角的基本原理及能获得更好视场角的45°安装方式;并通过场地实验获得了红外传感器的对地倾角和输出电压的函数关系;通过推理得到无人机姿态测量算法,实现了根据红外传感器的差动输出信号计算无人机的姿态角;同时对太阳的干扰问题作了适当的研究;为了验证算法的可靠性,进行了机载飞行实验。实验结果表明,该方法可以有效的测量无人机的姿态角。     

利用坐标变换法计算卫星轨道辐射热流

卫星轨道辐射热流的计算对于卫星的热控设计和卫星红外特征研究等都具有重要意义。论文根据描述卫星运动模型参数的卫星轨道六要素,利用坐标变换方法确立了卫星任一表面与太阳、地球的位置角度关系,建立了卫星的表面辐射热流计算模型,可用以计算任意轨道参数的卫星在任意时刻太阳辐射、地球反照和地球辐射等主要轨道辐射热流,并以某轨道上六面体卫星为例给出了其不同表面在整个轨道运行期间的接收到的辐射热流计算结果。结果表明:卫星不同表面接收到的辐射热流密度随时间的变化是不一样的,主要取决于各表面与太阳和地球的角度关系。