一种基于敏感因子加权的机构动力学仿真方法

为了解决批产高精度调焦机构有限元分析与扫频试验结果存在偏差的问题,提高空间复杂机构设计能力,文章提出了一种基于敏感因子加权系数的机构动力学有限元分析法。该方法基于Hertzian接触理论建立了运动副连接的等效刚度模型,确定了敏感因子及其刚度贡献的关键方向,根据刚度与基频关系以及相关试验数据,为模型中敏感因子分配了加权系数,实现了机构的高精度仿真。利用该仿真方法对某空间相机高精度调焦机构进行仿真分析,并与扫频试验进行对比,结果表明前三阶基频振动特性一致且误差均小于2.8%,验证了该方法的有效性和计算效率,可为高精度空间机构的仿真分析提供一定参考。

2001—2020年新疆伊犁河谷植被主要生长季NDVI时空变化与水热因子关系研究

利用MODIS-NDVI数据,采用Theil-Sen中值趋势分析、Mann-Kendall检验及变异系数方法,对2001—2020年伊犁河谷植被主要生长季(5—9月)归一化植被指数(NDVI)的时空变化特征进行研究,结合气温降水数据采用相关性分析的方法,探究植被主要生长季的影响因素。结果表明:(1)伊犁河谷植被主要生长季NDVI在空间上存在明显的差异性,NDVI多年均值较高。(2)区域尺度上,NDVI年际变化趋势较为平缓;像元尺度上,微量减少和微量增加的面积占比较大,显著增加与显著减少的区域较集中,占比较小。(3)伊犁河谷生长季植被的稳定性较好,CV≤0.10基本分布在整个区域,0.3<CV≤1分布较集中。(4)伊犁河谷气温呈现上升的趋势,降水量呈现缓慢下降的趋势;NDVI年均值与年降水量显著相关(r=0.7644),与气温无显著相关;NDVI月均值与月气温均值极显著相关,与月降水量相关性不显著。

基于PSD的微位移传感器

微弱电流的放大与处理是基于位置敏感探测器(PSD)的微位移传感器的关键技术。分析了电流—电压转换原理,指出转换误差主要来源于偏置电流及失调电压。应用屏蔽、Guard、避免自激等技术设计了前放电路,实现了微弱电流信号的提取。传感器工作距离为10 mm,测量范围为±0.5 mm,采用精度为±0.5μm的装置驱动钢板进行微位移测量,实验数据表明:传感器分辨力为±0.5μm,检测精度为±2%。

激光直写凹球面网栅的电控实现

凹球面网栅激光直写系统采用同心结构，应用调节角速度的控制算法以及周期纬线纬纬相交形成网栅的图形结构，确保激光直写光斑在不同的纬度以不同角速度扫描，始终保持线速度和曝光量恒定，实现了在凹球面上以恒定曝光量激光直写网栅。分析了网格周期、角速度和纬线弧长等关键参数，设计了控制程序。在通光孔径60mm的普通玻璃凹球面上进行了多组激光直写试验，设定周期450～800μm，线速度1～20mm／s，经显影、定影后由微米级读数显微镜测得网格实际周期与设定周期误差在±3％以内，原子力显微镜测得线宽小于5μm。结果表明：采用同心结构及稳光、调速控制保证凹球面网栅激光直写系统的曝光量不变，线条侧壁陡直、平行，具有较好的均匀性，满足了设计要求。

干旱区荒漠梭梭柽柳蒸腾耗水对比分析

【目的】在克拉玛依造林碳汇基地外围，对比分析梭梭和柽柳蒸腾耗水的差异性。【方法】使用包裹式茎流计（Flowg）对梭梭（Haloxylon persicum）和柽柳（Tamarix elongata）枝液流动态进行了监测。对液流速率和枝直径进行相关性分析和回归分析。（结果】梭梭和柽柳枝液流速率同枝直径达到显著相关，可分别使用幂函数和指数函数进行拟合。在1．0～3．0cm的枝直径范围内，柽柳的液流速率大于梭梭，液流速率均随枝直径的增大呈减小，液流速率的差异在减小。【结论】在1．0～5．0cm的径级范围内梭梭抗旱能力强于柽柳，随着植株的生长梭梭和柽柳抗旱能力增强，柽柳抗旱能力同梭梭的差距逐渐变小。

