临地协同观测中的高空气球组网轨迹优化

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作者 曲艺 王生 +1 位作者 冯慧 刘强 《北京航空航天大学学报》 北大核心 2025年第9期2955-2967,共13页

高空气球与地基平台组网开展协同观测的需求日益迫切,覆盖一致性是其关键问题之一,面临网络拓扑时变、气球调控能力受限、临近空间风场复杂等多重挑战。为改善高空气球与地基站网协同观测的覆盖一致性,以带有副气囊且不配备动力装置的... 高空气球与地基平台组网开展协同观测的需求日益迫切,覆盖一致性是其关键问题之一,面临网络拓扑时变、气球调控能力受限、临近空间风场复杂等多重挑战。为改善高空气球与地基站网协同观测的覆盖一致性,以带有副气囊且不配备动力装置的高空气球为研究对象,从垂直方向和水平方向两方面分析高空气球轨迹调控方法,研究高空气球对地观测覆盖区域,针对高空气球位置时变的特征,设计了临地协同观测覆盖一致性评价指标,提出基于鲸鱼算法的高空气球组网轨迹优化方法,并针对多种输入条件对该方法进行了仿真验证。仿真结果表明:所提方法能够大幅改善临地协同观测的覆盖一致性,尤以夏秋季准零风层存在的情况下改善效果更为明显。 展开更多

关键词 高空气球 轨迹优化 协同观测 覆盖一致性 准零风层

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冷云辐射对超压气球热动力学特性影响

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作者 贺澜 刘强 +2 位作者 杨燕初 祝榕辰 周江华 《北京航空航天大学学报》 北大核心 2025年第9期3117-3129,共13页

针对冷云辐射对超压气球热动力特性影响的问题,提出融合冷云辐射特性的超压气球热动力学模型。研究不同相对高度条件下,冷云对超压气球热环境的影响。分析冷云高度、厚度、云粒子有效半径、温度、含水量等特征,建立冷云的辐射吸收、透... 针对冷云辐射对超压气球热动力特性影响的问题,提出融合冷云辐射特性的超压气球热动力学模型。研究不同相对高度条件下,冷云对超压气球热环境的影响。分析冷云高度、厚度、云粒子有效半径、温度、含水量等特征,建立冷云的辐射吸收、透过和反射特性模型。在动力学、运动学和热力学分析的基础上,建立包含冷云辐射特性的超压气球热动力学模型,开发仿真计算程序,利用实测数据验证热动力学模型和仿真程序的准确性。利用风云卫星冷云数据,仿真分析冷云辐射影响下的超压气球热动力学特性,结果显示:冷云会降低超压气球温度,影响超压气球升空速度和高度,当云层厚度或云层温度到达一定条件时,超压气球将无法抵达预期驻留高度。 展开更多

关键词 超压气球 热力学特性 动力学特性 冷云环境 辐射特性

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一种基于改进趋近律的离散变结构控制方法 被引量：9

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作者 朱齐丹 吕开东 +2 位作者 李新飞 刘志林 张智 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2012年第6期1211-1214,共4页

研究了使用离散指数趋近律方法设计的离散时间控制系统中存在的抖振现象。为了减小这种抖振现象,提出了一种改进的离散趋近律设计方法,而且给出了趋近律的参数选择原则。仿真结果表明:在使用该改进趋近律方法设计的离散时间变结构控制... 研究了使用离散指数趋近律方法设计的离散时间控制系统中存在的抖振现象。为了减小这种抖振现象,提出了一种改进的离散趋近律设计方法,而且给出了趋近律的参数选择原则。仿真结果表明:在使用该改进趋近律方法设计的离散时间变结构控制器的调节下,系统的运动状态最终趋近于原点,还可使系统状态保持步步穿越切换面,提高了控制系统的鲁棒性。 展开更多

关键词 离散变结构控制 趋近律 抖振 鲁棒性

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利用自然能临近空间浮空器的热特性分析 被引量：5

4

作者 吴耀 姚伟 +2 位作者 王超 吕晓辰 马蓉 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第7期784-790,共7页

为解决临近空间浮空器驻留期间面临的"超热"、"超压"和"定点抗风"等难题,研究了一种新型的临近空间浮空器,其利用自然界的热能和风能,变"不利"为"有利",通过简易可行的技术手段实现... 为解决临近空间浮空器驻留期间面临的"超热"、"超压"和"定点抗风"等难题,研究了一种新型的临近空间浮空器,其利用自然界的热能和风能,变"不利"为"有利",通过简易可行的技术手段实现飞行高度和轨迹的控制,从而实现持久区域驻留。首先建立该新型浮空器的稳态热平衡模型并进行超热值的估算,然后分析系统参数。计算结果表明蒙皮的太阳吸收率和红外发射率对超热值有着重要影响,合理地选择热控涂层可以满足该新型浮空器的设计要求。 展开更多

