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一种宏微双重驱动精密定位机构的建模与控制 被引量:49
1
作者 节德刚 刘延杰 +2 位作者 孙立宁 孙绍云 蔡鹤皋 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第2期171-178,共8页
提出一种宏微双重驱动精密定位机构,采用高性能直线电机直接驱动宏动平台,实现系统大行程微米级精度定位;安装在宏动平台上的压电陶瓷驱动微动平台,实现纳米级的分辨率和定位精度,以高频响动态补偿系统的定位误差;采用精密光栅尺反馈微... 提出一种宏微双重驱动精密定位机构,采用高性能直线电机直接驱动宏动平台,实现系统大行程微米级精度定位;安装在宏动平台上的压电陶瓷驱动微动平台,实现纳米级的分辨率和定位精度,以高频响动态补偿系统的定位误差;采用精密光栅尺反馈微动平台输出端的位置信号,实现定位机构的全闭环反馈控制。在分别建立宏动、微动、宏微机构模型的基础上,提出复合型宏动控制和模糊自校正PID微动控制的宏微控制策略。实验研究表明:系统的动态和稳态性能良好,该定位机构的最大工作行程100 mm,稳定时间小于40 ms,重复定位精度10 nm。 展开更多
关键词 宏微双重驱动 精密定位 建模 控制策略
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基于双光栅尺的高速高精度位移测量方法 被引量:32
2
作者 节德刚 刘延杰 +2 位作者 孙立宁 陈智超 蔡鹤皋 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第7期1077-1083,共7页
提出了一种基于双光栅尺的高速高精度位移测量方法。在分析光栅尺测量原理的基础上,探讨双光栅尺信号的切换合成;通过对莫尔条纹电子细分计数脉冲切换误差的分析,研究减小切换合成误差的方法;采用可编程逻辑器件FP-GA设计信号处理电路,... 提出了一种基于双光栅尺的高速高精度位移测量方法。在分析光栅尺测量原理的基础上,探讨双光栅尺信号的切换合成;通过对莫尔条纹电子细分计数脉冲切换误差的分析,研究减小切换合成误差的方法;采用可编程逻辑器件FP-GA设计信号处理电路,并通过逻辑、时序仿真,验证了本方法的可行性。实验结果表明:此方法在光栅尺移动速度>1m/s时,具有10 nm分辨率,可满足新一代运动定位系统对高速高精度位移测量的要求。 展开更多
关键词 位移测量 双光栅尺 切换合成 FPGA
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压电陶瓷微位移系统的模糊PID控制方法 被引量:14
3
作者 节德刚 孙立宁 +2 位作者 曲东升 王力 蔡鹤皋 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第2期145-147,共3页
针对压电陶瓷器件在精密定位控制中存在的迟滞、蠕变和位移非线性等不足,将模糊控制和PID控制相结合,根据各自的特点设计了模糊推理自校正PID控制器. 该控制器通过模糊推理来实现控制器参数的实时优化,且算法实现简单. 在此基础上建立... 针对压电陶瓷器件在精密定位控制中存在的迟滞、蠕变和位移非线性等不足,将模糊控制和PID控制相结合,根据各自的特点设计了模糊推理自校正PID控制器. 该控制器通过模糊推理来实现控制器参数的实时优化,且算法实现简单. 在此基础上建立实验系统,实验证明了该控制器适于压电陶瓷微位移系统. 展开更多
关键词 压电陶瓷 徽位移 模糊PID 精密光栅尺
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微驱动定位系统及其在误差补偿机器人中的应用 被引量:6
4
作者 晏祖根 孙立宁 节德刚 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第6期703-708,共6页
介绍了基于偏摆误差补偿的高速高精度机器人系统组成及偏摆误差补偿原理,利用有限元分析软件ANSYS,设计了双层平行板弹性铰链结构、压电陶瓷(PZT)直接驱动的微位移工作台。采用模糊PI控制算法对微动工作台进行闭环控制,既利用模糊控制... 介绍了基于偏摆误差补偿的高速高精度机器人系统组成及偏摆误差补偿原理,利用有限元分析软件ANSYS,设计了双层平行板弹性铰链结构、压电陶瓷(PZT)直接驱动的微位移工作台。采用模糊PI控制算法对微动工作台进行闭环控制,既利用模糊控制灵活、适应性强的优点,又利用PI控制精度高的优点。实验结果验证了模糊PI控制算法的有效性,采用微动工作台补偿偏摆误差,机器人的运动性能得到较大提高。 展开更多
