本文主要研究内容
作者王婧（2019）在《基于微小卫星的小型化微波辐射计关键技术研究》一文中研究指出：微波遥感技术在对地观测、大气探测、天气系统监测与气象灾害预警等方面发挥着越来越重要的作用。目前我国气象卫星主要包括极轨气象卫星和静止轨道气象卫星。极轨气象卫星受到运行模式的制约,其时间分辨率不高。而静止轨道气象卫星由于轨道高度高,微波辐射计的空间分辨率相对较低,如果要达到几十公里量级的空间分辨率,需要大口径天线,给机械制造和在轨扫描带来极大挑战。微小卫星星座是兼顾时间分辨率和空间分辨率的有效手段。论文基于微小卫星搭载微波辐射计并组成星座的方式对大气进行探测,可实现时间分辨率30分钟和空间分辨率15千米的期望。本论文主要对小型化微波辐射计系统方案设计、射频前端的太赫兹频率分离技术和基于自抗扰控制的天线扫描驱动伺服系统三个关键技术开展研究,进行理论分析、系统设计、仿真模拟和实验验证。主要研究内容如下:(1)提出针对微小卫星平台的小型化微波辐射计系统方案。开展了微波辐射计频率通道选择、指标论证和顶层方案设计研究,详细分析了射频前端的频率分离方案、对地成像观测几何和天线扫描模式。小型化微波辐射计包括四个探测频率:89GHz(窗区频率,单通道)、118GHz(氧气吸收频率,五通道)、166GHz(窗区频率,单通道)和183GHz(水汽吸收频率,三通道),一共十个探测通道。四个探测频率采用多频段共馈源、共用偏馈抛物面天线技术。单通道窗区探测频率接收机采用直接检波体制,水汽和氧气吸收峰探测频率接收机采用超外差混频体制。采用极化分离器和波导双工器实现射频的频率分离。该设计方案比国内现有的同类型微波辐射计在体积、重量、功耗上都更有优势,更适合搭载在微小卫星平台。(2)开展了太赫兹频段的频率分离技术研究,在国内首次实现了89/118GHz和166/183GHz双工器的设计、加工与测试。采用网络综合法和模式匹配法对双工器进行仿真设计,并利用HFSS软件对两个波导双工器模型进行仿真验证。从机械加工的角度,对166/183GHz双工器进行表面材质、电感膜片厚度、电感膜片陡直度以及尺寸灵敏度分析。从测试的角度,采用矢量网络分析仪和频率拓展模块对两个双工器进行验证。经测试,两个双工器的插入损耗都小于1.5dB,输入端口的回波损耗大于15dB,带外抑制也达到25dB以上。测试结果与仿真结果基本吻合,证明了双工器设计方法的可行性。(3)开展了微波辐射计天线扫描机构伺服系统多扫描模式控制算法研究,提出了将二阶速度自抗扰控制器引入扫描控制的实现方案,提高了伺服系统的鲁棒性。通过对永磁同步电机d-q轴数学模型以及矢量控制策略的分析,设计了电流环、速度环和位置环的PI(Proportional-Integral,PI)控制器,并对匀速扫描、变速扫描和定点观测三种工作模式进行了仿真验证。从仿真结果可知,对于定点观测模式,可以实现无超调、无静差控制。对于匀速和变速模式,系统的过渡时间较短、超调小,但是当系统突加扰动时,速度的干扰大并且需要较长的时间才能恢复到原始状态。针对PI控制抗干扰能力差的缺点,将二阶速度自抗扰控制器引入匀速和变速扫描控制中,并对二阶速度自抗扰控制器、二阶速度线性自抗扰控制器和PI控制的响应特性进行仿真对比。结果表明当系统存在扰动时,二阶速度自抗扰控制系统的超调量最小以及恢复时间最短,具有很好的鲁棒性和抗扰能力。(4)搭建了天线扫描驱动伺服系统的硬件平台,完成了永磁同步电机的控制算法、信号接口模块的软件设计。通过实验对比了匀速和变速模式下二阶速度自抗扰控制器和PI控制器的响应特性,在阶跃响应特性、变速响应特性、稳态性能以及抗扰能力等方面,二阶速度自抗扰控制器都具有良好的控制性能。匀速模式的控制精度为1.78%,变速模式对地观测阶段的控制精度为3.5%,并且两种扫描模式的扫描周期误差都小于等于1ms,定点观测模式的定位精度≤0.00206o,三种扫描模式都具有良好的动静态特性以及很高的控制精度。
Abstract
wei bo yao gan ji shu zai dui de guan ce 、da qi tan ce 、tian qi ji tong jian ce yu qi xiang zai hai yu jing deng fang mian fa hui zhao yue lai yue chong yao de zuo yong 。mu qian wo guo qi xiang wei xing zhu yao bao gua ji gui qi xiang wei xing he jing zhi gui dao qi xiang wei xing 。ji gui qi xiang wei xing shou dao yun hang mo shi de zhi yao ,ji shi jian fen bian lv bu gao 。er jing zhi gui dao qi xiang wei xing you yu gui dao gao du gao ,wei bo fu she ji de kong jian fen bian lv xiang dui jiao di ,ru guo yao da dao ji shi gong li liang ji de kong jian fen bian lv ,xu yao da kou jing tian xian ,gei ji xie zhi zao he zai gui sao miao dai lai ji da tiao zhan 。wei xiao wei xing xing zuo shi jian gu shi jian fen bian lv he kong jian fen bian lv de you xiao shou duan 。lun wen ji yu wei xiao wei xing da zai wei bo fu she ji bing zu cheng xing zuo de fang shi dui da qi jin hang tan ce ,ke shi xian shi jian fen bian lv 30fen zhong he kong jian fen bian lv 15qian mi de ji wang 。