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平板式“快集快响”微小卫星布局优化设计方法

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宇航学报 2024年第2期45卷 222-230页

作者：张浩周军刘光辉程承白杨冯振欣西北工业大学航天学院西安710072 微小卫星技术及应用国家地方联合工程实验室西安710072

针对平板式“快集快响”微小卫星转动惯量大的问题,提出一种基于级联遗传算法的“快集快响”微小卫星布局优化设计方法。该方法采用“迁移+交换+调整”3种操作规划部组件在卫星上的布局与安装位置,以降低卫星的转动惯量。其中,“迁移”... 详细信息

针对平板式“快集快响”微小卫星转动惯量大的问题,提出一种基于级联遗传算法的“快集快响”微小卫星布局优化设计方法。该方法采用“迁移+交换+调整”3种操作规划部组件在卫星上的布局与安装位置,以降低卫星的转动惯量。其中,“迁移”操作用于完成部组件与功能板块的最优匹配,实现功能板块间的质量均衡;“交换”操作用于完成同一功能板块内部组件的最优布局;“调整”操作通过在小范围内微调部组件的位置,进一步扩大最优解的搜索范围,使卫星获得最优的转动惯量与布局方案。通过在仿真算例中与其他2种优化方法进行对比,所提方法的性能优势得到验证;并通过工程实例展示了所提优化方法的有效性。

关键词：微小卫星快集快响卫星布局优化级联遗传算法转动惯量

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一种遥感微纳卫星星载先进存储系统（英文）

Frontiers of Information Technology & Electronic Engineering 2024年第4期 600-616页

作者：涂实磊王慧泉黄跃金仲和浙江大学微小卫星研究中心浙江省微纳卫星研究重点实验室

随着卫星小型化技术和遥感技术的发展，微纳卫星星座的快速部署与应用是必然趋势。由于体积、重量和功率(SWaP)的限制，具有高扩展性、高性能和高可靠性的星载存储系统仍然是遥感微纳卫星的技术瓶颈之一。基于商用现货(COTS)现场可编程... 详细信息

随着卫星小型化技术和遥感技术的发展，微纳卫星星座的快速部署与应用是必然趋势。由于体积、重量和功率(SWaP)的限制，具有高扩展性、高性能和高可靠性的星载存储系统仍然是遥感微纳卫星的技术瓶颈之一。基于商用现货(COTS)现场可编程门阵列(FPGA)和存储器件，本文提出一种小型化星载先进存储系统(SASS)设计。该设计为微纳卫星多通道载荷数据提供了基于动态规划调度与队列调度的多输入多输出缓存技术和一种高速、高可靠性的NAND flash控制器。实验结果表明，SASS具有出色的可扩展性，支持多通道数据调度与存储，适配不同型号遥感卫星。其最大数据写入速率可达2429 Mb/s，在单个NAND flash故障时，数据写入速率至少能保留78.53%。动态规划调度与队列调度有效缩短了数据调度时间，提高数据调度实时性，提出的数据重映射法使NANDflash数据驻留错误降低了至少50.73%，存储误码率降低了至少37.80%。

关键词：微纳卫星星载先进存储系统扩展性性能可靠性

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考虑相机运动补偿的视觉模态测试方法

振动工程学报 2024年第6期37卷 976-985页

作者：王振宇王路倩王兴中山大学·深圳航空航天学院广东深圳518107 深圳市智能微小卫星星座技术与应用重点实验室广东深圳518107

基于计算机视觉的结构模态测试方法因其非接触式的特点和全场测量的优势而备受关注,但此类方法对相机运动敏感,通常要求相机固定以保证测量精度。本文提出一种考虑相机运动补偿的视觉模态测试方法,采用基于特征匹配的单应变换对原抖动... 详细信息

基于计算机视觉的结构模态测试方法因其非接触式的特点和全场测量的优势而备受关注,但此类方法对相机运动敏感,通常要求相机固定以保证测量精度。本文提出一种考虑相机运动补偿的视觉模态测试方法,采用基于特征匹配的单应变换对原抖动视频进行校正,补偿相机的六自由度运动以得到稳定视频;在结构表面设置“虚拟视觉传感器”,利用欧拉视角的稠密光流法估计结构的振动响应;通过随机子空间法识别结构的模态参数。为验证所提方法的有效性,通过手持智能手机拍摄的方式采集模拟抖动的视频,并开展悬臂梁的单频振动试验和模态辨识试验。将视觉模态测试结果与扫描式激光多普勒测振仪的测试结果进行比较,前五阶模态频率和阻尼比的平均误差分别低于0.4%和11.5%,模态振型的MAC矩阵对角值高于98%。试验结果表明,所提方法有效地消除了相机运动的干扰,并获得了良好的结构模态参数估计精度。

