Control analysis of acquirement and locking in inter-satellite laser communications

Process of acquirement and locking-up of compound axis system in inter-satellite laser communication has been studied. The effect of different condition parameters on the process of acquirement and locking-up have also been researched and simulated. Simulation results show that when the system with appropriate bandwidth has been adopted, both fine pointing system and coarse pointing system can satisfy three requirements of step response, stability criterion and dwell time and then finish the acquirement and locking-up of beacon laser beam. The simulation results provide the suited condition parameters for both fine pointing system and coarse pointing system, which is very helpful to the subsequent point and tracking processes.     

线加速度计辅助高精度稳定跟踪

 介绍了在运动基座条件下捕获、跟踪和瞄准系统的复合轴惯性视轴稳定方案及实验室演示验证实验。使用动力调谐速率陀螺测量惯性角速率稳定转台，实现大动态范围的粗稳定，使用线加速度计测量惯性姿态角稳定视轴基准，实现小动态范围的精稳定。使用视轴基准稳定误差与视轴基准平台相对其基座的转角合成粗稳定位置误差的方式，实现粗稳定和精稳定的级联。实验结果表明，复合轴稳定方案可以实现(″)级稳定精度。     

多频谱光电综合系统高精度稳定技术研究

本文提出了并采用一种组／精组合二级稳定的新方案，用于对多频谱，大负载，多传感器光电综合系统瞄准线或图像进行高精度稳定与跟踪。本技术的重要特征是采用挠性支承精稳反射镜组件以及粗／精多回路复合控制技术以获得高回路带宽和扰动大幅度衰减。     

空间旋转多光轴平行性校准技术

空间旋转多光轴系统光轴平行性影响系统指向精度且校准难度高、耗时。基于空间旋转多光轴系统光轴校准原理,获得了校准理论模型;结合实验研究,建立了高精度光轴校准方案;以机械回转轴为基准,粗调准和精调准结合,以调整传感器安装面为粗调,借助双光楔实现光学量级的精校准;先校正可见光光轴与机械回转轴的平行性,再保证激光光轴与机械回转轴的平行性,最终保证可见光光轴与激光光轴的平行性。试验结果表明,该校准方案精度高,指标优于0.1 mrad,可用于实际工程装调。     

潜望式激光通信瞄准机构误差计算

本文提出了一种机构指向误差计算方法。首先,采用反射镜单位法向量和光束单位方向向量分别表示机构反射镜的姿态和激光束的传播方向,接着采用坐标变换和矩阵传递求出反射镜在总体坐标系中的单位法向量,通过向量对称计算出激光束经过两次镜面反射后的方向向量,最后将机构各参数的理论值和实际值代入上述算法,分别求出激光束经过两次镜面反射后的理论方向向量和实际方向向量,两向量夹角即为机构的指向误差。在得到指向误差和部件误差的关系式后,机构设计时即可通过机构指向误差反计算求出部件的误差值。结果表明:机构物理样机测试指向误差值为0.005 7°,将机构部件参数测试误差值代入误差正计算算式,得出机构的指向误差值为0.006 1°,以该指向误差通过反计算得出的参数平均误差值为0.002 25°,与测试结果相近,可以为机构的精度设计提供参考依据。     

Vertical Josephson interferometers for quantum computation

We characterize a niobium-based vertical Josephson interferometer which we propose to include in a superconducting loop for applications to quantum computation using flux qubits. The most interesting feature of this device is that the Josephson current is precisely modulated by a small transversal magnetic field parallel to superconducting loop plane from a maximum to zero, with fine control and precision. This device can be used to independently control the off-diagonal Hamiltonian terms of flux qubits and/or to control the flux transfer function of a superconducting transformer for inter-qubits coupling.     

一种新颖的瞄准线高精度稳定补偿方法研究

在粗精组合二级稳定的基础上,利用光学系数λ＝1的光学元件,通过稳定光学元件本身达到瞄准线稳定的目的,提出并采用低带宽的镜稳回路设计方案,有效抑制了高频扰动,瞄准线稳定精度提高近一个数量级。     

机载光通信复合轴光路优化设计和跟瞄技术研究

根据机载激光通信的环境和链路距离,采用光电粗精复合轴结构,提出一种双探测器、双光轴机载激光通信复合轴捕获跟踪瞄准系统方案.对整个系统的光路结构进行了分析和优化设计,使粗跟踪精度达120μrad,精跟踪系统带宽大于300Hz,执行动态范围达5mrad,跟踪精度达3μrad,并成功实现通信距离17.5km、通信速率1.5Gbps,误码率达1E-7的飞机对地面激光通信实验.     