关键词 临近空间 浮空器 热分析 系统参数

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一种改进的自适应模糊滑模大包线飞行控制方法 被引量：3

5

作者 孙逊 章卫国 +1 位作者 张金红 杨婷婷 《系统仿真学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第5期1262-1264,1278,共4页

提出了一种改进的自适应模糊滑模大包线飞行控制方法。该方法以经模拟退火粒子群算法优化的小波神经网络实现非线性模型的逆,能够更加细致地逼近非线性模型,并针对自适应控制的鲁棒性与瞬态性能差的缺点,将滑模控制与自适应控制相结合... 提出了一种改进的自适应模糊滑模大包线飞行控制方法。该方法以经模拟退火粒子群算法优化的小波神经网络实现非线性模型的逆,能够更加细致地逼近非线性模型,并针对自适应控制的鲁棒性与瞬态性能差的缺点,将滑模控制与自适应控制相结合共同补偿逆误差,提高了自适应控制的鲁棒性与瞬态性。仿真结果表明:所设计的自适应模糊滑模大包线飞行控制器具有优良的控制性能。 展开更多

关键词 非线性控制 自适应控制 小波神经网络 滑模控制 模拟退火

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一种用于土卫六探测的热机浮空器性能分析 被引量：2

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作者 吴耀 姚伟 +3 位作者 吕晓辰 王磊 马蓉 王超 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第2期223-228,共6页

针对土卫六大气环境的特点,提出利用大气温度梯度发电的热机浮空器解决探测器能源问题。介绍该热机浮空器的系统组成和基本工作原理,分析应用于土卫六探测的可行性和发电性能。结果表明热机浮空器能够将土卫六低品位的大气热能转换为电... 针对土卫六大气环境的特点,提出利用大气温度梯度发电的热机浮空器解决探测器能源问题。介绍该热机浮空器的系统组成和基本工作原理,分析应用于土卫六探测的可行性和发电性能。结果表明热机浮空器能够将土卫六低品位的大气热能转换为电能;涡轮机喷管喉部的半径和飞行高度等设计参数对热机的性能有较大的影响。 展开更多

关键词 热机 浮空探测器 温度梯度 土卫六 性能分析

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NASA高空气球的研究及其进展 被引量：14

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作者 田莉莉 方贤德 《航天返回与遥感》 2012年第1期81-87,共7页

高空气球是一种可以实现平流层飞行的无动力浮空器。文章重点从气球的结构、蒙皮材料、热特性研究及试飞试验等方面介绍了NASA高空气球的研究及其进展,为中国高空气球的研究发展提供参考。

关键词 结构性能 蒙皮材料 热特性 试飞试验 高空气球

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高空气球升空体积变化模型研究 被引量：4

8

作者 陈利 成琴 唐逊 《合肥工业大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2014年第11期1405-1408,共4页

研究高空气球升空前后的体积变化情况,对于平流层高空气球的总体设计具有重要的实用价值。文章基于一系列基本假设,采用理论方法研究了平流层高空气球在升空过程中体积变化情况,并通过有限元方法对理论计算结果的合理性进行了验证。结... 研究高空气球升空前后的体积变化情况,对于平流层高空气球的总体设计具有重要的实用价值。文章基于一系列基本假设,采用理论方法研究了平流层高空气球在升空过程中体积变化情况,并通过有限元方法对理论计算结果的合理性进行了验证。结果表明该理论方法具有较强的实用性,对于高空气球尺寸设计具有重要的指导意义。 展开更多

关键词 高空气球 体积变化 模型

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罗兰C辅助北斗双星对同温层气球的定位研究 被引量：2

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作者 段方 刘建业 林雪原 《应用科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2005年第1期1-5,共5页

