基于激光跟踪定位的部件对接柔性装配技术

数字化柔性装配技术是飞机制造领域近期的主要研究方向之一.以飞机部件对接装配定位为研究对象,研究了基于激光跟踪定位的飞机部件对接的数字化柔性装配技术和原理;在激光跟踪仪的二次开发软件包的基础上,开发了激光跟踪测量原型系统;论述了机械随动定位装置和随动伺服控制系统的组成和原理,实现了以位置控制为目的的机械随动伺服控制系统;以图形软件包为基础,建立了部件对接数字化柔性装配系统集成平台,并能够在此集成平台上进行基于激光跟踪测量的部件对接装配的实时仿真.本研究可对近期开展的数字化柔性装配技术研究提供一定借鉴.     

数字化组合测量辅助飞机装配质量检测技术

针对单独使用激光跟踪仪测量大型飞机壁板类组件装配质量时存在曲面数据细节信息不易采集、测量效率低等问题,提出基于激光跟踪仪和关节臂测量仪的大型飞机壁板类组件数字化复合测量方法.在保证测量精度的前提下,将关节臂测量仪(AACMM)融入到激光跟踪仪测量场中,使用两种设备进行集成检测,对大型飞机部件成形细节信息进行全面采集.同时根据飞机部件装配过程测量环节的测量特征,在Spatial Analyzer软件基础上开发了飞机壁板类组件数字化复合测量工具集,实现了对测量过程中所涉及到的设备、数据的集中管控.通过实例,验证了测量方法的有效性和效率.      

飞机侧壁部件装配调姿机构的设计与分析

分析了等曲率和变曲率2类飞机侧壁部件的几何特点以及对柔性装配调姿的功能需求,设计了一种新型的面向大型飞机侧壁部件数字化装配的柔性工装机构;该机构基于精密三坐标定位器对侧壁部件进行装配调姿,可等效为6自由度并联机构,通过4条支撑臂对侧壁部件进行夹持;定位器呈前后2排、前低后高布局,能够实现对侧壁部件空间6自由度位姿调整;对工装机构进行了位姿反解,根据侧壁部件的初始位姿和目标位姿反向求解出各支撑臂的关节变量,并利用计算机仿真模型进行了验证,证明了反解算法的正确性,为侧壁部件调姿运动的精确控制奠定了基础.      

基于普吕克直线的交会对接相对位姿确定算法

为了描述航天器交会对接中的相对位置和姿态测量信息,提出了结合特征线的双目视觉测量以及普吕克直线方程来进行航天器交会对接的相对位姿测量算法。传统算法中航天器的相对位姿是分开测量和计算的,普吕克直线方程则统一描述了两个航天器的相对位姿信息。首先采用双目视觉算法计算得到目标航天器中两条非共面直线在追踪航天器下的坐标值,然后根据普吕克直线方程得到这两条直线在两个坐标系下的相对位姿关系,最后通过采用奇异值分解的方法解算出两个航天器间的相对位姿信息。仿真结果表明该算法不仅实现了位置和姿态的统一测量,而且能够满足航天器交会对接相对位姿的测量要求,验证了该算法的科学合理性与解算快捷性。     

捷联惯性连续测斜算法仿真

针对快速准确的油井轨迹测量要求,研究了一种基于陀螺罗盘测量方案的连续测斜方法.根据不同井斜角度范围,此方法采用了两种工作模式:陀螺罗盘测量模式(倾斜角≤15°)和连续测量模式(倾斜角＞15°).陀螺罗盘测量模式在特定测点进行静态单点测量.连续测量模式进行仪器移动过程中的不停止测量,测量初值通过陀螺罗盘测量模式确定.给出了两种工作模式下的数学模型.对连续测斜算法的有效性进行仿真验证.比较了仿真结果和原始轨迹,得出了测量误差曲线.仿真结果表明,算法可以实现倾斜角0°~90°、方位角0°~360°的全方位井眼轨迹连续测量,大大提高了测量效率.      