基于ADAMS的Stewart次镜平台运动学和动力学仿真

调整次镜位姿是空间相机提高成像质量的有效方法之一。为优化Stewart次镜调整平台的结构设计,研究了基于ADAMS虚拟样机技术的并联机构运动学和动力学仿真方法。首先对Stewart并联机构进行了运动学理论分析,建立了运动学逆解数学模型并计算了解析结果;然后,在ADAMS中建立了并联机构虚拟样机并进行运动学逆解仿真,其仿真结果与解析结果一致,证明了虚拟样机模型的正确性;再将ADAMS运动学逆解作为各杆驱动函数,实现了运动学正解及动力学逆解仿真。基于ADAMS虚拟样机技术的并联机构运动学和动力学特性分析方法,为次镜调整平台的结构优化设计提供了理论依据和主要参数。

空间光学遥感器高精度6-DOF并联平台设计与实现

高精度六自由度并联平台可精密调整次镜位姿,实现空间光学遥感器地面光学装调及光学像差在轨主动校正。为解决研制高精度并联平台的多指标多约束结构优化设计及高分辨力驱动支链设计2个难点,建立了六自由度并联机构逆解数学模型及ADAMS参数化模型,确定了结构优化目标函数,结合支链长度、铰链转角等约束进行了结构优化设计,得到并联机构结构参数及驱动支链分辨力需达到60 nm的需求。基于此需求,设计了基于“无刷直流电机+滚珠丝杠+光栅尺”的驱动支链,采用PI控制律实现高精度消静差闭环伺服控制,使驱动支链分辨力达50 nm。对并联平台精度进行光学测试,结果表明,平台带载平移分辨力为0.2μm,转角分辨力为1″,满足指标要求。该平台已成功应用于空间相机的地面光学装调及像差主动校正实验,为在轨应用奠定了理论与实践基础。

凹球面网栅激光直写实时控制方法

提出一种基于Dual-Ported RAM(DPRAM)的凹球面网栅激光直写实时控制方法。采用计算机与PMAC双CPU主从并行、双向通讯和即存即取的控制方法,开发了多层嵌套并行工作程序,使计算机与PMAC实时处理、交换、显示大量控制参数和状态信息,实现了实时控制激光直写凹球面网栅。在口径200mm、半径150mm的涂覆感光胶玻璃凹球面基底上,激光直写出了100μm周期网栅。微米级读数显微镜测量结果表明,网栅均匀,周期误差小于±3%,达到设计要求。

基于ADAMS与MATLAB的Stewart次镜平台联合仿真

Stewart平台调整次镜位姿补偿像差,是提高空间相机成像质量的有效方法。为验证Stewart次镜平台机械及控制系统的可行性、正确性、提高设计效率,基于ADAMS与MATLAB接口技术,建立了Stewart平台机械与控制系统机电混合模型,进行了机电联合仿真研究。首先,对Stewart次镜平台进行了运动学理论分析,建立了运动学数学模型;然后,在ADAMS中建立了Stewart平台虚拟样机并进行运动学仿真,ADAMS中仿真结果与理论计算一致;再将ADAMS中Stewart平台动力学模型导出并嵌入MATLAB中,建立了机电联合系统模型;最后,以典型的阶跃和正弦位姿轨迹信号,对Stewart平台的位姿调整性能进行了仿真研究。仿真结果表明,Stewart次镜平台具有较高的稳态精度和较好的动态性能,仿真参数和数据为Stewart平台的研制提供了必要的设计依据。

Stewart六自由度并联机构位姿分辨率分析方法

位姿分辨率是Stewart六自由度并联机构的核心指标,是实现空间相机次镜精密位姿调整的关键。为研制高分辨率六自由度并联机构,提出基于支链增量同比缩放及支链分辨率量化的位姿分辨率分析方法,通过计算目标位姿支链增量并同比例缩小、量化得到最小支链增量、杆长,进而正解,在设计阶段求得六个单自由度最小运动增量即位姿分辨率。应用VC++编写了分析软件,设计了某高分辨率空间相机次镜六自由度并联机构。实测结果表明:位姿分辨率分析结果与实测值基本一致,该分析方法具有较强的工程指导价值。

凹球面激光直写系统电控误差分析

高精度激光直写技术是光、机、电综合运用的前沿技术,广泛应用于精密仪器、设备等高新技术领域.而减小电控误差是凹球面激光直写技术的难点.介绍了凹球面自动调焦激光直写系统原理,分析了步进电机驱动的凹球面激光直写系统的电控误差,步进电机的步距误差,动态误差以及传动间隙空走误差等.同时给出了理论公式,并结合实例进行了精度对比分析;针对各个误差源,提出了提高步距角精度、避开共振频率、补偿空走误差等减小误差的方法.最后给出了激光直写纬线程序流程图.

