皮卫星偏置动量轮在轨备份切换策略

参考微动量轮的实测数据,讨论并建立描述转速随机变化的马尔可夫模型.在该模型基础上,提出并分析用于皮卫星的偏置动量轮备份、切换策略.该策略定义了4个正常模式和3个异常模式：在普通情况下,系统在正常模式下定时切换飞轮;当故障发生时,系统切入异常模式,隔离故障飞轮.与常规的冷备份方法相比,该策略为飞轮性能、功能的故障检测提供了更方便的途径,同时在更长时间段内,能够保持星体连续姿态稳定.数学仿真表明,应用本文策略,正常情况切换时,造成的姿态扰动最大不超过20°;对于突发故障,切换带来的姿态扰动恢复时间约为30 min.     

ZDPS-1A卫星电源系统设计与在轨验证

为满足“皮星一号A”（ZDPS-1A）卫星微小型化的要求,提出一种新型电源系统的设计方案.通过采用三结砷化镓（Tri-Junction GaInP2/GaAs/Ge）太阳能电池、锂离子蓄电池等高效、轻型器件和在功率转换、分配电路中大量应用工业级集成电路芯片,以提高卫星功率和电源系统效率.通过简化供配电电路结构,合理规划工作模式,以提高电源系统的可靠性.建立基于Matlab/Simulink的能量平衡仿真系统,以研究卫星的能量平衡.分析卫星电源系统近一年的在轨数据、地面测试数据和仿真数据,结果表明：仿真得到太阳能电池输出平均功率为3.7 W,在轨输出平均功率高于4.5 W,电力充足、储能性能稳定;锂离子电池组功能正常,但工作电压长期高于母线电压设计最大值（4.2 V）,内阻逐渐增加,储能性能随时间下降;各系统负载长期工作后功率有所上升,但整星仍然能够保持能量平衡.     

保偏SiO_2光波导环形谐振腔温度特性研究

利用低压化学气相淀积(LPCVD)技术研制了Si基SiO2保偏光波导环形谐振腔,通过测试不同温度下的谐振曲线,得到了谐振腔双折射率差温度系数,进而利用琼斯矩阵法建立了谐振腔温度特性分析模型,分析了温度波动对谐振腔两个偏振态输出谐振曲线的影响。分析表明,研制的Si基SiO2保偏光波导环形谐振腔芯片具有较好的温度特性,能在较大温度范围内避免温度波动带来的两个偏振态谐振谷的重叠现象。     

调相谱检测技术下谐振式光纤陀螺实验研究

谐振式光纤陀螺(R-FOG)是新一代光学传感器的代表.提出一种基于调相谱检测技术的R-FOG开环系统.作为核心敏感部件的谐振腔是由长度为5.5 m的保偏光纤和耦合系数为20%的保偏耦合器组成.谐振腔直径为0.1 m.根据测试其谐振曲线,得到该谐振腔的自由谱宽、半高全宽、清晰度以及谐振深度分别为35.7 MHz、2.21 MHz、16.2和0.95.由上述谐振腔参数计算得到该系统的极限灵敏度为4×10-7rad/s.利用声光调制器在R-FOG顺时针和逆时针光路中引入不同的频率差,用于等效陀螺转动引起的Sagnac频差,得到了陀螺的模拟开环响应曲线.根据得到的等效输出响应曲线,计算出该系统的动态范围可达 13.5 rad/s到-13.5 rad/s.由开环响应曲线中得到系统的检测灵敏度为0.03 rad/s;采取措施克服系统中的噪声源,可以进一步提高系统的检测灵敏度.     

氢氟酸和PSG牺牲层腐蚀的TDC模型

对不同结构,即直沟道结构、冒泡结构和组合沟道结构的氢氟酸牺牲层腐蚀进行了研究.以往的牺牲层腐蚀模型和实验结果不能很好地吻合.以往的模型和实验结果的误差随着腐蚀时间的增加而增大.本文提出了一个修正模型,在修正模型中:HF的扩散系数是浓度和温度的函数;腐蚀速率常数是温度的函数;此外还考虑了腐蚀产物对腐蚀过程的影响.对于组合沟道结构,对腐蚀前端形状的描述采用了一个新的数学模型.实验结果和以往的模型以及修正模型进行了对比,结果表明修正模型能够和实验结果吻合得很好.     