一种基于双目视觉的卫星相对位姿测量方法

卫星位姿测量技术是与航天飞行器相关的空间操控活动中一项核心的支撑技术.考虑到太空环境中光源单一，且卫星表面一般为反光材质，提出了一种基于双目视觉的卫星相对位姿测量方法.在卫星面板标志点可见时，本文方法利用卫星对接环外环和卫星面板标志点测量卫星相对位姿.在卫星距离对接目标较近，无法观测到卫星面板标志点时，本文方法利用ORB特征点匹配测量位姿.为了增强鲁棒性，本方法还利用光流追踪法和卡尔曼滤波器优化位姿测量的结果.仿真实验结果表明，本方法能够在光源单一背景下对任意种类的卫星在对接过程中进行准确的位姿测量.     

单目视觉三维运动位姿测量方法研究

针对基于点特征的单目视觉位姿测量,研究了一种基于不共面5个编码特征点的单目视觉解算算法,利用大靶面高分辨率相机采集运动物体姿态图像,利用目标物体上编码特征点间的几何约束关系,通过正交迭代解算算法完成目标物体的位姿测量。实验结果表明：位移测量不确定度优于0.5mm,姿态测量不确定度优于0.05°,可满足航空航天领域试验测量要求。     

一种飞机大尺寸曲面测量点差异性规划方法

数字化测量技术在飞机大尺寸零部件检测的应用日益广泛，合理规划测量点数量和分布以精确地描述待测特征已成为关键问题之一。针对复杂曲线曲面的测量点规划问题，提出了一种基于确定性表达的测量点差异性规划方法。利用非均匀有理B样条（NURBS）理论精确拟合自由曲线，通过粒子群优化算法综合优化控制点及权因子，构建高精度的拟合曲线。提出了面向曲率特性和测量不确定度的布点策略，结合曲面特性建立完整、高效的测量点规划流程。基于CAA模块程序化实现了测量点规划方法，并以试验件为验证对象，验证了所提方法的可行性和系统的有效性。      

iGPS测量不确定度空间分布分析方法

针对iGPS实际测量现场的快速评估与布局优化问题,研究了iGPS测量不确定度空间分布规律.给出了iGPS测量模型,据此建立了iGPS测量不确定度通用两站分析模型,进一步提出了基于两站模型变换的测量不确定度空间分布分析方法,并根据发射器覆盖范围进行了修正.该方法适用于发射器为任意数目与空间布局的iGPS测量环境,可用于计算iGPS测量环境中任一空间点的测量不确定度.构建了iGPS两站与四站实际测量环境,并进行了数值仿真计算与实际测量偏差对比.结果表明,两者数据吻合良好,该iGPS测量不确定度空间分布分析方法能有效描述iGPS测量不确定度空间分布规律.      

基于健康度分析与分层数据融合的导弹健康状态评估

针对导弹装备提出了一种基于健康度分析与分层数据融合的评价方法,可以实现对导弹健康状态的评估与分级。首先,利用导弹各个部件的性能参数来计算部件的健康度,并通过部件的履历信息对其健康度进行修正。然后,对各部件的修正健康度进行分层数据融合来得到导弹综合健康状态的评估结果。特别地,设计了一种基于惩罚型权重更新的健康度分层数据融合算法,能够有效提高导弹综合健康状态评估结果的合理性和可靠性。最后,采用导弹的性能参数数据对所提出的方法进行了仿真验证,仿真结果表明了所提方法的可行性与有效性。     

立靶测试系统立靶密集度测量不确定度评定

基于CCD的数字立靶测试系统是一种非接触立靶测试方法，提出了采用视觉标定分析坐标结果的方法，介绍了同步雷达触发、CCD成像，通过图像分析得出立靶测试结果的测试系统。为了完善基于CCD的数字立靶测试系统的测量结果，建立测量模型，根据视觉标定法、系统结构等分析评定各因素带入的不确定度分量。     

基于并行扩展卡尔曼滤波的自主卫星星座导航方法

针对星间距离测量容易受到外界干扰的问题,提出了一种适用于多颗地球卫星和一颗月球卫星的卫星星座自主导航的并行扩展卡尔曼滤波算法.通过解决噪声统计不确定情况下的测量调度问题来选择适当的测量,降低干扰的影响.为了自适应地选择适当的测量,提出一种基于不同来源的测量构造多个子集的并行扩展卡尔曼滤波器,其中每个扩展卡尔曼滤波器用于处理不同测量子集,并基于残差序列计算子滤波器的权重,组合并行滤波器的估计结果.通过与EKF和传统的多模型自适应估计算法进行比较,表明所提出方法在干扰条件下的三轴位置估计误差的稳定性,体现了性能优势.     

