摘要：非接触式角度测量广泛用于机械制造、精密测量、航空航天等领域。在一种高速振镜的二维角度测试装置中,需要大范围(±10°)、高速率(80 kHz)、高精度的非接触式二维角度测量方式,传统的动态角度测量方式都不能满足要求。基于PSD的高速响应特性,设计了光电反射式二维动态角度高精度测量系统,可以取得更好的技术指标。首先,采用高精度的PSD检测器和激光器等光学器件,可以实现高精度、大范围的非接触式角度测量;此外,利用坐标系变换得到二维机械角度与PSD输出二维位移的关系,并通过FPGA和高速AD采集板实现了高速数据采样,利用数字滤波的方法,大程度的降低了系统的噪声;通过数据插值的方法,对测量数据进行矫正,极大的降低了系统的误差,实现了大范围二维角度的系统误差都在较低水平。通过实验测试,系统可以实现±10°摆角范围的测量,采样频率可达到125 kHz,噪声达到0.001°,系统误差最大0.007°。满足了大范围、高速率、高精度的角度测量要求。

摘要：针对高性能光电跟踪转台负载重、摩擦大、跟踪精度要求高等特点,提出了基于复合控制的伺服控制策略,速度环路设计了带有扰动观测器的线性二次最优反馈控制器,并在前向通道增加了零相位误差跟踪控制器(ZPETC),提高速度环的跟踪性能,位置环采用非线性PID反馈控制方式降低超调,提高稳态精度;将低速率的位置给定信息分别进行插值细分和滤波,通过高增益微分器和卡尔曼预测滤波,对转台速度和加速度进行预测和估计,进行前馈实现复合控制,实践证明,这种策略可以有效提高大加速度下的跟踪精度。

摘要：对于停留在日地系统L2的"嫦娥2号"探测器,其后续飞行方案有多个选项,例如主动撞月或重返月球轨道、返回地球轨道或再入大气、飞往地月系统L1/L2或日地系统L1、进入深空飞越近地小行星(最终,"嫦娥2号"于2012年12月13日成功地实现了对Toutatis小行星的近距离飞越)。探讨上述的飞行方案需要对飞行轨道进行初步设计,总的速度脉冲限制在100 m/s以内并且需要考虑探测器同时受到太阳、地球、月球的引力作用。本研究设计了探测器从日地系统L2出发借力月球实现Toutatis小行星飞越的飞行方案,与直接飞越方案相比,借力月球可以进一步节省探测器的燃料消耗,其等效速度脉冲设计值为58.47 m/s。

摘要：为了满足空间任务实施过程中对航天器部件的精细定位需求,针对相同类别部件易出现的混淆问题,本文提出了一种基于孪生网络结构的航天器部件追踪算法。首先通过神经网络模型将航天器部件追踪问题描述为基于数据驱动的航天器部件相似性度量问题,以改进AlexNet网络结构为孪生单元设计本文所用孪生网络模型。其次,使用公开大型数据集GOT-10k训练孪生网络,以随机梯度下降作为网络优化方法,提升网络表征能力。最后针对航天器同类部件外观相似造成的定位混淆问题,提出一种结合运动时序特征的追踪策略,提高了追踪精度。以ESA公开的航天器视频数据作为测试数据,验证所提出算法性能,实验结果表明:本文所提出算法在未使用航天器相关数据训练的条件下,在舱体与太阳能帆板追踪结果交并比达到57.2%与73.1%,速度达到38 FPS,基本满足航天器部件追踪稳定可靠、精度高、抗干扰能力强等要求。

摘要：为满足空间生命科学、材料科学等科学实验样品的低温(-80℃)存储需求,采用理论分析、数值仿真及实验的方法开展了空间站低温冰箱用斯特林制冷机的设计和开发,成功研制-80℃温区大冷量气体轴承斯特林制冷机样机,并开展测试试验,试验结果表明:制冷机在散热流体工质入口温度为20℃时,制冷机在交流输入功率W为298.5 W,制冷机获得81.3 W@-80℃的制冷量Q,制冷效率COP达到0.272,冷量重量比为27.1 W/kg。在满足空间站流体散热条件下(流量70 L/h,流体温度28℃),制冷机冷量达到77.5 W/-80℃,输入功耗298.5 W,满足空间站低温冰箱-80℃存储区的冷量指标要求。

