HOI延迟对LEO卫星简化动力学POD的影响

通常使用无电离层(IF)线性组合(LC)消除低地球轨道(LEO)卫星简化动力学精密定轨(POD)一阶电离层延迟误差,忽略了高阶电离层(HOI)延迟误差。随着LEO卫星POD技术的发展,计算不同轨道高度的HOI延迟并探索其变化已成为进一步提高POD精度的重要手段。首先,使用国际参考电离层-2016(IRI-2016)和国际地磁参考场第13代(IGRF-13)模型,计算电离层穿刺点(IPP)位置和地磁场强度。其次,使用平滑星载GNSS数据计算电离层斜路径总电子含量(STEC)。然后,分别计算GOCE、GRACE-A和SWARM-A/B卫星的二阶和三阶电离层延迟。最后,评估了HOI延迟对LEO卫星重叠轨道分析、卫星激光测距(SLR)检核和精密科学轨道(PSO)比较结果的影响。实验结果表明:HOI延迟对LEO卫星简化动力学POD的影响大约在毫米至厘米的数量级上;HOI延迟对LEO卫星简化动力学POD外符合精度的影响分别达到0.92,0.22,0.21和0.18 mm;随着LEO卫星轨道高度的增加,HOI延迟对LEO卫星简化动力学POD的影响减小。

基于星载GPS数据的HY-2B卫星简化动力学精密定轨

为研究满足HY-2B星载GPS定轨要求的EGM2008重力场模型合理阶次和HY-2B卫星简化动力学定轨精度,采用HY-2B卫星14天星载GPS观测数据及不同阶次EGM2008重力场,进行简化动力学轨道确定。结果表明:采用120阶及以上阶次的EGM2008重力场模型,能够获得厘米级高精度定轨结果。同时,检核结果显示:采用简化动力学法定轨时,载波相位残差结果稳定在6.2~6.8mm之间,重叠轨道对比结果在轨道径向、切向、法向上均优于0.6cm,SLR检核整体轨道精度优于4cm。定轨结果满足测高卫星需求,可为后续我国海洋系列卫星精密轨道确定等相关科学研究提供借鉴。

基于伪随机脉冲估计的简化动力学卫星定轨方法

采用简化动力学模型和星载GPS非差观测值,通过在确定性卫星运动方程中引入伪随机脉冲参数,将确定性参数和伪随机脉冲参数一起估计,对CHAMP卫星进行精密定轨。定轨软件采用自行研制的CASMORD精密定轨软件,定轨结果与GFZ事后定轨结果以及SLR结果进行了比较与分析。结果表明,采用简化动力学方法对CHAMP卫星定轨,在X、Y、Z三个方向的均方根误差(RMS)基本一致,轨道位置精度优于10cm,与SLR比较,测距精度优于5cm,定轨结果可靠,验证了算法的可行性和软件的定轨精度。

基于大陆地震活动特点建立的简化动力学模型——细胞自动机模型

基于大陆地震活动的特点和已建立的由弹簧－ 滑块－ 阻尼器组成的平面网络非线性动力学模型研究结果，根据细胞自动机的原理，提出了对这类模型的一种简化模型——细胞自动机模型。其演化规则是根据大陆地震活动特点和从上述非线性模型中总结出来的，介质参数采用分维分布设定。将新建的模型应用于 ３０×４０ 单元组成的较大系统中，探讨了该模型显示的一些地震活动特点。

SWARM卫星简化动力学厘米级精密定轨

联合星载GPS双频观测值与简化的动力学模型,在卫星运动方程中引入适当的伪随机脉冲参数,对SWARM卫星进行精密定轨。采用星载GPS相位观测值残差、重叠轨道以及与外部轨道对比等3种方法对SWARM卫星简化动力学定轨结果进行检核。结果表明：SWARM星载GPS相位观测值残差RMS为7～10mm;径向、切向以及法向6h重叠轨道差值RMS均在1cm左右,3个方向均无明显的系统误差。通过与欧空局（ESA）发布的精密轨道进行对比分析,径向轨道差值RMS为2～5cm,切向轨道差值RMS为2～5cm,法向轨道差值RMS为2～4cm,3D轨道差值RMS为4～7cm;SWARM-B定轨精度优于SWARM-A与SWARM-C。因此,采用简化动力学法与本文提供的定轨策略进行SWARM卫星精密定轨是切实可行的,定轨结果良好且稳定,定轨精度达到厘米级。