多晶硅片反应离子刻蚀制绒后扩散工艺的匹配性

根据机载激光通信的环境和链路距离,采用光电粗精复合轴结构,提出一种双探测器、双光轴机载激光通信复合轴捕获跟踪瞄准系统方案.对整个系统的光路结构进行了分析和优化设计,使粗跟踪精度达120 μrad,精跟踪系统带宽大于300 Hz,执行动态范围达5 mrad,跟踪精度达3 μrad,并成功实现通信距离17.5 km、通信速率1.5 Gbps,误码率达1E-7的飞机对地面激光通信实验.     

高密度和高粘度比率下气液两相流动的数值模拟

本文在VOF方法的基础上,采用粗细两套网格对高密度和高粘度比率下的气液两相流动模拟进行了研究分析.在细网格中求解流体体积函数方程,在粗网格中采用交错网格求解动量方程和压力修正方程,通过粗细网格间的数据传递获得求解动量方程时需要的准确的界面密度和粘度及控制体密度,克服了高密度和高粘度比率下通过插值方法计算界面密度和粘度及控制体密度带来较大误差的困难,保证了质量和动量同时守恒.高密度和高粘度比率下气液两相流动中气液交界面处密度、速度和压力急剧变化,为了保证格式的有界性和稳定性,采用稳定的有界高阶组合格式STOIC.最后模拟了不同工况下气泡在液体中的运动,并通过实验和模拟结果验证了方法的可行性及准确性.     

二极管激光器垂直阵列光束精密准直

 为实现二极管激光器垂直阵列输出光束具有小发散角、高指向精度的特点,简述了快轴准直（FAC）微透镜的光束准直原理,分析了调节装置的精度要求及透镜选择等问题。通过光学成像方法实时监测二极管激光bar条的近场像和远场像,对FAC透镜分别进行粗调节和细调节,获得了20个bar条连续输出2 kW,垂直阵列二极管激光快轴准直光束远场发散角4.4 mrad,bar条间准直光束指向精度不大于±1.7 mrad的准直效果,并对监测精度进行了简要分析。对影响光束准直效果的因素进行了分析,指出了工艺优化的重点。     

基于SDN的TDMA体制星间网络架构设计

TDMA(时分多址)体制的导航星间网络既可以实现导航测距,也具备较高的数据传输速率,具有较为广泛的业务适应能力。然而,TDMA体制的星间网络系统也存在着星上处理复杂与卫星节点处理能力低的矛盾。借鉴SDN(软件定义网络)将网络系统控制层面与数据层面相分离的思想,在TDMA体制的星间网络中引入SDN技术,设计了基于SDN的TDMA体制星间网络架构,将控制功能从卫星节点抽离出来,使其可以专注于星间数据转发,控制管理信息主要由卫星地面站(后续为高轨道卫星)扮演的SDN控制节点制定并分发,从而简化了卫星的业务负担,同时可以借鉴成熟的地面网络技术制定高效的控管策略。对所设计架构的主要的控管流程进行了仿真模拟,仿真结果表明,该架构具有一定的可行性。     

透镜检测中复合自动对焦技术的研究及应用

针对光学透镜参数测量系统中的对焦问题,设计了一种粗精结合的复合自动对焦方案.在粗对焦过程中,选用全局图像的方差函数作为清晰度评价函数,用均值比较的爬山法实现焦面搜索,并用三点法判断初始对焦方向.在精对焦过程中,利用基于数学形态学的条件膨胀算法和形状因子提取目标图像,并以日标图像区域内的Brenner函数作为清晰度评价函...     

基于电光效应的相干检测星间跟踪技术

设计了一种新颖的高灵敏度和高精度星间跟踪系统方案,该方案中的关键是利用具有线性电光效应的LiNbO₃晶体使入射光束产生圆锥形扫描,然后采用相干检测方法确定该光束的空间方位,据此调整细瞄准镜,实现星间跟踪.     

节块内嵌离散纵标(SN)方法的算法研究及程序开发

介绍节块内嵌离散纵标(S_N)方法求解三维堆芯中子输运/扩散方程的算法框架.在基于扩散理论的三维粗网节块展开方法(NEM)的算法体系中,用基于输运理论的径向二维细网节块离散纵标方法(NDOM)的内迭代过程,替代节块展开方法(NEM)内迭代的径向求解过程.该算法充分考虑了核电厂反应堆堆芯的三维结构特点,另一方面,也充分利用了已经成熟的三维粗网节块展开方法(NEM)和二维离散纵标方法(S_N)的研究成果,同时有效避免了利用离散纵标方法(S_N)求解三维中子输运方程所面临的计算内存和计算时间的瓶颈问题.编制开发二维多群节块离散纵标方法(NDOM)模块程序NS_NM和三维多群节块展开方法(NEM)模块程序MGNEM,并以此为基础编制开发节块内嵌S_N方法的模块程序HANWIND;其中,NS_NM为HANWIND求解两维问题的功能模块.针对OECD/NEA-2D C5G7MOX基准问题以及两环路核电厂三维堆芯的数值验算结果表明,节块内嵌S_N方法的算法开发及程序编制有效、切实可行.     