关键词 微驱动 压电陶瓷 误差补偿 有限元分析 机器人
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深空探测全域轨迹优化设计平台研究与实现 被引量:2
5
作者 刘继忠 尚海滨 +9 位作者 刘勇 任俊杰 葛平 王琼 王铭实 周国栋 简抗抗 节德刚 康焱 陈鹏 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第7期998-1007,共10页
提出了基于任务定义的深空探测全域轨迹优化设计概念与实现方法。首先,对复杂任务定义、自适应模型库与多环节迭代优化等关键技术进行了详细的阐述。然后,重点讨论了深空探测全域轨迹优化设计软件平台的设计技术与系统实现。最后,基于... 提出了基于任务定义的深空探测全域轨迹优化设计概念与实现方法。首先,对复杂任务定义、自适应模型库与多环节迭代优化等关键技术进行了详细的阐述。然后,重点讨论了深空探测全域轨迹优化设计软件平台的设计技术与系统实现。最后,基于该平台丰富的模型库,对嫦娥五号等深空探测任务的全过程飞行轨迹进行了优化设计与对比。研究结果表明,开发的深空探测全域轨迹优化设计软件平台具有复杂任务适应能力强、可拓展性好的特点,可为类似软件系统的研发提供借鉴。 展开更多
关键词 深空探测 飞行轨迹 轨迹优化 任务定义
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模拟月壤钻进负载分析与试验研究 被引量:16
6
作者 史晓萌 节德刚 +3 位作者 全齐全 姜生元 邓宗全 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第6期648-656,共9页
月壤与采样机具间的相互作用在月球自主采样器的设计、性能评价、控制和仿真等方面具有重要作用,目前对于月壤与采样机具间相互作用中的钻进负载研究尚不充分。本文基于被动土压力理论,根据不同的土体切削状态,将切削刃前土体分为堆积... 月壤与采样机具间的相互作用在月球自主采样器的设计、性能评价、控制和仿真等方面具有重要作用,目前对于月壤与采样机具间相互作用中的钻进负载研究尚不充分。本文基于被动土压力理论,根据不同的土体切削状态,将切削刃前土体分为堆积区和破坏区,重点分析堆积区土体和破坏区土体对总钻头负载的贡献,建立了月壤取心钻头钻进松散土体的钻进负载模型。HIT-2型取心钻头和HIT-LS1#模拟月壤的钻进试验结果表明,钻进负载理论模型与实际情况具有较高的吻合度。 展开更多
关键词 负载分析 模拟月壤 钻进参数
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微小型结构件显微图像边缘的自动识别 被引量:12
7
作者 姜黎 吴伟仁 +2 位作者 张之敬 金鑫 节德刚 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第1期224-232,共9页
由于作者在前一段工作中提出的基于工艺匹配的显微图像边缘提取算法(MPTM-MIED)无法适应微小构件的实时自动检测,本文利用BP神经网络技术重新设计实现了MPTM-MIED,并提出了一种新的自动提取显微图像边缘的方法(AMIED)。为了验证该方法... 由于作者在前一段工作中提出的基于工艺匹配的显微图像边缘提取算法(MPTM-MIED)无法适应微小构件的实时自动检测,本文利用BP神经网络技术重新设计实现了MPTM-MIED,并提出了一种新的自动提取显微图像边缘的方法(AMIED)。为了验证该方法的有效性,利用AMIED对4种工艺实现的微小型结构件显微图像的边缘进行了提取,并对线切割工艺零件的尺寸进行了测量。边缘提取的分析结果表明:AMIED提取出的显微图像边缘与MPTM-MIED提取出的基本一致;与常用的边缘检测算法相比,AMIED提取出的显微图像的边缘线形连接程度较好。测量尺寸的分析结果表明:MPTM-MIED和AMIED测量的尺寸基本相同,比Canny法测量得到的结果更接近万能工具显微镜测得的尺寸。由于在测量过程中不再需要手工选取边缘过渡区域,提出的方法极大地提高了检测速度,可用于实时自动测量微小型零件的尺寸。 展开更多
关键词 微小型结构件 显微图像 自动边缘识别 BP神经网络
