空间CCD凝视成像跟踪系统的作用距离分析

在充分考虑了空间背景光辐射特性以及漫反射目标对相干光和自然光的不同反射特性的基础上,利用信号检测的统计学方法,导出了空间电荷耦合器件(CCD)凝视成像跟踪系统分别在激光照明主动跟踪模式和太阳光照明被动跟踪模式下的作用距离表达式。结果表明,空间CCD凝视成像跟踪系统在脉冲能量为1mJ的激光照明主动跟踪模式下可对1m2空间漫反射目标实现10km量级范围内的跟踪;而利用太阳光照明的被动跟踪模式下的跟踪距离可达几百千米。

QE and Suns-V-oc study on the epitaxial CSiTF solar cells

In order to clarify the major factors having confined the efficiencies of as-prepared crystalline silicon thin film (CSiTF) solar cells on the SSP (silicon sheets from powder) ribbons, QE (quantum efficiency) and Suns-V-oc study were performed on the epitaxial CSiTF solar cells fabricated on the SSP ribbons, the SSP ribbons after surface being zone melting recrystallized (ZMR) and single crystalline silicon (sc-Si) substrates. The results show that the epi-layers deposited on the SSP ribbons have rough surfaces, which not only increases the diffusion reflectance on the surfaces but also makes the anti-reflection coatings become structure-loosened, both of which would deteriorate the light trapping effect; in addition, the epi-layers deposited on the SSP ribbons possess poor crystallographic quality, so the heavy grain boundary (GB) recombination limits the diffusion length of the minority carriers in the epi-layers, which makes the as-prepared CSiTF solar cells suffer the worse spectra response at long-wavelength range. Nearly all the dark characteristic parameters of the CSiTF solar cells are far away from the ideal values. The performances of the CSiTF solar cells are especially affected by too high I-02 (the dark saturation current of space charge region) values and too low R-sh (parallel resistance) values. The higher 102 values are mainly caused by the heavy GB recombination resulting from the poor crystallographic qualities of the silicon active layers in the space charge regions, while the lower R-sh values are attributed to the electrical leakage at the un-passivated PN junction or solar cell edges after the solar cells are cut by the laser scriber.

Dislocation nucleation governed softening and maximum strength in nano-twinned metals

In conventional metals, there is plenty of space for dislocations-line defects whose motion results in permanent material deformation-to multiply, so that the metal strengths are controlled by dislocation interactions with grain boundaries(1,2) and other obstacles(3,4). For nano-structured materials, in contrast, dislocation multiplication is severely confined by the nanometre-scale geometries so that continued plasticity can be expected to be source-controlled. Nano-grained polycrystalline materials were found to be strong but brittle(5-9), because both nucleation and motion of dislocations are effectively suppressed by the nanoscale crystallites. Here we report a dislocation-nucleation-controlled mechanism in nano-twinned metals(10,11) in which there are plenty of dislocation nucleation sites but dislocation motion is not confined. We show that dislocation nucleation governs the strength of such materials, resulting in their softening below a critical twin thickness. Large-scale molecular dynamics simulations and a kinetic theory of dislocation nucleation in nano-twinned metals show that there exists a transition in deformation mechanism, occurring at a critical twin-boundary spacing for which strength is maximized. At this point, the classical Hall-Petch type of strengthening due to dislocation pile-up and cutting through twin planes switches to a dislocation-nucleation-controlled softening mechanism with twin-boundary migration resulting from nucleation and motion of partial dislocations parallel to the twin planes. Most previous studies(12,13) did not consider a sufficient range of twin thickness and therefore missed this strength-softening regime. The simulations indicate that the critical twin-boundary spacing for the onset of softening in nano-twinned copper and the maximum strength depend on the grain size: the smaller the grain size, the smaller the critical twin-boundary spacing, and the higher the maximum strength of the material.

Energy and entropy radiated by a black hole embedded in a de Sitter braneworld

We study the Hawking radiation of a (4+n)-dimensional Schwarzschild black hole imbedded in space-time with a positive cosmological constant. The greybody and energy emission rates of scalars, fermions, bosons, and gravitons are calculated in the full range of energy. Valuable information on the dimensions and curvature of space-time is revealed. Furthermore, we investigate the entropy radiated and lost by black holes. We find their ratio near 1 in favor of the Bekenstein's conjecture.

Non-relativistic conformal symmetries in fluid mechanics

The symmetries of a free incompressible fluid span the Galilei group, augmented with independent dilations of space and time. When the fluid is compressible, the symmetry is enlarged to the expanded Schrodinger group, which also involves, in addition, Schrodinger expansions. While incompressible fluid dynamics can be derived as an appropriate non-relativistic limit of a conformally invariant relativistic theory, the recently discussed conformal Galilei group, obtained by contraction from the relativistic conformal group, is not a symmetry. This is explained by the subtleties of the non-relativistic limit.

