基于CMOS APS的微型数字式太阳敏感器

研制了一种适用于微型航天器的两轴数字式太阳敏感器,其光学系统由CMOS APS图像传感器和MEMS工艺制作的孔阵列结构光线引入器组成.敏感器外形尺寸68 mm×68 mm×58 mm, 质量小于300 g, 功耗低于2.5 W, 更新率优于2 Hz.该文介绍了CMOS APS图像传感器的优势及其在太阳敏感器中的应用,以及所研制微型太阳敏感器的系统硬件、软件设计.对微型太阳敏感器样机进行了标定,结果表明微型太阳敏感器在±64°视场以内精度优于0.1°, ±10°视场以内精度优于0.02°.     

太阳敏感器输出误差测量装置研究

设计完成了一种太阳敏感器输出误差测量装置,其原理简单、成本较低,可以满足大部分太阳敏感器地面测试测量精度的需求。太阳敏感器是卫星动态模拟器敏感器部件的重要组件之一。太阳敏感器输出误差测量是卫星动态模拟器研制和实验操作的一项重要的前期工作,精确测量太阳敏感器误差对以后的理论计算和仿真实验有重要意义。太阳敏感器主要通过测量太阳光线与卫星某一体轴之间的夹角,确定太阳在敏感器本体坐标系中的位置,通过坐标矩阵变换得到太阳在卫星本体坐标系中的位置,最终在卫星的姿态控制系统中求出卫星姿态,即卫星的空间方位。提出了一种新的基于ARM7单片机的数字太阳敏感期输出误差测量装置设计方法。采用高精度数字式二自由度电动转台作为测量装置的基台,用于改变输入角度。采用ARM单片机控制器控制转台的转动角度和转动速度;采用专用的太阳模拟器作为太阳敏感器的输入光源;太阳敏感器的输出角度通过无线模块传送至PC机进行输出处理操作。对比转台角度和太阳敏感器的输出实测角度,可以得到太阳敏感器的输出误差曲线。本测试系统误差来源较少,主要为动力学转台的运动误差和太阳模拟器光源误差。转台的运动控制精度为0.00125mm/(°)。理想情形本装置的测量精度为角...     

基于MEMS光线引入器的太阳敏感器技术

太阳敏感器是卫星等航天器上的重要姿态测量部件,其原理是测量太阳光线和敏感器本体主轴的夹角,近而确定卫星的指向。随着MEMS技术和高精度图像传感器技术的发展,将MEMS光线引入器阵列和APS（Active Pixel Sensor）图像传感器技术进行组合,在不增加系统的质量和功耗的情况下通过多个成像阵列来降低系统的随机误差,提高成像中心位置的准确性,从而将太阳敏感器的测量精度提高一个量级。同时采用图像预测提取相关算法（Future Extraction and Image Corre-lation-FEIC）,提高了系统的鲁棒性,在部分小孔受到堵塞等干扰情况下,依然保证系统正常工作,精度上基本上不受影响。传统的太阳敏感器一般采用单孔式光线引入器和CCD等方案来实现的,精度比较低。这种新设计思路和实现方法为太阳敏感器系统的可靠性提供了重要保障。     

基于星敏感器双矢量观测信息的卫星姿态确定算法研究

针对三轴稳定卫星,研究基于星敏感器双矢量观测信息的卫星高精度姿态确定算法。建立了姿态运动学模型、敏感器测量模型、QUEST算法模型和扩展卡尔曼滤波(EKF)模型。对比分析了QUEST算法以及星敏感器与陀螺组合的扩展卡尔曼滤波(EKF)算法的定姿精度。通过数学仿真,表明基于星敏感器和陀螺的扩展卡尔曼滤波组合姿态确定算法具有更高的定姿精度。     

