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使用单比例因子自适应卡尔曼滤波器进行纳米卫星容错姿态估计
1 伊斯坦布尔技术大学航空航天学院，34469 伊斯坦布尔，土耳其，收到日期：2022 年 3 月 24 日 修订日期：2022 年 6 月 8 日 接受日期：2022 年 6 月 20 日 摘要 Özet 在本研究中，提出了一种集成自适应 TRIAD/扩展卡尔曼滤波器 (EKF) 姿态估计系统，其中 TRIAD 和自适应 EKF 相结合以估计纳米卫星的姿态。作为系统的第一步，TRIAD 算法利用磁力计和太阳传感器测量结果产生初始粗四元数估计，然后将该粗估计直接输入到自适应 EKF。将姿态信息直接输入到滤波器相对减少了 EKF 带来的计算负担。作为系统的第二步，自适应 EKF 滤波 TRIAD 解并给出最终的四元数估计。同时，自适应 EKF 在传感器故障时使用单个缩放因子 (SSF) 重新调整测量噪声协方差矩阵，使整个系统对传感器故障更具鲁棒性。进行了几次模拟，并针对两种不同的故障类型（即姿态传感器中的噪声增量和连续偏差）测试了所提出的系统的性能。
利用组合规范对称性构建非阿贝尔量子自旋液体
非阿贝尔拓扑态是量子物质最显著的形式之一。这些系统中准粒子激发的交换以简并多体态空间中的非交换幺正变换为特征，即这些准粒子具有非阿贝尔编织统计 [ 1 , 2 ]。理论上预测非阿贝尔态可以描述某些分数量子霍尔 (FQH) 态 [ 3 – 6 ]。Kitaev 的蜂窝自旋液体模型 [ 7 ] 是另一个例子；它在磁场中表现出非阿贝尔相，激发具有 Ising-anyon 统计。实现物质非阿贝尔拓扑态的更一般系统类是 Kitaev 的精确可解量子双模型 [ 8 ]，其中特定状态由选择链接（或规范）自由度取值的非阿贝尔群决定。在实验系统中实现量子双模型的一个障碍是，它们以群元素表示的自由度之间的多体相互作用来写，而不是物理自由度，如自旋或电荷。要通过实验实现量子双模型，需要设计具有一体和两体相互作用的母哈密顿量。参考文献 [ 9 , 10 ] 和 [ 11 ] 在这方面做出了显著的努力。参考文献 [ 9 , 10 ] 的量子双实现中的局域规范对称性是涌现的，仅在理论的低能部分活跃（因此是微扰的）。另一方面，在参考文献 [ 11 ] 中，局域规范对称性是精确的，但不清楚哈密顿量是否像在参考文献 [ 9 ] 中那样在物理上可实现，其中提出了使用约瑟夫森结阵列的物理实现。本文的目标是开发一个框架来填补这两种方法的空白：我们设计一个具有精确局部非阿贝尔规范对称性的物理哈密顿量，仅使用可以在物理系统（如超导量子电路）中实现的 1 体和 2 体相互作用。该计划的关键在于将组合规范对称性 [ 12 ]（请参阅参考文献 [ 13 ]，其中深入介绍了阿贝尔理论的对称性原理，并附带了示例的分步构建）扩展为非阿贝尔理论。规范对称性内置于微观哈密顿量中，因此是精确的，而不是仅在低能量极限下出现。规范对称性在现实哈密顿量中是精确的，这扩展了拓扑相可能稳定的参数范围，从而提供了一种摆脱可达到能隙大小限制的方法。此外，该模型具有铁磁和反铁磁 ZZ 相互作用，以及纵向和横向场。因此，自旋模型是自旋哈密顿量的明确实现，不存在符号问题，实现了非阿贝尔拓扑相。我们重点研究蜂巢格子上链接变量取四元数群 Q 8 内的值的量子双元组。我们用自旋-1/2 自由度表示 8 个四元数变量（ ± 1、± i、± j 和 ± k）。我们将在蜂巢格子的每个链接中使用 4 个“规范”自旋，从而定义一个 16 维希尔伯特空间，我们将其分成偶数和奇数宇称态两组，并使用 8 个偶数宇称态来表示 8 个四元数。该构造使用链接上的“物质”自旋来分裂偶数和奇数宇称态，并在位置上强制三个四元数变量相乘为恒等式（“零通量”条件）。最后，我们给出具有相同非阿贝尔组合规范对称性的超导量子电路。在超导导线很小的极限情况下，电压偏置经过调整，使得每根导线中都倾向于两个近乎简并的电荷态，系统将成为文献 [ 14 ] 中引入的 WXY 模型的非阿贝尔推广。在这种情况下，问题中剩余的能量尺度是约瑟夫森耦合，如果系统（具有组合规范对称性）有间隙，则非微扰间隙必然是这个尺度的数量级。
飞机运动的运动学和动力学