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以计算几何为基础的圆度误差评定算法 被引量:7
8
作者 吴伟仁 姜黎 +1 位作者 张之敬 节德刚 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第6期816-822,共7页
为提高微小型结构件圆度误差评定的准确性和快速性,本文研究提出一种基于计算几何的圆度误差评定算法。该算法利用计算几何中的凸包理论,将圆轮廓采样点集依据凸点判定准则进行分类,形成外接圆和内接圆两个点集,用较少的数据点进行后期... 为提高微小型结构件圆度误差评定的准确性和快速性,本文研究提出一种基于计算几何的圆度误差评定算法。该算法利用计算几何中的凸包理论,将圆轮廓采样点集依据凸点判定准则进行分类,形成外接圆和内接圆两个点集,用较少的数据点进行后期拟合计算;在此基础上,建立了三种改进的圆度误差评定方法的优化算法,包括最小外接圆法(MCC)、最大内接圆法(MIC)和最小包容区域法(MZC);将改进的算法应用于圆度误差测量中,实验结果表明:采用同一组测量数据时,本文提出的算法与传统算法相比较,大大降低了后期数据拟合的时间,极大提高了圆度误差评定方法的效率。 展开更多
关键词 显微检测 圆度误差 评定方法 凸包理论 数据拟合
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面向日地拉格朗日L2点探测的深空遥测数传系统设计与试验 被引量:7
9
作者 吴伟仁 罗辉 +2 位作者 谌明 节德刚 唐玉华 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2012年第12期2559-2563,共5页
嫦娥二号卫星首次实现从月球轨道飞向日地拉格朗日L2点开展深空探测试验。受当前星地测控设备天线口径限制,遥测数传系统面临作用距离远、接收信号弱的技术难题,为此开展了地面弱信号捕获、低损失数据解调和高效信道译码等新技术探索与... 嫦娥二号卫星首次实现从月球轨道飞向日地拉格朗日L2点开展深空探测试验。受当前星地测控设备天线口径限制,遥测数传系统面临作用距离远、接收信号弱的技术难题,为此开展了地面弱信号捕获、低损失数据解调和高效信道译码等新技术探索与试验验证。试验结果表明,地面遥测数传系统成功实现了1500000~1700000km的数据接收解调,并具有实现更远距离深空通信的拓展能力。 展开更多
关键词 遥测 数传 嫦娥二号 日地拉格朗日L2点
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蠕动掘进潜入式行星探测装置方案设计研究 被引量:1
10
作者 节德刚 张伟伟 +5 位作者 姜生元 陈化智 沈毅 全齐全 侯绪研 邓宗全 《深空探测学报》 2015年第1期88-93,共6页
针对在地外星体较大深度处长期地实施地质科学探测这一新的研究难题,运用无人自动潜入式探测原理,提出了蠕动掘进潜入式行星探测装置的设计方案,并重点对探测装置的机构设计开展了研究;成功研制出蠕动掘进潜入式探测装置试验样机及其性... 针对在地外星体较大深度处长期地实施地质科学探测这一新的研究难题,运用无人自动潜入式探测原理,提出了蠕动掘进潜入式行星探测装置的设计方案,并重点对探测装置的机构设计开展了研究;成功研制出蠕动掘进潜入式探测装置试验样机及其性能测试平台,为蠕动掘进潜入式行星探测装置方案的可行性验证以及性能测试奠定技术基础。研制的蠕动掘进潜入式行星探测装置对我国未来的行星探测任务具有借鉴意义。 展开更多
关键词 行星探测 潜入式探测 蠕动掘进 机构设计
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深空测控通信中GMSK体制非相干解调算法研究 被引量:11
11
作者 吴伟仁 节德刚 +1 位作者 丁兴文 李海涛 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第12期1437-1443,共7页
针对深空测控通信中GMSK体制非相干解调损失较大的难点,提出了一种改进的GMSK信号非相干维特比解调算法。通过分析相位状态网格图中相位转移规律,建立理论仿真模型。通过原理样机的研制和测试,实测数据表明:该算法具有解调损失低、实现... 针对深空测控通信中GMSK体制非相干解调损失较大的难点,提出了一种改进的GMSK信号非相干维特比解调算法。通过分析相位状态网格图中相位转移规律,建立理论仿真模型。通过原理样机的研制和测试,实测数据表明:该算法具有解调损失低、实现复杂度适中的优点;相比于理论的最佳相干解调算法,在误码率1×10-4量级下,实测仅损失0.6 d B。目前该算法已应用于国内某深空测控通信系统GMSK体制基带设备中,并成功解调出欧空局Herschel–Planck卫星数据。 展开更多