ben lun wen zhu yao dui xiao xing hua wei bo fu she ji ji tong fang an she ji 、she pin qian duan de tai he ci pin lv fen li ji shu he ji yu zi kang rao kong zhi de tian xian sao miao qu dong ci fu ji tong san ge guan jian ji shu kai zhan yan jiu ,jin hang li lun fen xi 、ji tong she ji 、fang zhen mo ni he shi yan yan zheng 。zhu yao yan jiu nei rong ru xia :(1)di chu zhen dui wei xiao wei xing ping tai de xiao xing hua wei bo fu she ji ji tong fang an 。kai zhan le wei bo fu she ji pin lv tong dao shua ze 、zhi biao lun zheng he ding ceng fang an she ji yan jiu ,xiang xi fen xi le she pin qian duan de pin lv fen li fang an 、dui de cheng xiang guan ce ji he he tian xian sao miao mo shi 。xiao xing hua wei bo fu she ji bao gua si ge tan ce pin lv :89GHz(chuang ou pin lv ,chan tong dao )、118GHz(yang qi xi shou pin lv ,wu tong dao )、166GHz(chuang ou pin lv ,chan tong dao )he 183GHz(shui qi xi shou pin lv ,san tong dao ),yi gong shi ge tan ce tong dao 。si ge tan ce pin lv cai yong duo pin duan gong kui yuan 、gong yong pian kui pao wu mian tian xian ji shu 。chan tong dao chuang ou tan ce pin lv jie shou ji cai yong zhi jie jian bo ti zhi ,shui qi he yang qi xi shou feng tan ce pin lv jie shou ji cai yong chao wai cha hun pin ti zhi 。cai yong ji hua fen li qi he bo dao shuang gong qi shi xian she pin de pin lv fen li 。gai she ji fang an bi guo nei xian you de tong lei xing wei bo fu she ji zai ti ji 、chong liang 、gong hao shang dou geng you you shi ,geng kuo ge da zai zai wei xiao wei xing ping tai 。(2)kai zhan le tai he ci pin duan de pin lv fen li ji shu yan jiu ,zai guo nei shou ci shi xian le 89/118GHzhe 166/183GHzshuang gong qi de she ji 、jia gong yu ce shi 。cai yong wang lao zeng ge fa he mo shi pi pei fa dui shuang gong qi jin hang fang zhen she ji ,bing li yong HFSSruan jian dui liang ge bo dao shuang gong qi mo xing jin hang fang zhen yan zheng 。cong ji xie jia gong de jiao du ,dui 166/183GHzshuang gong qi jin hang biao mian cai zhi 、dian gan mo pian hou du 、dian gan mo pian dou zhi du yi ji che cun ling min du fen xi 。cong ce shi de jiao du ,cai yong shi liang wang lao fen xi yi he pin lv ta zhan mo kuai dui liang ge shuang gong qi jin hang yan zheng 。jing ce shi ,liang ge shuang gong qi de cha ru sun hao dou xiao yu 1.5dB,shu ru duan kou de hui bo sun hao da yu 15dB,dai wai yi zhi ye da dao 25dByi shang 。ce shi jie guo yu fang zhen jie guo ji ben wen ge ,zheng ming le shuang gong qi she ji fang fa de ke hang xing 。(3)kai zhan le wei bo fu she ji tian xian sao miao ji gou ci fu ji tong duo sao miao mo shi kong zhi suan fa yan jiu ,di chu le jiang er jie su du zi kang rao kong zhi qi yin ru sao miao kong zhi de shi xian fang an ,di gao le ci fu ji tong de lu bang xing 。