关键词：模态测试相机运动光流法随机子空间法

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行星滚柱丝杠螺纹副动载荷分布计算方法研究

西北工业大学学报 2024年第4期42卷 634-642页

作者：许千斤马尚君吴林萍付晓军西北工业大学陕西省机电传动与控制工程实验室陕西西安710072

为揭示行星滚柱丝杠在高速运转条件下的动载荷分布特性,基于螺旋曲面方程和变形协调关系,提出了滚柱-丝杠及滚柱-螺母螺纹在接触点处静态接触力计算方法,推导出承载后接触角计算公式。在此基础上,进一步考虑高速运转产生的惯性力作用,... 详细信息

为揭示行星滚柱丝杠在高速运转条件下的动载荷分布特性,基于螺旋曲面方程和变形协调关系,提出了滚柱-丝杠及滚柱-螺母螺纹在接触点处静态接触力计算方法,推导出承载后接触角计算公式。在此基础上,进一步考虑高速运转产生的惯性力作用,建立了行星滚柱丝杠螺纹牙动载荷分布模型。通过与行星滚柱丝杠有限元接触模型进行对比,两者误差在5%以内,验证了所建理论模型的正确性。分析了丝杠转速、轴向载荷、螺距及牙侧角等参数对动载荷分布的影响规律。结果表明:惯性力使滚柱产生靠近螺母远离丝杠的趋势,使得滚柱-丝杠侧动态接触力减小,滚柱-螺母侧动态接触力增大;动载荷分布不均程度与丝杠转速和螺距呈正相关,与牙侧角呈负相关,且轴向载荷大小对动载荷分布影响较大。

关键词：行星滚柱丝杠螺纹副动载荷分布

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不同方向上行星滚柱丝杠螺纹副啮合侧隙研究

西北工业大学学报 2024年第3期42卷 540-549页

作者：蔡威付晓军马尚君李欣刘更西北工业大学陕西省机电传动与控制工程实验室陕西西安710072

根据丝杠、滚柱以及螺母结构特征,利用空间曲面参数方程分别建立了行星滚柱丝杠各个零件的螺旋曲面模型,并结合行星滚柱丝杠装配关系,得到行星滚柱丝杠空间啮合曲面方程。在此基础上,获得螺旋曲面法向量,基于曲面啮合条件,考虑零件运动... 详细信息

根据丝杠、滚柱以及螺母结构特征,利用空间曲面参数方程分别建立了行星滚柱丝杠各个零件的螺旋曲面模型,并结合行星滚柱丝杠装配关系,得到行星滚柱丝杠空间啮合曲面方程。在此基础上,获得螺旋曲面法向量,基于曲面啮合条件,考虑零件运动方向,建立了行星滚柱丝杠在轴向、径向以及周向上的啮合侧隙模型,并讨论了结构参数对行星滚柱丝杠啮合侧隙的影响规律。结果表明,滚柱与丝杠侧在3个方向上的啮合点均不在螺纹中径,滚柱与螺母侧3个方向上的啮合点均在滚柱螺纹中径位置;螺距、牙侧角以及螺纹牙厚均对行星滚柱丝杠啮合侧隙有影响,只有增大螺纹牙厚才能同时减小3个方向上的啮合侧隙,螺距和牙侧角应根据实际需要选择合适的参数。

关键词：行星滚柱丝杠螺纹副曲面方程不同方向啮合侧隙

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考虑弹性变形的行星滚柱丝杠接触特性

机械工程学报 2024年第5期60卷 130-141页

作者：吴林萍马尚君许千斤张耀西北工业大学陕西省机电传动与控制工程实验室西安710072

为揭示行星滚柱丝杠螺纹承载产生弹性变形对螺旋曲面接触特性的作用机理,根据行星滚柱丝杠结构特点与承载原理,提出了一种可同时考虑丝杠、滚柱和螺母受力变形和不同螺纹接触侧载荷分布规律的螺旋曲面接触位置计算方法。基于行星滚柱丝... 详细信息

为揭示行星滚柱丝杠螺纹承载产生弹性变形对螺旋曲面接触特性的作用机理,根据行星滚柱丝杠结构特点与承载原理,提出了一种可同时考虑丝杠、滚柱和螺母受力变形和不同螺纹接触侧载荷分布规律的螺旋曲面接触位置计算方法。基于行星滚柱丝杠传动原理和螺旋曲面相切接触条件,系统构建考虑弹性变形时丝杠、滚柱和螺母的螺旋曲面方程和螺纹接触方程。通过与现有模型接触位置参数计算结果对比,验证了所建模型的正确性。同时考虑受力变形和螺纹牙载荷分布规律,研究了载荷分布对内外啮合螺旋曲面接触半径和接触偏角的影响规律。结果表明,在弹性变形的作用下,内外啮合螺纹牙的接触点位置是变化的,丝杠-滚注侧接触点在偏离丝杠和滚柱中心连线的同时,逐渐向滚柱中径和丝杠大径方向移动;螺母-滚柱侧螺纹的接触点位置逐渐远离两者中径节圆的切点处,并且接触位置总是沿着滚柱中径节圆移动。