本章的最终目标是，一架刚性飞机在扁圆形旋转地球上空的运动方程。平地方程描述了在重力恒定的非旋转地球上一小块区域上的运动，我们将作为特殊情况推导得出该方程。为了达到这个最终目标，我们将使用经典力学的矢量分析来建立运动方程，使用矩阵代数来描述坐标系的运算，并使用大地测量学、引力和导航中的概念来介绍地球形状和质量引力的影响。在第 2 章之前，作用在飞行器上的力矩和力（地球的质量引力除外）将是抽象的。在此阶段，只要有合适的力和力矩模型，这些方程就可以用来描述任何类型的航空航天飞行器（包括地球卫星）的运动。术语“刚性”意味着不允许结构灵活性，并且假定飞行器中的所有点始终保持相同的相对位置。在大多数情况下，这种假设对于飞行模拟来说已经足够好了，并且对于飞行控制系统设计来说也足够好了，前提是我们不试图设计一个系统来控制结构模式或减轻飞机结构上的气动载荷。运动方程处理所需的矢量分析通常会给学生带来困难，特别是角速度矢量的概念。因此，提供了相关主题的回顾。在某些情况下，我们已经超越了传统的飞行力学方法。例如，由于四元数具有“全姿态”能力以及在模拟和控制中的数值优势，因此引入了四元数。它们现在广泛应用于模拟、机器人、制导和导航计算、姿态控制和图形动画。主题来自
量子比特的对称性和几何形状及其用途
摘要：对称性 SU(2) 及其几何布洛赫球渲染已成功应用于单个量子比特（自旋-1/2）的研究；然而，尽管此类系统对于量子信息处理至关重要，但将此类对称性和几何扩展到多个量子比特（甚至只有两个）的研究却少得多。在过去的二十年里，两种具有独立出发点和动机的不同方法已被结合起来用于此目的。一种方法是开发两个或更多量子比特的酉时间演化以研究量子关联；通过利用相关的李代数，特别是所涉及的汉密尔顿量的子代数，研究人员已经找到了与有限射影几何和组合设计的联系。几何学家通过研究射影环线和相关的有限几何，得出了平行的结论。本综述将量子物理学的李代数/群表示视角和几何代数视角结合在一起，以及它们与复四元数的联系。总之，这可以看作是费利克斯·克莱因的埃尔朗根对称和几何纲领的进一步发展。特别是，两个量子位的连续 SU(4) 李群的十五个生成器可以与有限射影几何、组合斯坦纳设计和有限四元群一一对应。我们考虑的非常不同的视角可能会为量子信息问题提供进一步的见解。扩展适用于多个量子位，以及更高自旋或更高维度的量子位。
微电动机械系统的设计四边形陀螺仪，具有合规机械放大
摘要：在这项工作中，提出了一种新型的MEMS振动陀螺仪的机械放大结构，目的是提高其灵敏度。该方案是使用微机械V形弹簧系统实现的，作为挠度放大机制。首先证明了该机制的有效性，用于电容式完全脱钩的四元陀螺仪。概念证明垂直轴机械放大的陀螺仪，已设计，模拟和制造365％的放大系数，并在本文中介绍了评估的结果。实验结果表明，陀螺仪的固有频率为11.67 kHz，全尺度测量范围为±400° /s，最大非线性为54.69 ppm。偏置稳定性为44.53° /h。实验结果表明，这种四边形陀螺仪的性能是将来达到导航等级的一种非常潜在的新方法。
低介电常数硅氧烷/碳硅烷杂化苯并环丁烯树脂复合材料的制备及性能
摘要：将苯并环丁烯改性倍半硅氧烷（BCB-POSS）和二乙烯基四甲基二硅氧烷-双苯并环丁烯（DVS-BCB）预聚物分别引入到由1-甲基-1-（4-苯并环丁烯基）硅环丁烷（4-MSCBBCB）和1-甲基-1-苯基硅环丁烷（1-MPSCB）聚合而成的含苯并环丁烯（BCB）单元的基质树脂P（4-MB-co-1-MP）中，制备出低介电常数（低k）硅氧烷/碳硅烷杂化苯并环丁烯树脂复合材料P（4-MB-co-1-MP）/BCB-POSS和P（4-MB-co-1-MP）/DVS-BCB。通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）和差示扫描量热法（DSC）研究了复合材料的固化过程。利用阻抗分析仪和热重分析仪(TGA)研究了不同比例的BCB-POSS和DVS-BCB对复合材料介电性能和耐热性的影响。复合材料的热固化可以通过BCB-POSS或DVS-BCB的BCB四元环与P(4-MB-co-1-MP)的BCB四元环的开环聚合(ROP)进行。随着BCB-POSS比例增加至30%，P(4-MB-co-1-MP)/BCB-POSS复合材料的5%热失重温度(T 5% )明显升高，但由于POSS中引入了纳米孔，介电常数(k)降低。对于P(4-MB-co-1-MP)/DVS-BCB复合材料，随着DVS-BCB比例的增加，T 5%和k略有升高。以上结果表明，BCB-POSS 比传统填料具有优势，可同时提高热稳定性并降低 k。