临界角法激光直写聚焦伺服系统静态特性研究

为同时提高金属网栅屏蔽效率及红外透过率,要求激光直写线条细且均匀。而工件面型误差、光刻胶涂布不均匀性、机械轴系误差等会造成写入焦斑离焦,影响线条线宽及均匀性。需引入聚焦伺服系统来实时探测并补偿离焦,确保写入光束实时聚焦在光刻胶面上。给出了临界角法调焦的原理,搭建了由探焦光路、离焦信号前放、压电陶瓷微位移执行机构组成的聚焦伺服系统,进行了离焦误差静态特性实验研究。实验结果表明:系统的静态分辨力为±40 nm,线性范围为±5μm,均满足设计要求。

深凹球面网栅恒定曝光量激光直写控制实现

为在深凹球面内激光直写高质量网栅图形,必须实现写入过程恒定曝光量控制。首先介绍了深凹球面网栅激光直写设备原理,然后分析了任意纬线扫描运动状态,推导了工件尺寸、网栅参数、扫描速度间数学关系,最后建立了恒定曝光量扫描运动数学模型,开发了伺服控制软、硬件系统,确保了扫描角速度随纬度自动精确调整来保持线速度不变,实现了深凹球面网栅激光直写恒定曝光量控制,提高了写入线条质量。在矢跨比为0.31的深凹球面内制备了周期500μm的网栅,显影后测得线条线宽均匀,侧壁陡直,线宽误差≤±1%,网格周期误差≤±5%。

凹球面网栅光刻控制算法零点误差分析

为分析并避免参考零点误差对凹球面光刻恒定曝光量控制算法的影响,建立了零点误差与扫描线速度、扫描弧长关系的数学模型并给出了关系曲线。分析得出:参考零点俯仰定位误差会造成部分线条宽于理想值,其余线条窄于理想值,且线宽呈单调变化;参考零点水平定位误差会造成实际扫描弧长短于或长于所需值,造成凹球面部分边缘无线条以致网栅缺失。凹球面网栅光刻设备俯仰轴和方位轴采用光电轴角编码器作为反馈元件,采取速度、位置双闭环控制,实现了参考零点的精确定位,确保了恒定的扫描线速度和精确的扫描弧长,制作出了合格的凹球面网栅。

曲率对柱面频率选择表面传输特性的影响

曲面频率选择表面(FSS)部件处于天线的非均匀照射下,容易造成传输特性对角度响应的不稳定。本文通过设计了一种柱面FSS结构,并利用时域有限差分法,研究了分别以圆环型、十字型和Y型单元构成柱面FSS结构下,曲率对其传射特性的影响。结果显示,随着曲率半径的减小,柱面FSS频点向低频漂移,透过率降低,其中以Y型单元的性质相对稳定。

新疆地区平均气温空间插值方法研究

基于1981—2008年新疆地区53个测站和甘肃青海邻近10个测站的多年月(年)平均气温进行探索性分析和试验性插值的基础上,以"多元回归+残差内插+地形调节"和"海拔订正+零海拔插值+地形调节"两种混合性气温空间插值方法对该地区的多年月(年)平均气温进行了空间分布插值、交叉验证和对比分析。结果表明,单一的任何一种确定性函数或地统计方法都不能对新疆地区的气温进行较准确的插值,缺乏对影响因子的考虑,与实际情况相差较远;两种混合性插值方法都可以得到较精确的气温空间插值结果,空间分布一致,精度都随月份有所差异,对夏、秋季的插值结果较冬、春季的稳定、精度高;两种方法对夏、秋季各月的插值结果并无显著差异,而在冬、春季后者的误差大于前者。整体而言,"多元回归+残差内插+地形调节"的方法较"海拔订正+零海拔插值+地形调节"法更准确、稳定,但两种方法各有优缺点,应根据实际应用情况进行选择。