关键词 非相干解调 相位状态网格图 维特比算法
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“嫦娥3号”月面探测器同波束干涉测量系统的设计与实现 被引量:8
12
作者 吴伟仁 刘庆会 +3 位作者 黄勇 洪晓瑜 节德刚 李海涛 《深空探测学报》 2015年第1期34-42,共9页
为了提高"嫦娥3号"探测器(着陆器和巡视器)的相对定位精度,针对两器信标实际设置情况,设计了同波束干涉测量(same-beam interferometry,SBI)观测方案。利用着陆器和巡视器星地对接数据分析检验了由差分群时延解算含微小系统... 为了提高"嫦娥3号"探测器(着陆器和巡视器)的相对定位精度,针对两器信标实际设置情况,设计了同波束干涉测量(same-beam interferometry,SBI)观测方案。利用着陆器和巡视器星地对接数据分析检验了由差分群时延解算含微小系统差的差分相时延的方法,给出了甚长基线干涉测量(very long baseline interferometry,VLBI)和同波束干涉测量模型及月面定位方法,并仿真分析了巡视器的相对定位精度。最终,把研究的方法实际应用于"嫦娥3号"巡视器的精密相对定位。结果表明,利用1h左右的连续观测弧段的着陆器数传信号以及巡视器数传信号(或遥测信号),采用事后处理方式,得到了随机误差约1ps的差分相时延数据。利用此数据,把"嫦娥3号"探测器的相对定位精度提高至1m左右。 展开更多
关键词 同波束干涉测量 差分相时延 嫦娥3号 相对定位
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MBSE发展趋势与中国探月工程并行协同论证 被引量:12
13
作者 关锋 葛平 +3 位作者 周国栋 康焱 任俊杰 节德刚 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第2期183-190,共8页
中国月球探测面临新发展态势,给月球探测任务的规划论证、总体设计、系统研制和在轨探测等提出了更高要求,当前基于模型的系统工程、并行工程等新方法及新手段受到广泛关注。本文从MBSE(基于模型的系统工程)流程、方法、工具及应用层面... 中国月球探测面临新发展态势,给月球探测任务的规划论证、总体设计、系统研制和在轨探测等提出了更高要求,当前基于模型的系统工程、并行工程等新方法及新手段受到广泛关注。本文从MBSE(基于模型的系统工程)流程、方法、工具及应用层面对MBSE的现状进行研究,分析其发展趋势。结合中国探月工程任务需求和面临的挑战,设计中国探月工程基于模型的并行协同论证框架,论述了基于依赖图的跨专业、层级、地域的模型一致性维护和基于OSLC(面向生命周期协作的开放服务)的一体化协同论证环境构建等技术方案。通过国际月球科研站的论证设计开展初步应用验证,实现多岗位角色的协同论证,为探月工程全面推进基于模型的系统工程实施提供参考。 展开更多
关键词 探月工程 数字化 基于模型的系统工程 并行工程
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喷泉码的遥测抗闪断技术应用研究 被引量:3
14
作者 吴伟仁 林一 +1 位作者 节德刚 谌明 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第1期86-91,共6页
喷泉码具有恢复闪断数据的能力,可以有效改善火箭导弹遥测系统可能出现的接收信号起伏大、甚至闪断的问题。本文提出了一种喷泉码级联技术的物理层应用方案,重点研究了喷泉码与TPC级联过程中的关键技术问题,分析了系统的误码和丢帧性能... 喷泉码具有恢复闪断数据的能力,可以有效改善火箭导弹遥测系统可能出现的接收信号起伏大、甚至闪断的问题。本文提出了一种喷泉码级联技术的物理层应用方案,重点研究了喷泉码与TPC级联过程中的关键技术问题,分析了系统的误码和丢帧性能,并进行了原理样机的试验验证。实测数据表明,在信道闪断概率低于10%的条件下,采用LT+TPC级联编码的PCM-FM遥测系统,其数据恢复能力可提高至99.5%以上。 展开更多