基于导星电子星图模拟器的卫星控制系统半物理试验方法

为了实现卫星的高精度高稳定度控制,中法天文卫星建立了卫星姿轨控半物理仿真试验系统.对该系统采用导星电子星图模拟器引入仿真闭环进行研究.首先,将导星敏感器作为高精度姿态测量部件引入控制系统,地面动力学为其提供输入信息.接着,高精度测量单机和高精度控制机构引入到闭环中.然后,粗测量敏感器和粗控执行机构由数学模型替代.最后,通过地面实时系统将控制系统、星务计算机、载荷计算机和整星电源系统组成了实时仿真验证系统.实验结果表明:在地面半物理条件下,可以达到导星进入开小窗条件,y、z轴稳定度达到2(″)/10 s及5(″)/100 s.导星敏感器可以提高姿态测量精度和姿态控制的稳定度.满足控制稳定度在亚角秒级别卫星的要求.     

基于人工神经网络的卫星姿态信号处理

地球遥感卫星的技术难点之一是保持有足够的姿态控制精度．通常卫星的姿态由单一传感器获得,为得到高的姿态精度,需要对多个传感器信息进行综合处理．针对由惯性基准、红外地平仪和太阳敏感器组成的卫星姿态测量系统,提出并设计了带反馈的ＢＰ人工神经网络进行信号处理．研究表明,该方法可以抑制红外地平仪轨道周期误差和卫星进入阴影区时对测量系统的影响,从而使系统的测量精度得以很大提高．     

基于星敏感器的卫星瞬时姿态计算方法

在分析星敏感器姿态测量原理的基础上，给出了利用方程组进行姿态计算和平差的方法并予以实现，且对仿真结果进行了分析。结果表明，该方法具有较快的计算速度(0.1ms以下)，参与计算的星为5—8颗时满足星敏感器的精度要求，基于星敏感器的卫星瞬时姿态计算方法可以在实际中应用。     

一种基于天体运动学的星敏感器精度测量方法

星敏感器是目前应用在航天飞行器中精度最高的姿态测量器件,因此其精度的标定显得尤为重要。该文提出了一种基于天体运动学规律的星敏感器精度测量方法,利用地球自转的精密性,将星敏感器与地球固连,对天顶邻域拍摄星图。同时将存储在星敏感器内的导航星表由J2000.0坐标系在考虑恒星自行、岁差、章动及地球自转影响后变换到地固坐标系,经过星点提取、星图识别和姿态解算,得到星敏感器俯仰、偏航和滚转三轴在地固坐标系中的变化,根据统计规律得出星敏感器的指向精度和滚转精度。该测量方法方便易实施,可以避免传统测试方法操作复杂、需要精密转台和星模拟器的困扰,测量精度满足星敏感器要求,具有准确性和真实性。     

立方星用太阳敏感器的设计

针对立方星的姿态控制中,获取卫星当前姿态的需求,设计了一种用于立方星的数字式太阳敏感器.通过线性CCD(Charge Coupled Device)和对应的狭缝型光学通路设计,实现了对点状光源相对于安装平面的法线双角度测量,并达到了视场角度40°,理论测量精度为0.01°的设计指标.该太阳敏感器采用了商用现成品和技术(...     

基于星光惯性组合的卫星姿态确定方法

基于双星敏感器与陀螺仪组成的星光惯性组合,提出了一种卫星姿态确定方法。双星敏感器分别与陀螺仪采用模糊自适应的无迹Kalman滤波方法进行子系统级的姿态估计,而后采用协方差交集算法框架进行系统级数据融合,从而完成卫星姿态的确定。对典型的卫星大角度快速机动扫描过程以及卫星三轴稳定运动过程的数值仿真,验证了该方法具备实用性与有效性。     

微型三角件的微塑性成形技术研究

为研究微型零件的微塑性成形工艺,设计加工微型模具,借助扫描电镜对成形件的表面形貌进行观察和分析,用照片放大的方法测量成形件尺寸,分析成形应力、摩擦等对成形的影响。结果表明增大成形应力有利于提高微塑性成形性能,成形件几何尺寸精度依赖于模具的尺寸精度,采用塑性成形工艺可以成形出微型零件。     