tong guo dui yong ci tong bu dian ji d-qzhou shu xue mo xing yi ji shi liang kong zhi ce lve de fen xi ,she ji le dian liu huan 、su du huan he wei zhi huan de PI(Proportional-Integral,PI)kong zhi qi ,bing dui yun su sao miao 、bian su sao miao he ding dian guan ce san chong gong zuo mo shi jin hang le fang zhen yan zheng 。cong fang zhen jie guo ke zhi ,dui yu ding dian guan ce mo shi ,ke yi shi xian mo chao diao 、mo jing cha kong zhi 。dui yu yun su he bian su mo shi ,ji tong de guo du shi jian jiao duan 、chao diao xiao ,dan shi dang ji tong tu jia rao dong shi ,su du de gan rao da bing ju xu yao jiao chang de shi jian cai neng hui fu dao yuan shi zhuang tai 。zhen dui PIkong zhi kang gan rao neng li cha de que dian ,jiang er jie su du zi kang rao kong zhi qi yin ru yun su he bian su sao miao kong zhi zhong ,bing dui er jie su du zi kang rao kong zhi qi 、er jie su du xian xing zi kang rao kong zhi qi he PIkong zhi de xiang ying te xing jin hang fang zhen dui bi 。jie guo biao ming dang ji tong cun zai rao dong shi ,er jie su du zi kang rao kong zhi ji tong de chao diao liang zui xiao yi ji hui fu shi jian zui duan ,ju you hen hao de lu bang xing he kang rao neng li 。(4)da jian le tian xian sao miao qu dong ci fu ji tong de ying jian ping tai ,wan cheng le yong ci tong bu dian ji de kong zhi suan fa 、xin hao jie kou mo kuai de ruan jian she ji 。tong guo shi yan dui bi le yun su he bian su mo shi xia er jie su du zi kang rao kong zhi qi he PIkong zhi qi de xiang ying te xing ,zai jie yue xiang ying te xing 、bian su xiang ying te xing 、wen tai xing neng yi ji kang rao neng li deng fang mian ,er jie su du zi kang rao kong zhi qi dou ju you liang hao de kong zhi xing neng 。yun su mo shi de kong zhi jing du wei 1.78%,bian su mo shi dui de guan ce jie duan de kong zhi jing du wei 3.5%,bing ju liang chong sao miao mo shi de sao miao zhou ji wu cha dou xiao yu deng yu 1ms,ding dian guan ce mo shi de ding wei jing du ≤0.00206o,san chong sao miao mo shi dou ju you liang hao de dong jing tai te xing yi ji hen gao de kong zhi jing du 。
论文参考文献
论文详细介绍
论文作者分别是来自中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心)的王婧，发表于刊物中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心)2019-07-24论文，是一篇关于小型化微波辐射计论文,太赫兹波导双工器论文,模式匹配法论文,永磁同步电机论文,自抗扰控制论文,中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心)2019-07-24论文的文章。本文可供学术参考使用，各位学者可以免费参考阅读下载，文章观点不代表本站观点，资料来自中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心)2019-07-24论文网站，若本站收录的文献无意侵犯了您的著作版权，请联系我们删除。
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