关键词 喷泉码 LT+TPC级联 遥测
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Roundness error evaluation by minimum zone circle via microscope inspection
15
作者 姜黎 张之敬 +2 位作者 吴伟仁 金鑫 节德刚 《Journal of Beijing Institute of Technology》 EI CAS 2013年第2期185-190,共6页
Utilizing the convex hull theory, a novel minimum zone circle (MZC) method, named im- proved minimum zone circle (IMZC) was developed in this paper. There were three steps for IMZC to evaluate the roundness error.... Utilizing the convex hull theory, a novel minimum zone circle (MZC) method, named im- proved minimum zone circle (IMZC) was developed in this paper. There were three steps for IMZC to evaluate the roundness error. Firstly, with the convex hull algorithm, data points on the circle contour were categorized into two sets to determine two concentric circles which contained all points of the contour. Secondly, vertexes of the minimum circumscribed circle and the maximum inscribed circle were found out from the previously determined two sets, and then four tangent points for de- termining the two concentric circles were also found out. Lastly, according to the evaluation using the MZC method, the roundness error was figured out. In this paper l IMZC was used to evaluate roundness errors of some micro parts. The evaluation results showed that the measurement precision using the IMZC method was higher than the least squared circle (LSC) method for the same set of data points, and IMZC had the same accuracy as the traditional MZC but dramatically shortened com- putation time. The computation time of IMZC was 6. 89% of the traditional MZC. 展开更多
关键词 microscope inspection roundness error minimum zone circle (MZC) convex hull
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嫦娥二号工程X频段测控技术 被引量:11
16
作者 吴伟仁 李海涛 +4 位作者 董光亮 节德刚 黄磊 李赞 樊敏 《中国科学:技术科学》 CSCD 北大核心 2013年第1期20-27,共8页