提出由罗兰C辅助北斗双星对同温层气球进行定位的方法.给出了系统的工作原理,及逐步搜索两曲线间距离最短点定位算法.用Matlab软件对该算法进行了仿真,作了实时性、定位误差分析.结果表明,该算法具有较强的实时性,定位精度对于罗兰C测... 提出由罗兰C辅助北斗双星对同温层气球进行定位的方法.给出了系统的工作原理,及逐步搜索两曲线间距离最短点定位算法.用Matlab软件对该算法进行了仿真,作了实时性、定位误差分析.结果表明,该算法具有较强的实时性,定位精度对于罗兰C测量误差较为敏感,对双星测量误差相对不敏感.并指出当罗兰C测量误差与北斗双星测量误差同时增大时,定位误差反而有可能与罗兰C误差单独作用时持平甚至减少.定位精度与罗兰C台链的选择、各台之间的几何位置也有关系.该算法也适用于其他空中 地面 海上低动态航行体的定位. 展开更多

关键词 同温层气球 定位 罗兰C导航系统 北斗双星 测量误差

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面向临近空间应用的柔性太阳电池试验研究进展

10

作者 王辉 张春福 +3 位作者 曹越先 姜箫 郑德旭 杨琦 《北京航空航天大学学报》 北大核心 2025年第8期2632-2641,共10页

太阳电池是临近空间飞行平台理想的电源,柔性太阳电池因其较高的功质比得到越来越多的重视。分析不同种类太阳电池组件封装材料构成对电池面密度的影响,并计算柔性薄膜太阳电池组件不同转换效率对应的功质比;回顾柔性硅太阳电池、柔性... 太阳电池是临近空间飞行平台理想的电源,柔性太阳电池因其较高的功质比得到越来越多的重视。分析不同种类太阳电池组件封装材料构成对电池面密度的影响,并计算柔性薄膜太阳电池组件不同转换效率对应的功质比;回顾柔性硅太阳电池、柔性铜铟镓硒太阳电池、柔性碲化镉太阳电池和柔性钙钛矿太阳电池研究进展;介绍每种柔性太阳电池所用基底材料、制备方法和效率制约因素等;介绍钙钛矿太阳电池在临近空间环境下的试验研究进展,指出柔性钙钛矿太阳电池下一步的研究方向。研究表明:由于柔性钙钛矿太阳电池具有较高的功质比,其是最具有临近空间应用潜力的柔性太阳电池。 展开更多

关键词 临近空间 柔性太阳电池 功质比 薄膜太阳电池 钙钛矿

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双层乳胶气球的高空平漂机理及垂直轨迹模拟 被引量：3

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作者 何红 朱华健 +3 位作者 谌志鹏 肖迪娥 潘显智 李凡珠 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第12期2650-2656,共7页

双层乳胶气球克服了单层乳胶气球的缺点,可以在高空平漂以实现持续气象观测,但是其高空平漂受多因素影响比较复杂,特别是气球充气量主要依赖工程经验,施放成功率不高,亟需提供理论指导。通过试验数据证明了浮重平衡是双层乳胶气球实现... 双层乳胶气球克服了单层乳胶气球的缺点,可以在高空平漂以实现持续气象观测,但是其高空平漂受多因素影响比较复杂,特别是气球充气量主要依赖工程经验,施放成功率不高,亟需提供理论指导。通过试验数据证明了浮重平衡是双层乳胶气球实现高空平漂的必要条件,推导得出内、外球氢气充气量和昼夜温度变化对其运动的影响;建立了双层乳胶气球的几何模型和动力学模型,结合实地施放试验,对其升空和平漂过程轨迹进行模拟,由此探究了内、外球充气量对平漂高度的影响。研究结果表明:内球充气量是决定平漂高度的主要因素,并受昼夜温度变化影响,当内、外球规格分别为750 g、500 g,负载约1 kg时,内球拉力每增大或减小0.04 kg,最终平漂高度将对应升高或降低约5 km,而外球充气量对其平漂高度无影响。 展开更多

关键词 双层乳胶气球 高空平漂 充气量 昼夜温度变化 垂直轨迹

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系留气球脱系状态动力学和热特性仿真研究 被引量：1

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作者 彭桂林 戴秋敏 +1 位作者 方贤德 苏向辉 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第9期1188-1192,共5页

针对系留气球缆绳因严重损伤或遭遇强风而断裂的极端情况,建立了系留气球脱系后升空的动力学和热力学模型,并设计出了仿真软件.运用该仿真软件对系留气球脱系状态下的动力学特性和热特性进行了仿真研究,获得了阻力系数、脱系瞬间净浮力... 针对系留气球缆绳因严重损伤或遭遇强风而断裂的极端情况,建立了系留气球脱系后升空的动力学和热力学模型,并设计出了仿真软件.运用该仿真软件对系留气球脱系状态下的动力学特性和热特性进行了仿真研究,获得了阻力系数、脱系瞬间净浮力和阀门特性对气球下降速度和气囊超压的影响关系.结果表明:下降速度的主要影响因素是阻力系数,脱系瞬间净浮力和阀门特性对下降速度的影响有限;气囊超压的主要影响因素是阻力系数、脱系瞬间净浮力和阀门特性. 展开更多