基于FSM的高精度光电复合轴跟踪系统研究

为解决大惯量光电跟踪器对高速机动目标的角秒级跟踪问题,设计了以快速控制反射镜作为精级,大惯量跟踪架作为粗级的双探测器型光电复合轴跟踪系统,并对快速控制反射镜和复合轴系统所涉及关键技术进行了分析。通过某模拟航路半实物跟踪试验不超过70μrad的跟踪误差,验证了系统设计的有效性。     

A multi-domain Fourier pseudospectral time-domain method for the linearized Euler equations

The Fourier pseudospectral time-domain (F-PSTD) method is computationally one of the most cost-efficient methods for solving the linearized Euler equations for wave propagation through a medium with smoothly varying spatial inhomogeneities in the presence of rigid boundaries. As the method utilizes an equidistant discretization, local fine scale effects of geometry or medium inhomogeneities require a refinement of the whole grid which significantly reduces the computational efficiency. For this reason, a multi-domain F-PSTD methodology is presented with a coarse grid covering the complete domain and fine grids acting as a subgrid resolution of the coarse grid near local fine scale effects. Data transfer between coarse and fine grids takes place utilizing spectral interpolation with super-Gaussian window functions to impose spatial periodicity. Local time stepping is employed without intermediate interpolation. The errors introduced by the window functions and the multi-domain implementation are quantified and compared to errors related to the initial conditions and from the time iteration scheme. It is concluded that the multi-domain methodology does not introduce significant errors compared to the single-domain method. Examples of scattering from small scale density scatters, sound reflecting from a slitted rigid object and sound propagation through a jet are accurately modelled by the proposed methodology. For problems that can be solved by F-PSTD, the presented methodology can lead to a significant gain in computational efficiency.     

Research on six degrees of freedom compound control technology for improving photoelectric pod pointing accuracy

High line-of-sight (LOS) pointing precision is a prerequisite for improving the laser confrontation capability of a photoelectric interference pod. In a traditional photoelectric pod, the time delay in TV tracking reduces the system phase margin, system stability and LOS pointing precision. In view of this deficiency, a normalized LMS algorithm is introduced to compensate for the TV camera delay in the inner gimbal position loop of a two-axis and four-gimbal structure, which can allow a pod to avoid system phase margin reduction. Meanwhile, a fast steering mirror (FSM) system is used to improve the LOS pointing precision. First, this paper proposes a normalized LMS algorithm. Second, a compound control structure, with an outer gimbal analog controller and an inner gimbal lag–lead controller, is designed. Finally, the FSM beam control precision is analyzed. The experimental results show that the normalized LMS algorithm yields almost no delay; moreover, the azimuth and pitch beam control accuracies are greater by a factor of 15 and 3, respectively, compared with those of a conventional photoelectric pod.     

从MODIS数据反演粗细粒子气溶胶

陆地气溶胶一般由粗粒子和细粒子气溶胶组成,二者的光学特性并不相似,如何利用卫星观测数据获取粗粒子和细粒子气溶胶是反演中所面临的重要问题.基于AERONET/PHOTONS北京站地面观测数据,本文分析得到了北京地区的气溶胶模式(包括气溶胶复折射指数和谱分布函数),结果表明北京地区的气溶胶呈明显的粗细粒子混合的双峰分布,粗...     

粘性不可压流的变分多尺度数值模拟

在变分多尺度的理论框架内,将待求解的各个物理量分解到"粗"、"细"两种尺度上.在"细"尺度上采用"泡"函数作为近似函数,通过Petrov-Galerkin方法得到"细"尺度上的近似解;然后引入求解"粗"尺度方程所需的稳定项及与其相适应的稳定化因子;最后运用有限元方法求解"粗"、"细"两种尺度耦合的整体变分多尺度方程,得到有限元近似解.数值算例表明,该处理方法成功地消除了数值求解粘性不可压Navier-Stokes方程过程中,由对流占优和速度-压力失耦引起的数值伪振荡;所引入的稳定化因子适用于结构网格及非结构网格上的数值计算.