激光器线宽对光纤环形谐振腔谐振特性的影响

采用光波场叠加的方法计算了谐振腔光纤陀螺的核心敏感部件———光纤环形谐振腔 (FRR)的传递系数 ,详细分析了激光器光谱线宽对光纤环形谐振腔谐振特性的影响 ,并进一步分析了在一定激光器光谱线宽条件下 ,由光探测器散弹噪声所限制的谐振腔光纤陀螺极限灵敏度和光纤环形谐振腔光路参数之间的关系 ,从而为谐振腔光纤陀螺的优化设计提供了理论基础     

谐振式光纤陀螺环路锁频技术研究

谐振式光纤陀螺(Resonator Fiber Optic Gyro,R-FOG)是基于Sagnac效应产生的谐振频率差来测量旋转角速率的一种新型光学传感器.对基于调相谱检测技术R-FOG系统中的环路频率锁定技术进行了研究.通过对系统光学回路和处理电路部分分别进行建模,利用反馈控制系统理论,分析了整个环路的传递函数,得到了整个环路起主导作用的简化模型.利用该简化模型,在一定的光学回路参数条件下,得到了处理电路的最佳锁定参数,并进一步在实验中得到验证.     

皮卫星软件测控应答机调制和解调器设计

皮卫星上的测控应答机最基本的功能是接收并解调地面站上传的遥控指令,调制并发送卫星上的遥测数据.目前国内航天飞行器USB测控网和测控应答机采用DPSK调制方式,采用硬件方式实现调制和解调功能,体积、重量和功耗较大,不能满足皮卫星应用环境.作为未来微小卫星发展方向的皮卫星特点要求测控应答机采用软件方式实现调制和解调功能,使测控应答机满足体积小、重量轻、功耗低的要求.采用数字信号软件处理的方式实现测控应答机调制和解调器,使整个皮卫星重量仅为70 g,功耗为1 W,该软件测控应答机满足皮卫星应用要求,用于即将发射的皮卫星中.     

皮纳卫星姿控系统分层式故障检测

为了实现皮纳卫星的多故障在线检测,提出针对姿控系统的分层故障检测方案. 该方案将系统划分为系统层和器件层,系统层基于卫星动力学与运动学模型设计非线性观测器,实现姿控分系统故障的全局监测;器件层利用动力学模型设计数字动力学陀螺,结合卡尔曼算法新息以及小波分析,实现故障的定位. 通过分层检测,可以支持多器件故障的实时检测,能够检测常见的在轨姿态控制系统故障. 仿真结果表明,该方案能够实现多器件同时故障的检测,适应突变、偏差、恒增益、输出卡死等故障类型,检测准确率达到92%,误检率低于2%;由于采用假设检验取代阈值判断,相对于常规小波阈值检测方法,故障检测结果的可靠性更高,适应更多的故障类型,避免了阈值的选取问题,且节省计算资源,无需大量的历史信息,能够满足在线实时检测要求.     

基于北斗B3频点的低轨卫星实时定轨性能评估

基于自主研制的搭载于浙江大学皮星三号（ZDPS-3）任务的星载GPS/北斗双模接收机,在北斗B3频点上开展低轨卫星实时定轨仿真试验,对基于北斗（特别是B3频点）的实时定轨性能进行评估. 结果表明：B3频点的测距伪码码速率高,其抗噪声性能优于B1频点,有利于提升北斗导航系统下的低轨卫星定轨精度. 在建立观测模型和定轨算法模型并检验接收机实测数据质量的基础上,利用导航信号模拟器建立半物理仿真实验平台. 实验结果表明,在仅使用北斗二号14颗导航卫星的条件下,利用B3频点能获得明显优于B1频点的实时定轨精度,并且与基于处于完全运行状态的GPS的定轨精度相当.