深空探测任务以在远距离、弱信号条件下,实现尽可能高的通信速率和测量精度为基本目标,采用更高的射频频段是实现上述目标的主要途径之一.因此,在嫦娥二号工程中对相对于常规S频段更高的X频段测控技术进行了研究和试验验证.本文对X频段... 深空探测任务以在远距离、弱信号条件下,实现尽可能高的通信速率和测量精度为基本目标,采用更高的射频频段是实现上述目标的主要途径之一.因此,在嫦娥二号工程中对相对于常规S频段更高的X频段测控技术进行了研究和试验验证.本文对X频段测控的优势进行了全面论述,简要介绍了嫦娥二号工程X频段测控总体设计和试验方案.根据开展的相关试验结果表明:在相同信噪比条件下,与S频段相比,X频段测速精度提高一个数量级、测距与干涉测量时延精度提高一倍;X频段月球辐射噪声引起的接收信噪比恶化值在1.6~2.7dB范围内. 展开更多
关键词 嫦娥二号 X频段测控 测量精度 月球噪声
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基于△DOR信号的高精度VLBI技术 被引量:32
17
作者 吴伟仁 王广利 +2 位作者 节德刚 张秀忠 蒋栋荣 《中国科学:信息科学》 CSCD 2013年第2期185-196,共12页
在嫦娥二号(CE-2)工程中,我国首次开展了X波段?DOR测量实验,获取了?DOR信号的VLBI时延数据,并用于精密定轨.本文给出了CE-2中?DOR信号的VLBI测量与数据处理方法,结合我国VLBI测量系统对时延数据进行了误差分析及精密定轨分析.结果表明:?... 在嫦娥二号(CE-2)工程中,我国首次开展了X波段?DOR测量实验,获取了?DOR信号的VLBI时延数据,并用于精密定轨.本文给出了CE-2中?DOR信号的VLBI测量与数据处理方法,结合我国VLBI测量系统对时延数据进行了误差分析及精密定轨分析.结果表明:?DOR信号的VLBI时延精度优于0.5 ns,比利用S波段信标的测量精度提高约一个数量级.本研究成果为后续的月球及深空探测高精度测定轨提供了重要的技术手段. 展开更多
关键词 嫦娥二号 VLBI技术 △DOR测量 误差分析 航天器导航设备 信号处理
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嫦娥二号工程X频段测控通信系统设计与试验 被引量:22
18
作者 吴伟仁 黄磊 +2 位作者 节德刚 朱舸 李海涛 《中国科学:信息科学》 CSCD 2011年第10期1171-1183,共13页
针对月球以远深空探测任务中,远距离、长时延、弱信号的测控通信难点,有效手段之一就是提高射频频率.为此,在嫦娥二号工程中首次开展了X频段测控通信技术试验.本文重点研究了X频段测控通信系统天地一体化的设计与实现,阐述了技术试验系... 针对月球以远深空探测任务中,远距离、长时延、弱信号的测控通信难点,有效手段之一就是提高射频频率.为此,在嫦娥二号工程中首次开展了X频段测控通信技术试验.本文重点研究了X频段测控通信系统天地一体化的设计与实现,阐述了技术试验系统的组成、关键技术攻关情况、系统试验与测试方法.试验结果表明,与S频段测控通信系统相比,X频段在链路性能、测定轨精度方面有显著提高,将正式作为后续月球及深空探测的主要频段. 展开更多
关键词 嫦娥二号 X频段 测控通信 差分单向测距
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嫦娥二号工程月球辐射噪声影响研究 被引量:2
19
作者 吴伟仁 董光亮 +2 位作者 李海涛 李赞 节德刚 《中国科学:信息科学》 CSCD 2011年第8期903-911,共9页
月球辐射噪声是月球探测中影响测控通信性能的重要因素,将直接影响地面测控系统的数据接收和测距测速性能.本文在借鉴国外相关领域研究的基础上,首次探讨了月球噪声对测控通信的影响机理和测试方法,建立了理论模型并进行了仿真分析.在... 月球辐射噪声是月球探测中影响测控通信性能的重要因素,将直接影响地面测控系统的数据接收和测距测速性能.本文在借鉴国外相关领域研究的基础上,首次探讨了月球噪声对测控通信的影响机理和测试方法,建立了理论模型并进行了仿真分析.在嫦娥二号工程中,利用国内目前最大口径的18m测控系统对月球辐射噪声进行了长时间的测量,通过对试验数据和理论计算结果的对比分析,得到了月球辐射噪声在S频段和X频段对18m测控系统的影响规律,为我国后续月球与深空探测的测控与通信链路性能的设计提供了更精确的参考依据. 展开更多
关键词 嫦娥二号工程 月球辐射噪声 测量 测控
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