低轨纳卫星质量矩姿态控制技术研究

针对气动力矩严重影响低轨纳卫星姿态控制效果的问题,创新性地提出了利用质量矩技术将气动干扰转化为控制力矩的解决方法.由于气动力矩矢量垂直于大气来流速度方向,因而采用质量矩与磁力矩相结合的方式三轴全驱动控制卫星姿态,从而避免系统欠驱动. 建立双执行机构控制方式的姿态动力学模型,并根据各干扰项的影响简化了控制方程.针对气动力不确定、星体参数误差、未知环境影响等复杂干扰,设计了针对理想控制力矩基于干扰观测器的滑模控制器. 为减小滑块附加干扰力矩,研究了理想控制力矩的最优分配策略. 最后, 为双执行机构搭建了半物理仿真平台,结果表明: 姿态机动过程中, 与滑块加速度相关的附加惯性力矩远大于其他干扰项,最优力矩分配策略能够大幅减小快时变的附加干扰, 优化效果明显; 姿态保持过程中,干扰观测器能有效观测系统慢时变干扰, 提高滑模控制律的姿态控制精度,姿态角收敛误差小于$\pm $0.1$^\circ$.最终验证了在低轨纳卫星上利用质量矩技术控制姿态的可行性.      

A three-step system calibration procedure with error compensation for 3D shape measurement

System calibration, which usually involves complicated and time-consuming procedures, is crucial for any three-dimensional （3D） shape measurement system based on vision. A novel improved method is proposed for accurate calibration of such a measurement system. The system accuracy is improved with considering the nonlinear measurement error created by the difference between the system model and real measurement environment. We use Levenberg-Marquardt optimization algorithm to compensate the error and get a good result. The improved method has a 50% improvement of re-projection accuracy compared with our previous method. The measurement accuracy is maintained well within 1.5% of the overall measurement depth range.     

完全烧结氧化锆牙科陶瓷材料的旋转超声加工实验研究

针对口腔修复领域中大量应用的预烧结氧化锆陶瓷存在二次烧结加工工艺复杂、收缩率难以控制、断裂率高等问题,提出了采用旋转超声加工完全烧结氧化锆陶瓷的方法.开展了完全烧结氧化锆陶瓷的旋转超声加工和普通金刚石磨削加工实验,重点研究了主轴转速对磨削力、最大边缘碎裂尺寸及亚表面损伤特性的影响规律.通过对比分析得到,旋转超声加工不仅能降低磨削力,有效抑制完全烧结氧化锆陶瓷材料的边缘碎裂,同时明显减少了其亚表面微裂纹,是实现完全烧结氧化锆陶瓷口腔修复体低损伤加工的新途径.     

航天器中远距仅测角导航硬件在环测试的光学模拟器设计

设计了一种航天器中远距仅测角导航硬件在环测试的光学模拟器,可对仅测角导航视觉传感器的硬件、软件和算法的性能及可靠性进行验证。首先对该光学模拟器进行了系统描述,包括硬件组成和星图模拟软件设计。硬件选用的都是商用、现成的部组件,可大幅节约研发成本,缩短开发周期。其次,重点阐述屏幕亮度与恒星星等之间的关系,以及该光学模拟器的光学原理。最后对该光学模拟器的星图模拟进行实验测试,并介绍了一种基于Clohessy-Wiltshire (CW)方程的仅测角导航模型,用于硬件在环测试。验证了几何校正后的光学模拟器完全满足航天器中远距仅测角导航硬件在环测试要求,并得出相对于几何校正前,终端时刻的相对位置精度提高了25.5%,相对速度精度提高了31.3%。     

微机械薄膜变形镜校正性能及控制算法

通过对微机械薄膜变形镜影响函数矩阵的奇异值分解,构建了变形镜可以校正的像差模式空间,分析了变形镜对正交基模式的校正能力和校正范围,提出了一种变形镜闭环迭代控制算法。通过对影响函数矩阵低秩近似的方法滤除校正性能较差的基模式的影响,实现了对畸变像差的有选择校正。以人眼出射波前为对象进行实验,通过比较不同模式项数校正时的效果,确定了最优校正模式项数的范围,通过设置残差容限的方法,消除了人眼晃动和眨眼的影响。实验结果表明:控制算法能通过选择合适的校正项数,提高变形镜的校正性能,并获取到了高清晰度的人眼视网膜图像,为眼科疾病诊断和治疗提供了一种新的观察手段。     

Tunable band gap and optical properties of surface functionalized Sc_2C monolayer

Using the density functional theory, we have investigated the electronic and optical properties of two-dimensional Sc_2C monolayer with OH, F, or O chemical groups. The electronic structures reveal that the functionalized Sc_2C monolayers are semiconductors with a band gap of 0.44–1.55 eV. The band gap dependent optical parameters, like dielectric function, absorption coefficients, reflectivity, loss function, and refraction index were also calculated for photon energy up to 20 eV. At the low-energy region, each optical parameter shifts to red, and the peak increases obviously with the increase of the energy gap. Consequently, Sc_2C monolayer with a tunable band gap by changing the type of surface chemical groups is a promising 2D material for optoelectronic devices.     

三维重建的格雷码-相移光编码技术研究

提出一种基于格雷码-相移的组合光编码技术, 以格雷码技术自身的误差不累加性优点保证了光编解码的稳健性, 针对格雷码对视场解析的有限性缺陷, 提出将格雷码部分作为编码的整数部分, 综合使用相移编码作为小数部分, 实现了视场空间的无级细分, 提高了编码的分辨率, 对编码技术中常见的两种错误, 使用提出的编码校正算法有效的减少了编码错误及重建误差的产生。试验结果表明这种光信号编码方法在三维测量中的有很高的稳健性。     

生物陶瓷铣削加工辅助支撑优化设计方法研究

基于氧化锆生物陶瓷正交铣削试验数据,采用多元线性回归方程建立铣削力经验预测模型,为辅助支撑结构优化设计有限元模拟提供铣削力加载参考;结合生物陶瓷力学特性,通过有限元分析探索铣削力不同加载位置对辅助支撑应力应变的影响规律,校核支撑强度,为模型导入CAM系统后辅助支撑的设计提供优化及设计准则.理论分析和生物陶瓷修复体实际加工情况表明,该设计方法进行生物陶瓷铣削加工辅助支撑设计具有有效性和可行性,为提高生物陶瓷铣削效率提供了一种思路和方法.     

基于自适应均方根EKF的惯性辅助航天器仅测角导航方法

针对微小卫星等航天器对空间非合作目标交会操作中的自主相对导航问题,提出了一种基于自适应均方根EKF的惯性辅助航天器仅测角导航方法。首先,推导了一种基于Clohessy-Wiltshire (CW)方程的仅测角导航模型。然后,基于误差状态推导了一种仅测角/惯性组合相对导航模型。接着,基于Cholesky分解得到组合导航系统的状态协方差矩阵,并引入“新息”协方差匹配方法对测量噪声进行在线自适应调整,构建了一种自适应均方根EKF对该组合导航系统状态进行动态滤波估计,并采用Fisher信息矩阵对该组合导航系统的可观性进行评估。最后,在搭建的半物理仿真平台上进行了仿真验证,得出终端时刻采用自适应均方根EKF比EKF的迹向滤波精度平均提高了35%,径向和法向滤波精度平均提高了25%。