关键词：行星滚柱丝杠弹性变形螺旋曲面方程接触方程接触位置

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星载电子器件温控的系统多尺度分析

物理学报 2024年第18期73卷 185-194页

作者：李心泽唐桂华汪子涵冯建朝张晓峰西安交通大学能源与动力工程学院热流科学与工程教育部重点实验室西安710049 中国科学院微小卫星创新研究院上海201304

为提高星载电子器件热分析的模拟分辨率和精度以及被动热控装置的控温效果,本文建立系统多尺度模型获得不同尺度下卫星内部电子器件的温度场和热流信息.结果表明:系统多尺度模型在系统级尺度模拟精度与实际模型相对误差小于9%,并且可消... 详细信息

为提高星载电子器件热分析的模拟分辨率和精度以及被动热控装置的控温效果,本文建立系统多尺度模型获得不同尺度下卫星内部电子器件的温度场和热流信息.结果表明:系统多尺度模型在系统级尺度模拟精度与实际模型相对误差小于9%,并且可消耗较少的计算资源获得器件级尺度芯片微小结构的热信息.系统级模型可从宏观尺度评估星载被动热控材料的控温隔热性能,采用复合相变隔热材料可将载荷舱室温度波动幅值降至2.43 K,相比平台舱室温度波动幅值降低约69.43%,通过复合相变隔热材料隔热后的温度波动信号呈现向高频域部分转移的特征.基于多元回归分析选定需要进行重点隔热控温的舱室后,采用器件级简化模型得到不同热控装置布局下的温度场信息形成训练数据集,采用神经网络遗传算法在器件尺度预测被动热控装置的最佳安装位置,并得到减小器件最大温度波动的热控布局方案,最大温度波动降低2.74 K.

关键词：星载电子器件系统多尺度温度控制神经网络遗传算法

基于北斗导航系统的三频载波相位高精度时间长距离传递方法研究

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南京理工大学学报 2024年第3期48卷 293-299页

作者：彭恒范城城北京航天长城卫星导航科技有限公司北京100032 中国科学院微小卫星创新研究院上海201210 上海微小卫星工程中心上海201210 中国科学院卫星数字化技术重点实验室上海201210

全球导航卫星系统(GNSS)是高精度时间长距离传递技术重要应用手段。针对高精度时间长距离传递受限于全球定位系统(GPS)载波信号组合的问题,该文提出一种基于北斗导航系统(BDS)的三频载波相位高精度时间长距离传递方法。分别对BDS不同载... 详细信息

全球导航卫星系统(GNSS)是高精度时间长距离传递技术重要应用手段。针对高精度时间长距离传递受限于全球定位系统(GPS)载波信号组合的问题,该文提出一种基于北斗导航系统(BDS)的三频载波相位高精度时间长距离传递方法。分别对BDS不同载波信号B1、B2、B3进行两两组合,通过二次叠加无电离层,消弱各种全链路误差影响,验证了B12和B13组合时间传递精度最低,B13和B23组合时间传递精度最高,3种组合的时间传递均方根(RMS)误差差异不超过0.03 ns。与国际精密钟差产品比较,结果表明在2600 km的时间链上,基于BDS的三频载波相位的时间传递均方根误差小于0.244 ns,基于BDS的三频载波相位长距离时间传递可以实现亚纳秒级,可为全球导航卫星系统应用提供技术支撑。

关键词：北斗导航系统精密时间三频信号载波相位长距离

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基于神经网络的散热兼容型红外隐身薄膜设计

工程热物理学报 2024年第2期45卷 514-519页

作者：张鲁豫胡兰芳高菲菲张文杰山东大学能源与动力工程学院济南250061 中科院微小卫星创新研究院上海201306

军事目标的红外辐射特征取决于红外大气窗口的发射率和目标温度水平。传统红外隐身涂层在全红外波段保持低发射率但并不能通过非大气窗口辐射散热。本文利用深度神经网络设计出一组由锗、铂、硅顺次排列,可用于兼容辐射散热的红外隐身... 详细信息

军事目标的红外辐射特征取决于红外大气窗口的发射率和目标温度水平。传统红外隐身涂层在全红外波段保持低发射率但并不能通过非大气窗口辐射散热。本文利用深度神经网络设计出一组由锗、铂、硅顺次排列,可用于兼容辐射散热的红外隐身多层薄膜结构。分析表明:该结构在3~5μm和8~14μm的红外大气窗口探测波段中具有0.20和0.23的低平均发射率,而在5~8μm的非大气窗口波段中具有0.87的高平均发射率,可兼容辐射散热,并且该兼容性对偏振和方向不敏感。该薄膜结构光谱选择性的微观机理可归因于锗层的选择性透过、铂–硅–钛合金形成的Fabry-Perot共振,以及铂层和钛合金基底的本征吸收。

关键词：辐射特性调控深度神经网络多层薄膜结构