摘要：如何通过重定向方法实现360°观察,同时保证用户的较高的舒适度和较低的眩晕感,是虚拟现实研究的一个重要话题。对放大与引导头部旋转算法的交互效率和眩晕感进行定量研究,使用户坐姿下,通过头戴显示器(Piconeo基础版)旋转一个舒适的角度以观看360°虚拟范围,并在虚拟旅行中引导头部旋转使头部回到自然前向。设计了2种放大头部旋转算法,并与2种现有方式进行对比实验,提出了一种对于引导头部旋转中感兴趣区的自动检测算法,动态计算虚拟对象的角度阈值区实现感兴趣区的选取,在此基础上设计了一种基于正弦的引导旋转算法。通过用户实验,得到各个算法的实验比对结果,实现在较为复杂的虚拟环境中引导头部旋转重定向。

摘要：针对空间应用软件系统高可靠、可扩展的需求,提出了一种在TMS570上的软件重构技术和实现方法。采用在应用编程(IAP,in-application programming)的原理,深入研究了TMS570嵌入式系统重构的技术原理和关键技术;采用"APP1(带BootLoader)+APP2"的架构,将IAP功能耦合在主程序中,可通过地面数据注入的方式更新空间应用软件,同时还具备局部代码更新功能。注入程序经过验证,可以在4.4s内上传100KB数据量的程序代码。该方案为空间应用软件的开放性设计、可靠性设计提供了依据。

摘要：相对于被动隔振系统,主动隔振系统由于能够更为有效地控制低频振动,降低隔振频点,因而在精密仪器、舰船等地面系统及载人空间站等空间应用系统中取得了广泛的应用。本文研制了一种基于电磁悬浮激励器的主动隔振地面实验平台,其电子学与控制系统由加速度及位移信号采集系统、电磁力输出驱动系统、及系统控制器组成。在搭建硬件平台的基础上设计了控制算法及相关软件,并进行了基于加速度及位移的闭环控制实验。结果表明,该系统能够有效降低振动幅度,提高被动固有频率,实现主动隔振功能。

摘要：通过Sage建立-80℃温区气体轴承斯特林制冷机热力学模型,成功开发了宇航级气体轴承斯特林制冷机并进行试验测试。环境温度23℃,供液温度30.5℃时(流量70 L/h),方波驱动输入功率为279.6 W,制冷量为68.5 W@-87℃;正弦波驱动输入功率179.5 W,制冷量为43.96 W@-87℃;正弦波驱动输入功率99.1 W,制冷量为22.5 W@-87℃。制冷机组件最大稳态噪声为45.4 dBA,满足舱内稳态噪声不超过50 dBA的要求。通过了宇航级力学和热环境适应性并开展了可靠性及寿命试验,采用线性外推法计算得出寿命在172800 h以上,满足空间站的可靠性及寿命(6.67年)的要求。2022年7月24日随问天实验舱成功发射进入空间站,实现了中国气体轴承制冷机首次在轨验证,填补空白。目前制冷机正常开机运行,已在轨累计运行2730 h,已经冷冻了包括植物样品、细胞样品及相变单元等15批样品,样品随神舟14号飞船下行。

摘要：国内基于RISC-V指令集的嵌入式处理器的研究在近几年内得到了快速发展.在性能评估研究上多集中于2-3级流水的小规模、低功耗处理器,针对5级流水架构处理器的性能量化研究较少.针对该问题,在传统5级顺序流水架构的基础上,分别从RISC-V指令预测、流水线机制、乘除法算法、存储架构等方面分析处理器优化的策略.针对不同策略优化的处理器以AHB片上互联、APB桥接的方案实现外部模块的搭载.在FPGA上完成软硬件协同仿真验证,并在Xilinx的XC7K325T开发板上运行性能评估测试程序CoreMark,依据运行结果着重分析不同静态预测算法、不同周期乘除法运算、外挂存储的容量与设计等因素对处理器的影响.最终实现的处理器基于RV32IMZicsr架构,采用了半静态预测(资源优化)、流水线检测转发机制(处理优化)、短周期乘除法(计算优化)、最优存储架构(取指与访存优化)等性能优化策略.CoreMark跑分达到3.06 CoreMark/MHz.