关键词 系留气球 脱系 动力学模型 传热模型

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长时高空气球的研制发展 被引量：15

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作者 陈旭 《航天器工程》 2007年第4期83-88,共6页

综述了美国长时观察用的高空气球的发展,并详细介绍了目前正在研制的超长时气球(ULDB)。

关键词 高空气球 ULDB 监视侦察

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低能耗临近空间飞行器的力学分析与配平 被引量：1

14

作者 何真 陆宇平 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第8期935-939,共5页

对一种利用高空风的风速差控制飞行轨迹的新型低能耗临近空间飞行器,进行了力学分析与配平计算。分析了这种临近空间飞行器的飞行原理,设定了飞行器参数。针对这种飞行器的各组成部分的力学特性不同和与周围空气相对速度差别大的特性,... 对一种利用高空风的风速差控制飞行轨迹的新型低能耗临近空间飞行器,进行了力学分析与配平计算。分析了这种临近空间飞行器的飞行原理,设定了飞行器参数。针对这种飞行器的各组成部分的力学特性不同和与周围空气相对速度差别大的特性,对各组成部分分别进行了受力分析,建立了力学平衡方程组,其中在三维空间里用分段分析的方法对缆绳进行了分析。利用迭代运算的方法,对各组件方程组的集合进行了联立配平计算,绘出了缆绳的空间分布图。计算结果表明,该飞行器利用平流层风速的差异,可以达到轨迹控制的目的,从而极大地节省了能量。 展开更多

关键词 流体力学 临近空间飞行器 配平 力学分析 高空风

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某浮空器收放牵引绞盘的设计与研究 被引量：3

15

作者 程士军 周光明 雷良超 《兵器装备工程学报》 CAS 2017年第11期17-20,共4页

本文通过对浮空器近地拉索收放状态下载荷的仿真分析得出了牵引绞盘的负载特性及功能要求,设计了交流变频控制的浮空器牵引绞盘。电机采用恒转矩工作模式并配合机械排线同步,实现近地收放功能。此外,推导了驱动功率计算公式,采用链轮、... 本文通过对浮空器近地拉索收放状态下载荷的仿真分析得出了牵引绞盘的负载特性及功能要求,设计了交流变频控制的浮空器牵引绞盘。电机采用恒转矩工作模式并配合机械排线同步,实现近地收放功能。此外,推导了驱动功率计算公式,采用链轮、链条、丝杆的排线传动方案。通过一体化设计,很大程度上精简结构、提高了浮空器在拉索收放状态下的安全性、可靠性。 展开更多

关键词 浮空器 拉索 牵引绞盘

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气球系统锚泊状态动力学仿真 被引量：1

16

作者 王永林 赵攀峰 《科学技术与工程》 北大核心 2012年第16期3901-3904,共4页

气球系统锚泊状态由气球、左右两侧机械拉索、地面转动梁、气垫组成。风向改变时,气球通过机械拉索带动地面部件一起转动。运用Matlab/Simulink工具箱,可方便的进行系统建模,对气球系统抗风性能进行仿真分析,为气球系统设计与使用提供... 气球系统锚泊状态由气球、左右两侧机械拉索、地面转动梁、气垫组成。风向改变时,气球通过机械拉索带动地面部件一起转动。运用Matlab/Simulink工具箱,可方便的进行系统建模,对气球系统抗风性能进行仿真分析,为气球系统设计与使用提供依据。 展开更多

关键词 气球 锚泊状态 仿真

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从氦气保障工程谈浮空器有效载荷的余量设计 被引量：1

17

作者 武斌功 肖尚明 《雷达科学与技术》 2003年第3期156-160,共5页

浮空器是雷达的升空平台之一。本文通过氦气保障工程的分析计算 ,提出了浮空器有效载荷的设计余量。浮空器球布材料的性能决定了浮空器的氦气污染率和氦气泄漏率 ,从而影响了浮空器有效载荷的设计余量。若浮空器有效载荷设计余量为氦气... 浮空器是雷达的升空平台之一。本文通过氦气保障工程的分析计算 ,提出了浮空器有效载荷的设计余量。浮空器球布材料的性能决定了浮空器的氦气污染率和氦气泄漏率 ,从而影响了浮空器有效载荷的设计余量。若浮空器有效载荷设计余量为氦气的最低纯度的 90 % ,氦气的月污染率为 2‰或3‰ ,氦气的月泄漏率为 2 .8% ,则在浮空器全寿命周期内浮空器氦气囊的氦气无需进行纯化处理。 展开更多