伪随机脉冲估计及其在简化动力学定轨中的应用

研究了简化动力学定轨方法中伪随机脉冲的定义、特征及估计的数学模型。结合CHAMP星载GPS实测数据,讨论了不同力学模型及观测值情况下的随机脉冲的估计,并分析了随机脉冲在不同情形下的大小变化及其对定轨精度的调节作用。结果表明,随机脉冲的大小和使用的力学模型、是否估计经验参数及使用的观测值精度有关系。在力学模型误差较大的情况下,随机脉冲的设置能有效地补偿和吸收模型误差,从而提高定轨精度。

含裂纹梁非线性静动力特性及简化动力学建模

主要研究裂纹对梁结构动力特性的影响规律,进而为含裂纹梁结构状态监测提供理论依据。首先,对裂纹影响区域进行分析,建立含裂纹梁二维接触非线性有限元模型,阐明含裂纹梁具有拉压不同刚度的静力特性;其次,通过对机理模型的分析,指出拉压不同刚度会引起轴向与弯曲的耦合振动;然后,通过非线性动力学分析方法研究其动力特性,观察到含裂纹梁在冲击荷载下会产生轴向与弯曲的耦合振动现象,并指出这种轴向与弯曲耦合振动的一个重要特征是轴向振动频谱图中含有弯曲振动基频的两倍频成分;最后,通过引入非线性弹簧建立一种新颖的含裂纹梁简化动力学模型,通过与精细有限元分析对比,验证了模型的合理性。该简化动力学模型将接触非线性问题转换为材料非线性问题,避免了费时的接触非线性动力学求解过程。

重力场恢复中的基于星载GPS的低轨卫星简化动力学定轨方法研究

低轨重力卫星轨道的精确确定是获得精密地球重力场模型的前提,而精密重力场模型又是获得高精度定轨结果的保证.本文简述了利用卫星重力方法恢复地球重力场及简化动力学方法确定低轨卫星轨道的数学模型,并简单分析和比较现有的几种重力场模型.用CHAMP实测数据,结合现有的重力场模型,系统分析、研究了不同阶次、不同重力场模型对低轨卫星定轨精度的影响;研究了不同间隔的随机速度脉冲在简化动力学方法中对模型误差的吸收、调节作用.计算结果表明,在定轨中,选择合理阶数的、较精确的重力场模型及合理间隔的随机脉冲参数,不但可以提高计算效率,更能提高定轨精度.

基于H_(2)S生成简化动力学模型的富燃料煤粉燃烧数值模拟研究(英文)

富燃料燃烧过程中,燃煤锅炉的水冷壁附近容易形成高浓度的H_(2)S,引发高温腐蚀。为准确计算炉膛中H_(2)S的浓度分布,并且尽量少占用计算资源,有必要发展H_(2)S生成的简化动力学模型。因此,提出H_(2)S生成的简化动力学模型,包括10种含硫组分和30个基元反应,并将该模型与计算流体动力学模型耦合,利用Ansys Fluent软件开展了富燃料煤粉燃烧的数值模拟研究。结果显示,SO_(2)、H_(2)S和COS浓度较高,在CO和H_(2)的作用下,SO_(2)可被还原为H_(2)S和COS;CS_(2)浓度虽然较低,但是对于H_(2)S的生成有重要影响。对比发现,由该模型计算得到的煤粉燃烧炉中主要组分(CO、H_(2)、CO_(2)和O_(2)等)的浓度与实验结果吻合较好,最大误差不超过10%;含硫组分(SO_(2)、H_(2)S、COS和CS_(2))浓度的计算值与实验值的最大误差小于13%。所以,该简化模型可用于富燃料燃烧过程中H_(2)S浓度的计算。

正庚烷均质压燃燃烧简化动力学模型

在详细化学反应动力学研究的基础上,通过对正庚烷均质压燃燃烧各阶段反应途径分析和敏感性分析, 构建了一个新的包括35种物质和41个基元反应的正庚烷均质压燃简化动力学模型．在发动机模拟方面,对此模型进行有效性分析,结果表明,在一定的边界条件范围内,简化动力学模型在着火时刻、缸内温度和压力方面都与详细动力学模型吻合较好,简化动力学模型适用于模拟HCCI部分燃烧边界条件．