基于8hm^2样地的天山云杉林蒸腾耗水从单株到林分的转换

为了准确地估算天山北坡中部天山云杉森林的林分蒸腾耗水量,设置了8hm2固定样地,在每木调查的基础上,通过对7株标准木连续晴天液流的观测,得到胸径与液流速率和胸径与边材面积的拟合方程,最终计算得到了林分的蒸腾耗水量,确定了估算该森林群落蒸腾耗水的最小取样面积,并且讨论了最小取样面积随样地位置的变化。结果表明:①在自然生长系,天山云杉林分最大蒸腾耗水量、平均蒸腾耗水量同种植密度呈Extrem函数分布;当种植密度达到1200株/hm2时,林分最大蒸腾耗水量达到最大,为77.27 t/hm2d;②对林分蒸腾耗水量的测算存在明显的最小取样面积,最小取样面积随取样点的不同而略有差异,取样起始点在本8hm2固定样地的上线和下线处时最小取样面积为4hm2,取样起始点在本8hm2固定样地的中部时最小取样面积为2.56hm2,这对于更加精确地估算天山北坡天山云杉森林的蒸腾耗水量提供了理论依据。

新疆地区年降水量的空间插值方法研究

为提高新疆地区年降水量的空间插值效果,通过增设模拟气象站点、补充实测站点数据空间变异性信息,采用确定性函数和地统计学的综合插值方法进行新疆地区年降水量的空间插值与比较验证分析。结果表明:(1)利用地统计方法分析多年平均降水量的最佳抽样间距,确定气象站点影响区,建立降水量与经纬度、高程、坡度、坡向、NDVI间的多元回归方程,增设模拟气象站点,可以有效增加降水量空间变异信息,显著提高降水量空间插值效果。(2)通过对比发现,反距离加权法(IDW)、复二次径向基函数法(MRBF)和普通克里格法(OK)3种空间插值方法中,MRBF的插值效果最好,是该地区降水空间分布的最适插值方法。(3)在新疆地区采用逐步综合的方法,即以多元回归方法增设模拟气象站点和MRBF进行年降水量空间插值,全面考虑影响因子与空间变异性,去除了多元回归带来的"边界效应",弥补了实测降水量空间信息,得到了具有较高精度的年降水量数据集。

新疆区域近50a积雪变化特征分析

利用新疆91个气象台站1960-2011年的观测资料,对南北疆及天山山区冬春年(10月-翌年5月)的积雪日数、最大积雪深度、积雪初始、终止日期等因子进行了统计分析,并通过Kringing插值计算了新疆区域平均最大积雪深度的空间分布.结果表明:新疆冬春季积雪主要分布在天山以北,厚度可达30cm以上,天山以南积雪比较浅薄,大部分在10cm以下;50a来,南北疆及天山山区的积雪深度均呈小幅增长(天山山区增幅最大),积雪日数呈略微降低趋势,积雪初始、终止日期无明显变化.天山山区的积雪变化与北疆有较高的相关性,它们积雪深度和积雪日数的相关系数分别达0.708和0.614,南疆积雪变化与它们几乎没有相关性;积雪深度与冬春年降水量的变化均有很好的一致性,尤其在北疆,二者相关系数高达0.702,但与平均温度呈低的负相关;积雪日数与冬春年降水量变化没有明显相关关系,但均与气温呈较好的负相关,在北疆二者的相关系数达-0.742.

对称双屏Butterworth型频率选择表面的设计

分析了对称双屏频率选择表面(FSS)结构如何实现Butterworth型FSS和获得"平顶"和"陡截止"的"矩形化"滤波特性。结合平面波展开法与互导纳法,给出了缝隙阵列导纳和缝隙阵列之间的互导纳。以Y孔形单元为例,数值计算并分析了FSS屏与中间电介质对Butterworth型FSS的影响;然后在500 mm×500 mm聚酰亚胺基底镀15μm铜膜,制作出Y孔型FSS并将其粘贴于介质两侧。用自由空间法测试其传输特性,测试结果与仿真结果基本一致。当中间电介质电厚度为2.15 mm,单元周期为7.2 mm×6.235 2 mm,臂长为3.6 mm,臂宽为0.8 mm时,双屏FSS的互导纳与单屏FSS导纳的实部相等,从而得到Butterworth型FSS。当FSS单元周期增加0.6 mm,3 dB带宽由3.5 GHz缩减为2.1GHz时,截止度增加。分析认为,对称双屏Butterworth型FSS的设计应遵循以下原则,即在满足谐振尺寸的前提下采用无加载孔径型单元且单元周期小于0.4λ,其缝隙长宽比应小于5.5,中间电介质电厚度约为0.1λ。