基于Raspberry PI为结点的天气云测量网络实现

本论文提出了一种天气信息云测量网络设想,基于此设想设计并实现了一种典型的天气云测量结点。根据网络中测量结点需要具有对多种数据综合采集、数据传输和远程控制能力的要求,提出了云端天气测量平台的总体方案,构建了基于3G网络的通信协议,完成了包含有多种天气测量传感器的结点硬件和软件设计并进行了测试试验。试验表明所设计系统满足云端天气测量平台的要求,具有集成便携、鲁棒性强、实时性好、传输能力好的特点。     

基于单片FPGA的谐振式光纤陀螺数字系统设计与实现

谐振式光纤陀螺( Resonator Fiber Optic Gyro,RFOG)是基于Sagnac效应产生的谐振频率差来测量旋转角速度的一种新型光学传感器,在小型化和集成化方面具有明显优势.相比于传统的模拟检测技术,数字检测技术具有稳定性好、抗干扰能力强、处理速度快和体积小、易于集成等优势.本文设计了基于现场可编程门...     

电容式力平衡加速度计的设计

电容式微机械加速度计是一种将加速度转换成差分电容、通过检测差分电容的变化来检测加速度大小的一类高精度的惯性传感器.利用开关电容电路实现C-V变换,利用反馈静电力实现力平衡闭环控制,设计了一种电容式微机械加速度计.通过构建电容式加速度传感器及外围电路的数学模型,推导了闭环工作的系统函数.并对实际系统进行研制,最后给出了整个系统的测试结果.     

双频率调制谐振式光纤陀螺谐振谷分裂现象研究

谐振式光纤陀螺(Resonator Fiber Optic Gyro,R-FOG)是利用光纤环形谐振腔的Sagnac效应实现对转动角速度检测的一种高精度惯性传感器件.双频率锯齿波组合调制技术可应用于谐振式光纤陀螺数字处理系统.实验发现,在基于双频率锯齿波组合调制技术的R-FOG系统中,对激光器输出光频率进行扫描时,在示波器上观察到光纤环形谐振腔的谐振曲线会分裂成两个谐振谷.利用频谱分析与光波场叠加原理相结合的方法对光纤环形谐振腔的输出光场进行了具体推导和仿真分析,并对谐振谷分裂现象的物理原因作了解释.仿真分析发现,光纤环形谐振腔的谱线宽度越窄或两个锯齿波组合调制频率相差越大,谐振谷分裂现象越明显.最后对这种谐振谷分裂现象进行了具体测试,实验测试结果和理论分析结果一致.     

微型测控应答机再生测距码跟踪精度研究

微小卫星的星载测控应答机由于功率和天线增益受限,测距误差较大.而再生伪码测距能显著减少下行链路的噪声,从而提高伪码跟踪精度.针对最新的再生测距码,利用线性分析的方法,对伪码跟踪环的理论均方定时误差进行了推导,并对这些测距码的跟踪性能进行了仿真和比较.与理论值不同的是,环路的实际跟踪性能由于VCO相位噪声的存在,不是环路带宽的单调函数.因此,需要根据信噪比条件设置相应的最佳带宽,以得到最佳的跟踪性能.与理论情况相比,各测距码实际环路跟踪性能的差异有所减小.     

皮卫星星间高精度载波测距系统研究

高精度微波测距系统依赖于周期大于载波在星间传输时间的长期时钟误差影响的消除,需要超稳晶振源和精确的定时系统作为保障.微小型皮卫星体积小、功耗低的特点无法满足这些要求.我们提出一种基于双向载波测距的系统,同样能够消除长期的时钟误差,但是不需要复杂的定时系统.理论分析和试验表明,利用皮卫星S波段的双向载波测距,其精度可以达到亚毫米级.     

采样时钟抖动对伪码测距精度的影响

在皮卫星的伪码再生测距中,大量采用数字信号处理技术.而皮卫星体积小、功耗低特点决定只能采用较低指标的晶振源和简化的处理电路,两者带来的A/D采样时钟抖动会影响伪码跟踪环的跟踪性能,进而降低测距精度.分析了A/D采样时钟抖动在伪码测距处理过程中的噪声模型,并对码跟踪环的跟踪性能的影响进行了分析,仿真结果显示A/D采样时钟抖动、采样位数和中频共同作用影响伪码测距精度.     

谐振式光纤陀螺数字锁相放大器设计

介绍了基于双频率锯齿波组合调制的谐振式光纤陀螺（R-FOG）的检测原理,分析了数字系统信号相关检测的理论.通过分析陀螺输出信号的特点,利用可编程逻辑器件（FPGA）产生的同步方波进行解调,优化设计了一种用于R-FOG检测系统的数字锁相放大器,并分析了其相关检测的信噪比改善.应用于陀螺系统,实现了谐振频率快速、稳定的跟踪锁定.实验结果表明,设计的检测电路满足闭环反馈的精度要求,锁定时间为1.1 ms.     

微机械陀螺的建模与仿真

为了降低微机械陀螺系统的噪声和提高系统分辨率,依据电磁驱动电容检测式微机械陀螺的运动方程和接口电路的传递函数在Simulink仿真平台上建立了系统级仿真模型.模型中加入了传感器的机械热噪声、电路的电热噪声以及传感器内部的耦合效应等.模型不仅能够实现陀螺系统的功能性仿真,还能对各部分噪声源对系统性能的影响进行量化,获得不同耦合情况下的系统主要噪声源.系统噪声仿真结果表明,当陀螺器件内部耦合效应较小时,电容电压（CV）变换电路单元为主要噪声源;当陀螺器件内部耦合效应较大时, 陀螺自激端输出信号的带通滤波放大电路单元为主要噪声源,并通过实验测试使仿真结果得到了验证.     

星载软件的语句级高效更新方法

为减少星载软件在轨更新过程对测控资源的需求量,缩短更新上注时间,提出了一种无需操作系统支持、上注数据量低、版本可灵活控制的语句级软件更新方法。该方法首先利用预编译命令进行程序空间优化,使得不同模块的代码在编译后存储于不同的段中,减少代码修改对加载文件的影响;其次通过逐段求解参考段与更新段之间匹配路径,并基于此进行各段的差异内容提取,大大降低差异补丁规模;然后通过版本引导程序设计,实现对卫星软件版本的灵活控制;最后通过对文件和程序进行可靠性设计,保证整个更新过程的安全性。结果表明:该方法在ZDPS-3A卫星平台进行了充分的测试,所提出的更新方法可应用于无操作系统的星载计算机,支持软件状态可回滚且更新过程可靠,同时相比传统的差异内容提取方法,补丁文件的规模降低量均值超过50.00%,可显著缩短更新上注时间。本方法能够充分满足星载软件低数据量更新的需求,可推广应用至包括微小卫星在内的多种航天器。