煤油简化动力学和ISAT在超燃计算中的应用

利用基于"准稳态"方法建立的模型简化软件包SPARCK,从建立的详细模型出发得到了一个包含22组分18步总包反应的煤油简化动力学模型.简化模型计算得到的点火延迟时间与文献计算结果和实验结果相一致,验证了模型的有效性.采用简化模型和当地自适应建表(ISAT)方法,对超燃冲压发动机进行了二维并行数值模拟,计算得到的壁面压力分布与试验结果吻合较好,表明简化模型能够很好地用来模拟煤油燃料超燃发动机内部的复杂燃烧过程.在并行计算环境下,和直接积分方法相比,该方法将化学反应项的计算速度提高了3.73倍,大大提高了计算效率.

基于双频GPS观测的简化动力学最小二乘批处理精密定轨

星载双频GPS载波相位和伪距观测量已成为低轨卫星获取精确三维位置和速度信息的主要方式.本文以非差消电离载波相位和伪距组合作为观测量,应用简化动力学最小二乘批处理方法进行地球低轨卫星的精密定轨,并给出完整定轨流程.采用逐段常量的经验加速度对动力学模型误差进行补偿,描述了经验加速度敏感矩阵及稀疏带状矩阵求逆的有效计算方法.利用GRACE-A卫星GPS观测数据对定轨位置精度进行分析,结果显示,三维位置定轨精度优于5 cm,经验加速度在径向、切向和法向上的补偿水平不超过40 nm·s^(-2),大气阻力系数和辐射光压系数的估计值符合物理实际,星载接收机钟差大致呈线性并具有短周期小波动.

动力学模型对简化动力学定轨精度影响仿真

仔细分析各种力学模型对简化动力学定轨精度影响,对有效提高定轨精度和效率有着重要作用。首先回顾了简化动力学定轨的数学模型,然后结合两个CHAMP卫星星载GPS观测值的仿真算例,分析了各种力学模型对简化动力学定轨精度的影响。结果表明,在简化动力学定轨中,随机脉冲可有效吸收模型误差的影响,即使不考虑难以精确模型化的辐射压、Albedo和大气阻力等的影响,也不会降低定轨精度;使用展开到100阶后的、包含CHAMP跟踪数据的重力场的定轨结果较好。这些结论对简化动力学定轨中力学模型的选取有一定的参考价值。

GRACE星载GPS非差观测值简化动力学定轨

利用GRACE卫星的实测数据研究了重力卫星精密定轨问题;针对简化动力学精密定轨方法给出了一种有效的星载数据编辑、处理策略。编制了相应的软件,并利用该软件处理了GRACE-B卫星3 d的实测数据;通过与JPL公布的轨道导航解比较,以及激光观测值检验的方式分析了卫星轨道的精度。结果显示,利用简化动力学定轨方法解算的轨道精度在6 cm以内,能够满足重力场反演对轨道精度的要求。

分层充量压燃简化动力学模型及燃烧机理

在前期工作的基础上,加入了与浓混合气相关的反应,构建了适合分层压燃的简化动力学模型,包括39种物质和49个基元反应.新构建的分层压燃简化动力学模型,零维模拟的结果与详细机理吻合很好;与三维CFD耦合模拟的结果与预混/直喷条件下的实验结果吻合也很好.对于预混/直喷分层燃烧来说,低温反应最先发生在压缩余隙和凹坑内活塞表面附近的燃料均质分布的区域,而高温反应最先发生在喷雾导致的浓混合气区域.到低温反应结束为止,缸内生成的H2O2和CH2O浓度分布不均匀,混合气较浓的区域生成的H2O2和CH2O浓度较大.高温反应开始后,浓混合气区域温度比燃料均质分布的区域高,因此在较浓的混合气区域,H2O2、CH2O、HCO和CO等重要中间产物消耗的速度都比燃料均质分布的区域快.