强流扇聚焦回旋加速器中空间电荷效应的研究

本文比较系统地介绍了扇聚焦回旋加速器内部的束流动力学及其注入系统的一般理论，并结合两台具体的扇聚焦回旋加速器的设计讨论了在回旋加速器以及静电反射镜内空间电荷效应对束流的影响。第一章简单介绍了回旋加速器的发展历史及分类、强流回旋加速器的应用，加速器驱动系统ADS(Accelerator Driving System)、能量放大器EA(Energy Amplifier)方案以及本文工作的主要内容。第二章首先介绍了扇聚焦回旋加速器的基本理论，包括扇聚焦回旋加速器内的轨道理论(静态平衡轨道及加速轨道性质)以及相空间的描述方法等。然后详细讨论了回旋加速器内空间电荷效应的影响及研究方法，包括空间电荷作用下粒子的运动方程、空间电荷电场的不同种类、求解空间电荷电场的基本方法和模型以及空间电荷效应对束流轨道特性和相空间传输特性的影响等。在本章的第4节中，介绍了两台强流扇聚焦回旋加速器(50MeV-6mA H_2~+超导扇聚焦回旋加速器和17MeV-2mA H~-扇聚焦回旋加速器)的具体设计步骤和计算结果,讨论了这两台扇聚焦回旋加速器中加速轨道和相空间的传输以及空间电荷效应的影响。最后，简单介绍了设计时所使用的两个计算程序AGORA_SCE和CINEZ_SCE。第三章首先简单介绍了用于扇聚焦回旋加速器的各种注入方法以及在轴向注入时所采用的不同种类的静电偏转镜。然后详细介绍了目前最常用的螺旋扇型静电偏转镜的基本工作原理，如参考粒子的运动轨道及偏转镜的光学性质等，讨论了螺旋线型静电偏转镜中空间电荷效应的影响。最后仍然以50MeV-6mAH_2~+和17MeV-2mA H~-这两台扇聚焦回旋加速器为例，对它们的静电偏转镜进行了设计，并分别研究了它们在空间电荷效应影响下的轨道特性及相空间传输特性。第四章简单介绍了工作中所用到的一些计算工具，如三维电磁场计算程序MAFIA以及等时场分析程序EQUIL，并给出了17MeV-2mA H~-扇聚焦回旋加速器的等时场的计算结果。论文的最后部分简单总结了本文的工作，并提出了今后进一步的工作设想。

CSR电子冷却中电子束的空间电荷效应研究

电子冷却是利用具有相同平均速度运动的强流冷电子束与热的离子束在储存环的一小部分相互重叠，通过多次库仑相互作用，达到降低束流发射“度和动量散度，改善束流品质的一种有效方法。HIRFL-CSR就是采用电子冷却方法迅速压缩储存环中离子束的横向包络、发散角和纵向动量散度，从而获得高品质的重离子束流。论文论述了两体碰撞模型，得到了冷却力和冷却时间的解析表达式；并以此为依据，编程模拟了冷却过程对储存环中离子束发射度和动量散度的影响。本论文的重点是通过求解强流电子束自身的空间电荷场，得到了电子束速度的径向梯度分布；获得了电子束在自身空间电荷场和螺线管纵向磁场的作用下产生横向漂移速度和由此引起的电子束横向温度的变化。为了减小强流电子束的空间电荷场，CSR的电子冷却系统将首次采用空心电子束对储存环中的重离子束流进行冷却。分析了空心电子束的空间电荷场，研究了其对电子束速度和电子束温度的影响，并将结果与实心束的情形进行了详细地比较。与此同时，利用电子束密度的K-V分布，研究了强流电子束在纵向螺线管场中运动的包络方程，采用数值计算方法，得到了CSR电子冷却系统强流电子束在冷却段螺线管中的包络振荡特性。另外，论文还对电子冷却在储存环中的附加影响进行了一些探讨。从Betatron运动方程出发研究了斜四极场和螺线管场存在时束流的幅度的耦合效应，理论上分析了斜四极场存在时束流发射度的变化；通过求解储存环中粒子束的空间电荷场，计算了CSRm中的粒子束空间电荷效应造成的储存环工作点的移动；对于强流电子束空间电荷场对储存环的频移大小也进行了分析；此外，对电子冷却对储存环中束流寿命的影响进行了初步研究。论文最后对CSrm35keV电子冷却系统的机械安装、磁场的测量以及初步的调试结果也给予了介绍。

空间望远镜系统的设计及硅锂探测器的研制

论文的结构分为空间望远镜系统的设计和硅（锂）探测器研制两个部分。第一部分主要介绍了空间望远镜系统的设计，该空间望远镜系统能鉴别Z≤26、M≤56范围内的空间带电粒子，该系统的设计在国内是首例，它将使我国空间高能带电粒子的鉴别和测量上一个新的台阶；第二个部分主要介绍适合于探测空间粒子的硅（锂）探测器的研制及其性能的测试过程。该探测器的研制成功为空间高能带电粒子的探测提供了必要的准备。 我们已经提供给空间科学与应用研究中心二十多块硅（锂）探测器。我们用ThC'-C源和137Cs源对硅（锂）探测器进行了测试，我们在120V时便可得到137Cs电子谱；我们在250V常温常压得到α粒子谱，其能量分辨可好于37Kev，长期加压测试时硅（锂）探测器的反向电流变化稳定，在持续20天加压250V时，其中直径为12mm的硅（锂）探测器的电流变化可达1.10±0.50微安，信噪比可达420倍。