微动力机电系统的发展动态与展望

在阐述微动力机电系统研究意义的基础上,对其在国内外的发展动态及趋势进行了回顾,重点介绍了双区燃烧微涡轮机、微型往复式电力发生器、微转子发动机以及作者研究的微热光电动力系统．这种新型的微热光电系统具有无运动部件、热量利用效率高、制造成本低等优点．最后论述了微机电动力系统研究中面临的主要挑战,并重点总结了需要解决的一些基础问题．     

微细电火花加工关键技术研究

围绕微细电火花加工的实现,对微细电火花加工的关键技术进行了研究。开发出由蠕动式微进给机构、微小能量放电电源、微小电极线放电磨削机构、精密旋转主轴头、加工状态检测与控制系统等构成的微细电火花加工装置。探讨了微细电火花加工微小轴、高深宽比微小孔、非圆截面形状和三维结构成型、以及半导体硅材料等的工艺方法。实验加工出的微小轴和孔的最小直径分别小于２５μｍ和５０μｍ,最大深宽比分别超过２０和１０。     

“微时代”的网络问政——政务微博与政务微信

随着互联网的迅速发展,＂微时代＂的到来已成必然。简述了政务微博和政务微信的特点,分析了二者的不同点,展望了微博和微信动态多平台合作模式。     

微型热光电系统中的微燃烧室研究

微型热光电TPV(thermo photovoltaic)系统是一种新型的微动力系(Power MEMS)，微燃烧室是微型TPV系统中最重要的部件之一．为了获得较高的电能输出，希望燃烧室壁面的温度高且分布均匀．由于微燃烧室面容比大，热损失显著增加，这会导致着火困难并使火焰淬熄．为了分析微燃烧室中燃烧的可行性和确定有关影响因素，对不同材料、不同结构的微燃烧室在不同工况下进行了实验．结果表明，在一定的流量和混合比范围内，可以在微燃烧器内维持稳定的燃烧，并在燃烧室壁面形成均匀分布的高温．     

压电式微驱动器的应用研究

在分析常用微驱动器的基础上,设计了一种压电式微驱动器,采用柔性铰链机构实现无机械摩擦、无间隙的高灵敏度微驱动,利用柔性铰链杠杆放大原理增加了叠层式压电陶瓷位移输出．满足了在激光测量系统中作为移相器的工作要求．文章对柔性铰链机构进行了理论分析,建立了数学模型,采用有限元分析方法优化了机构的结构参数．     

微机械及其制造加工技术

介绍了微机械的概念及其特点，着重介绍了目前微机械的加工技术。     

MEMS反射镜建模及其控制实验研究

从经典二阶振荡系统的传递函数入手,根据MEMS反射镜的开环瞬态响应实验,对模型的参数进行辨识,考察了模型在静态状况下静电力和弹簧扭矩的关系.推导了阻尼系数和实验曲线之间的关系.这个关系对阻尼系数的辨识不需要考察微镜的尺寸和空气压力,从而可以减轻计算量并且保证了精度.最后,通过仿真和实验结果来验证参数辨识的正确性.在实验和仿真结果中,系统的超调量被大幅度减小,稳定时间可以控制在7 ms以内,验证了模型参数辨识的正确性.     

面向生物工程实验的微操作机器人

本文讨论了一台面向生物工程应用的微操作机器人系统的结构、功能和关键技术．首先，给出了它的硬件体系结构和逻辑结构，它由传感系统，控制系统和操作系统组成．其中传感系统由显微镜和ＣＣＤ摄象系统组成．其次，对微操作机器人系统的关键技术进行详细讨论．显微视觉是最主要的一项技术，基于此技术完成了两项功能，即微针的纵向定位和自动寻针．最后，给出了微操作机器人在生物ＰＣＲ反应实验中的一个成功的应用实例，证明了上述系统的有效性．     

高炉软熔带形态变化的热模型实验研究

研究温度变化对磁铁石英岩和赤铁石英岩微结构的影响。在高温条件下，由于矿石中矿物成分不同所引起的结构热应力，是造成两种矿石微结构损伤的主要原因，由此而形成的微裂隙导致矿石强度明显下降。