重力场模型对Swarm卫星简化动力学定轨的影响

利用简化动力学定轨的方法,联合Swarm星载GPS观测数据和简化的动力学模型,在确定性运动方程中引入优选的伪随机脉冲参数,实现了Swarm卫星的精密定轨;并详细分析了JGM3、EGM96、EGM2008以及EIGEN-6C4地球重力场模型对Swarm卫星简化动力学定轨精度的影响。实验结果表明,高于40阶次的JGM3、EGM96、EGM2008以及EIGEN-6C4重力场模型均可使Swarm卫星单天解定轨精度优于8 cm,EGM2008与EIGEN-6C4解算的定轨精度优于JGM3和EGM96。

基于运动学和简化动力学的SWARM卫星精密定轨研究

基于运动学和简化动力学方法,使用星载GPS观测数据,对SWARM卫星进行精密定轨,将轨道结果与ESA发布的事后科学轨道进行作差分析。结果表明:运动学轨道径向、切向和法向7 d平均RMS均小于3 cm,定轨精度达到cm级;简化动力学轨道径向平均RMS在0.65 cm左右,切向和法向在1.3 cm左右,高于预期要求。此外,使用IGS快速星历对SWARM卫星进行定轨,其精度与精密定轨精度近似相等,而在SWARM卫星近实时定轨研究中,使用IGS超快速星历确定的运动学轨道3D-RMS为9.68 cm,简化动力学轨道3D-RMS为3.61 cm,低于IGS快速星历的定轨精度。

HY-2B星载GPS数据质量及简化动力学精密定轨分析

对HY-2B卫星星载GPS数据进行质量检查,分析伪随机脉冲先验值对简化动力学精密定轨的影响。结果发现,在所有时间间隔中,先验标准差为1×10^(-8) m/s^(2)时定轨精度最高,最优伪随机脉冲时间间隔为6 min。估计天线相位中心变化(PCV),分析不同分辨率(10°×10°、5°×5°)PCV模型对定轨结果的影响,并使用载波相位残差、重叠轨道比较和SLR检核对定轨结果进行检验。结果表明,99%以上的历元能观测到4颗以上GPS卫星,数据完整率达到99.65%,L1、L2波段的多路径误差RMS均值分别为15.7 cm、9.5 cm,证明HY2国产接收机性能良好。轨道内符合精度均达到cm级;未加PCV模型时,SLR检核RMS值为27.8 mm,加入10°×10°、5°×5°PCV模型后,SLR检核RMS值分别提高0.9 mm和1.2 mm,说明轨道外符合精度也达到cm级。

基于星载GPS数据的Jason-3卫星简化动力学和运动学法精密定轨

利用Jason-3星载GPS观测数据,采用简化动力学方法和运动学方法对Jason-3卫星进行精密定轨研究.通过载波相位残差、重叠轨道对比、参考轨道对比和卫星激光测距(SLR)轨道检核四种方式评定轨道精度.计算相位残差均方根(RMS)值,简化动力学轨道的RMS值在0.7~0.8 cm,运动学轨道的RMS值在0.50~0.55 cm;简化动力学轨道重叠部分径向RMS值达到0.32 cm,运动学轨道重叠部分径向RMS值达到1.12 cm;与国际DORIS服务(IDS)官方提供的参考轨道对比,简化动力学轨道径向精度达到1.47 cm,运动学轨道径向精度达到4.36 cm;利用SLR观测数据进行核验,简化动力学轨道精度整体优于2.1 cm,运动学轨道精度整体优于3.3 cm.通过实验证明:Jason-3卫星的简化动力学轨道和运动学轨道的精度均达到cm级.

PODE_(3)/异辛烷二元燃料实验与简化动力学模型研究

聚甲氧基二甲醚(PODE)具有高十六烷值、高含氧量和互溶性好等燃料特性,目前PODE通常与传统燃料混合使用,具有显著改善内燃机热效率和有害物排放的潜力.本文首先基于射流搅拌反应器开展典型汽油替代物异辛烷与高活性代用燃料PODE_(3)混合燃料的低温氧化实验,然后通过简化PODE_(3)详细机理并耦合异辛烷/正庚烷机理构建了包含108个组分和434个反应的PRF-PODE_(3)简化机理.利用该机理模型对PODE_(3)/异辛烷燃料进行了滞燃期、层流预混火焰和射流搅拌反应器的实验验证并获得了良好的预测结果.PODE_(3)/异辛烷低温氧化实验及模拟结果表明,掺混PODE_(3)后,会在低温反应阶段产生大量的OH、HO_(2)、CH_(3)等活性基,从而促进异辛烷的低温反应,且随着掺混比例的提高,异辛烷低温反应明显增强.异辛烷中添加PODE_(3)对于CH_(4)、C_(2)H_(6)等中间产物影响较小,但会显著降低C_(2)H_(4)和C_(3)H_(6)等中间产物的浓度,具备显著改善PAH和碳烟生成的潜力.