基于复合喷气压电驱动器的柔性机械臂振动控制

空间机器人和大型柔性空间结构在航天器调姿、变轨、外部扰动的情况下将引起振动问题,其低频大幅值振动将持续很长时间,这将影响航天器系统的稳定性和控制精度。为了快速抑制低频大幅值振动及残余振动,提出采用复合可控反作用力幅值的喷气式驱动和压电陶瓷驱动方案进行振动控制。进行基于复合控制的柔性臂系统动力学建模并给出控制算法。设计并建立柔性机械臂试验平台,构建气动驱动控制回路及压电驱动控制回路。进行基于压电陶瓷驱动器、喷气式驱动器及复合喷气和压电驱动器的柔性臂大幅值低频模态振动控制的几种方法试验比较研究。试验结果表明,采用的控制方案和方法既可以快速地抑制柔性机械臂统的低频大幅值振动,又明显地同时抑制高频和低频小幅值残余振动。

双臂式空间机械臂捕捉目标问题

基于动量守恒关系,分析了空间机械臂抓取目标过程中的碰撞问题.针对单臂式系统提出了直臂抓取与广义直臂抓取构型,并将后者推广到双臂式空间机械臂系统.利用广义直臂抓取方法得到的空间机械臂构型,可有效减少碰撞作用对于空间机械臂系统角冲量、基座姿态的影响,保证了系统的稳定性,克服了控制算法中存在的构件转角和执行机构力矩限制问题.仿真证明了方法的有效性。

基于二维位置敏感探测器的空间对接过程研究

为了准确地捕捉机器人空间对接的传感器信息,从对接机构的设计入手,研究了空间对接中传感器的选择、改制和基于传感器信息的空间对接问题.考虑到安装空间的限制和处理的信息量太多,提出了利用二维位置敏感探测器(PSD)配合红外发光器阵列的方法完成机器人的空间对接.通过对位置敏感探测器工作原理的分析和对传感器特性的试验,提出了在PSD光敏面上增加光学装置的方法以扩大它的探测范围和精度,同时大大减小了它对光信号的依赖程度.把该方法应用于可重构模块化探测机器人系统中,提出了基于传感器信息的轨迹规划方法,对子机器人空间对接过程的仿真试验验证了轨迹规划和空间对接的可行性.

可重构星球探测机器人的空间对接研究

提出了以改装后的位置敏感传感器来引导机器人完成自动对接的方法,分析了具体工作原理。对可重构星球探测机器人在运动模式下完成对接的两种姿态进行了比较,分别用一般方法和改进后的规划方法计算出了对接工作空间,比较结果说明,机器人在运动模式下三角边着地有利于完成自动对接。对工作模式机器人在工作空间内的运动进行了静力学分析,分析结果表明,机器人在工作空间内可以自由运动。用VC和OpenGL搭建的平台对空间对接进行了仿真试验,试验结果验证了对接工作空间计算的正确性和完成空间自动对接的可能性。

外科手术计算机辅助导航技术

外科手术计算机辅助导航即利用计算机图形图像技术对放射影像学资料进行处理 ,重建二维或三维的医学图像模型 ,同时结合各种空间定位技术 ,在医师的双眼、手术工具及患者的头部之间建立一个实时的环路 ,实现手术过程中器械位置的实时或准实时显示。我们综述了外科手术计算机辅助导航系统的发展历史和研究现状 (重点阐述了其系统结构和关键技术 ,包括空间定位技术、图像处理与显示技术、系统配准技术、头部定位技术等 (最后给出了手术导航系统的发展趋势

一种基于神经网络的视觉定位系统

本文提出了一种基于人工神经网络的多线阵相机系统标定与 3D定位方法 ,并应用于基于多线阵相机构成的视觉空间定位系统 .该视觉定位系统利用了线阵相机的快速性与高分辨率的特点 ,非平行空间投影面相交定位的基本原理 ,实现了这种结构下快速、高精度空间定位 .实验表明 ,人工神经网络的定位方法简化了多线阵视觉定位系统标定与定位计算的复杂性 ,在定位精度上达到了良好效果 .为机器人位置反馈控制提供了有效的技术途径

空间向量法求解坐标变换

介绍一种利用空间向量求解坐标变换关系的方法，简化了传统的坐标系之间坐标变换关系求解的复杂计算，减小了采样误差对计算结果的影响．为建立各物体之间的位姿关系描述提供了有效的数学计算手段