关键词 氦气保障工程 浮空器 有效载荷 余量设计

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一种用于视频监视的系留气球系统 被引量：4

18

作者 程士军 《科学技术与工程》 2011年第32期7991-7994,共4页

为了提高突发公共安全事件的预警能力,增加有效的低空监视手段,中国电科第38所研制了一套可担任1 000 m以下低空领域安防监视任务的系留气球系统。介绍了该系留气球监视系统的基本原理、功能和组成,并对系统的关键技术进行了详细论述。... 为了提高突发公共安全事件的预警能力,增加有效的低空监视手段,中国电科第38所研制了一套可担任1 000 m以下低空领域安防监视任务的系留气球系统。介绍了该系留气球监视系统的基本原理、功能和组成,并对系统的关键技术进行了详细论述。通过对比国内外同类产品的性能参数,指出了该产品的技术特点和竞争优势。最后简要介绍了该产品在2010年上海世博会上的应用情况。 展开更多

关键词 系留气球系统 公共安全 视频监视

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太阳电池高空气球标定测量不确定度

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作者 庄春雨 徐国宁 +3 位作者 李兆杰 唐宇 李永祥 王岩庆 《北京航空航天大学学报》 北大核心 2025年第8期2727-2734,共8页

由于在35 km及以上海拔高度的临近空间能够获得与空间类似的太阳光谱和辐射环境,以及太阳电池高空气球标定的便捷性、经济性和准确性,35 km太阳电池高空气球标定方法被认为是目前最佳的空间太阳电池高空原位标定方法。针对在太阳电池高... 由于在35 km及以上海拔高度的临近空间能够获得与空间类似的太阳光谱和辐射环境,以及太阳电池高空气球标定的便捷性、经济性和准确性,35 km太阳电池高空气球标定方法被认为是目前最佳的空间太阳电池高空原位标定方法。针对在太阳电池高空气球标定方法的实际试验中每组数据标定工况的差别导致标定结果一致性差的问题,通过分析太阳电池温度、辐照度、太阳入射角、光谱失配等因素对高空气球标定的影响,提出太阳电池高空气球标定方法的数据修正模型,并基于飞行标定试验数据验证了所提模型的正确性,同时,对太阳电池高空气球标定数据进行了不确定度分析,短路电流的相对扩展不确定度评估为1.4%(包含因子k=2)。为后续开展太阳电池高空气球标定试验数据修正提供了的理论依据,并从测量不确定度的角度验证了中国科学院高空气球标定试验的可行性。 展开更多

关键词 太阳电池 高空气球 AM0标定 计量学 不确定度

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高空气球太阳电池标定球体反光影响分析及防护

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作者 张益清 黄庭双 +2 位作者 李永祥 杨燕初 徐国宁 《北京航空航天大学学报》 北大核心 2025年第8期2767-2775,共9页

高空气球在太阳电池标定领域内应用越来越广泛,对标定精度的需求日益增加。常规的标定方法只考虑了对日精度,忽略了球体反射的太阳光对标定结果的影响,导致标定结果比理论值高出约5%。为此,提出一种球体反光影响分析方法。使用3阶贝塞... 高空气球在太阳电池标定领域内应用越来越广泛,对标定精度的需求日益增加。常规的标定方法只考虑了对日精度,忽略了球体反射的太阳光对标定结果的影响,导致标定结果比理论值高出约5%。为此,提出一种球体反光影响分析方法。使用3阶贝塞尔曲线拟合球体形状并建立模型;计算试验中球体反射对标定装置接收不同波段光的影响;提出如何进行防护及计算球体反射可能的误差原因。采用高空气球和标定设备,在35000 m的高空上对18片太阳电池进行标定。试验和仿真结果表明,球体反射对标定的影响客观存在。仿真结果显示,球体反射导致短路电流最大增加了9.28%;试验数据显示,相较于标准太阳电池的不经过大气层的太阳光谱(AM0)值,实际短路电流高出约5.28%。最后,根据仿真结果,提出使用特定角度的遮光罩以避免球体反射对标定的影响。 展开更多

关键词 太阳电池 高空气球 标定 太阳电池效率 不经过大气层的太阳光谱

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