基于单直角电桥的交流电阻校准装置测量不确定度评定

本文基于单直角电桥原理，以数字式直角电桥源作为双路正交电压信号输出，搭建了交流电阻校准装置，利用单直角电桥的平衡方程，计算出待测交流电阻的阻值作为校准值。在频率1.591 55kHz、幅值有效值1V下，以标准电容100nF、交流电阻1kΩ为测试点，对交流电阻校准装置的测量不确定度进行了评定：建立了基于单直角电桥原理的被校交流电阻的数学模型，分析了测量不确定度的来源，并计算了交流电阻标准不确定度的各个分量。最后根据测量不确定度传播公式对其进行合成，计算得到合成标准不确定度，并通过扩展不确定度得到整个交流电阻校准装置的校准结果。     

基于单直角电桥的交流电阻校准装置测量不确定度评定

本文基于单直角电桥原理，以数字式直角电桥源作为双路正交电压信号输出，搭建了交流电阻校准装置，利用单直角电桥的平衡方程，计算出待测交流电阻的阻值作为校准值。在频率1.591 55kHz、幅值有效值1V下，以标准电容100nF、交流电阻1kΩ为测试点，对交流电阻校准装置的测量不确定度进行了评定：建立了基于单直角电桥原理的被校交流电阻的数学模型，分析了测量不确定度的来源，并计算了交流电阻标准不确定度的各个分量。最后根据测量不确定度传播公式对其进行合成，计算得到合成标准不确定度，并通过扩展不确定度得到整个交流电阻校准装置的校准结果。     

空间非合作目标交会对接影像测量自适应处理

分析了空间非合作目标影像测量及特征点提取机理,根据对接中特征点识别噪声不确定和空间摄动引起的模型误差,对传统滤波方法进行改进;通过量测更新后的新息数据对量测噪声量级进行估计,同时采用渐消自适应方法对模型误差进行处理,增进滤波效果;设计了针对空间非合作目标对接段的滤波器,能够提供对接段相对位置、速度、姿态角及角速率估计信息。仿真结果表明,提出的改进滤波算法能够在测量噪声不确定和模型误差条件下达到较好效果。     

基于同波束干涉的空间三维相对位置测量研究

针对深空探测器相对位置精确测量需求,建立了空间三维相对位置测量模型,研究了基于单基线同波束干涉测量(Same-beam VLBI,SBI)的空间三维位置最小二乘解算方法。利用"嫦娥3号"着陆器的测控天线与定向天线的SBI实测数据,验证了测量模型与解算方法的有效性。结果显示:SBI干涉时延随机误差约0.225 ps(0.07 mm);测控天线与定向天线之间距离误差约0.216 m,方向误差约30.4°。该研究结果有望应用于后续深空探测任务譬如"嫦娥5号"器间高精度相对测量中。     

推进剂利用系统连续液位测量滤波算法研究

针对我国低温推进剂利用系统中连续液位测量中的错节问题,提出了一种基于流量的液位测量滤波算法。介绍了该算法的基本原理,对算法进行了数学建模与数字仿真。通过对仿真结果的分析证实了该算法可以有效解决火箭飞行过程中由于液位晃动造成的测量误差问题,具有一定的工程应用价值。     

视觉导航下基于H2/H∞的航迹跟踪

为了从理论上研究视觉导航系统的特性,首先在物理上将视觉导航系统划分为传感器(摄像头、激光测距仪)和视觉处理计算机。针对视觉处理计算机,建立视觉位置测量模型。将视觉位置测量模型的不确定性分为参数不确定性和输入干扰2种。然后通过仿真详细分析了视觉位置估计针对不同模型不确定性的敏感程度。最后在引入视觉位置测量模型不确定性的基础上研究H₂/H_∞混合鲁棒控制在航迹跟踪上的应用,并给出了保证航迹控制系统稳定性和跟踪性能情况下的视觉位置测量模型摄动范围,对计算机视觉算法的研究具有一定的指导意义。