控制系统的建模、仿真与设计
表 1.1：先锋 RQ-2 规格 ...................................................................................... 3 表 2.1 飞机平移和旋转运动的 12 个状态 ........................................................ 6 表 2.2 先锋 Rpv 稳定性和系数 ........................................................................ 8 表 2.3：6DOF 机身四元数块端口描述 [6] ...................................................... 16 表 3.1 平飞条件下的配平参数 ............................................................................. 21 表 3.2 反馈增益值 ............................................................................................. 26 表 5.1 由于升降舵偏转和攻角引起的升力系数 ............................................................. 33 表 5.2 由于升降舵偏转和攻角引起的阻力系数 ............................................................. 34 表 5.3 由于方向舵偏转和侧滑角引起的侧向力系数 ............................................................. 35 表 5.4 由于副翼偏转和攻角 36 表 5.5 升降舵偏转和攻角引起的力矩系数 ...... 37 表 5.6 副翼偏转和攻角引起的偏航力矩系数 38 表 5.7 攻角引起的气动系数及导数 .......................... 39
立方体卫星的电动机械飞行稳定系统...
收到日期：2024 年 7 月 24 日。修改后收到日期：2024 年 11 月 12 日。接受日期：2024 年 11 月 18 日。摘要该研究的目的是设计和模拟用于低地球轨道 CubeSat 纳米卫星姿态控制的稳定系统。电子系统位于机械系统内部，在 Proteus 中设计。机械系统在 SolidWorks 中设计，然后下载 CubeSat 3U CAD 进行仿真，最后组装所有 CAD 设计。这些数据用于分析气动阻力、梯度、重力和磁场的空间环境扰动。通过分析欧拉、泊松和四元数方程来完成姿态表示。然后，创建了一个模糊逻辑控制，并给出了两种自动控制案例。分析和虚拟现实模拟表明，CubeSat 3U 纳米卫星的姿态控制正确，考虑到空间环境的扰动和每个轴的新 25° 方向。关键词：模糊控制；模拟；虚拟现实；机电稳定系统；低地球轨道。
第四纪抽水蓄能水电对可再生能源渗透率较高的美国西部互联电网频率响应的影响：预印本
摘要 — 随着美国可再生能源渗透率的提高，通过提供足够的频率控制能力来维持低惯性电网的稳定性和可靠性成为一项挑战。先进的抽水蓄能技术 (APSH) 不仅作为能源供应商，而且作为辅助服务提供商，有望在未来电网中发挥重要作用。本文研究了使用四元抽水蓄能水电 (Q-PSH) 作为新提出的 APSH 技术之一来提供一次频率响应的影响。为了量化 Q-PSH 对美国西部互联频率响应的影响，在 GE 正序负荷流 (PSLF) 平台上开发了一个用户定义的 Q-PSH 动态模型，并在一系列详细的美国西部电力协调委员会 (WECC) 规划案例中实施，其中可再生能源渗透率分别为 20%、40%、60% 和 80%。仿真结果表明，与传统 PSH 相比，Q-PSH 有助于改善频率最低点和稳定频率。