基于自适应逆的微型飞行器飞行控制系统

飞翼式微型飞行器由于尺寸小、速度低、气动布局特殊和飞行环境复杂多变,其飞行力学具有显著的非线性和非定常特性,传统的控制方法已不能满足要求.本文运用时标分离理论,设计了快变量和慢变量动态逆,同时引入在线神经网络补偿动态逆误差,并采用伪控制补偿器消除作动器和自适应单元之间的相互影响,在此基础上提出了飞翼式微型飞行器的自适应飞行控制系统,并与采用动态逆-PID控制方法设计的飞行控制系统进行比较.仿真结果表明:基于自适应逆的飞行控制系统,具有较强的鲁棒性和指令跟踪能力,比动态逆-PID飞行控制系统更适合于微型飞行器.     

自适应阵列天线中应用Kalman补偿算法的探讨

为了补偿在自适应阵列天线中应用Kalman算法时,由于模型误差和计算误差所引起的自适应阵列天线性能的损失,本文引入Kalman补偿算法,即自适应Kalman渐消记忆滤波算法及自适应Kalman参量识别滤波算法,获得了有益的结果。最后在上述两种算法的基础上,导出了一种新的算法,该算法具有上述两种算法的优点。     

Widrow二元自适应阵列天线的讨论

本文通过对Widrow二元自适应阵列天线的讨论,导出了二元自适应阵列天线方向性函数的表示式。 本文讨论了有噪声时,二元自适应阵列天线性能的变化,指出:在有噪声条件下方向图上将出现“零点偏移”,文中给出了计算偏移量的解析表示式。此外在干扰源方向,天线方向图上出现以“零点深度”度量的剩余值。 本文通过计算,证明了:具有最小均方误差输出的Widrow二元自适应阵必有最大信噪比输出。     

通道幅相误差快速校正算法在空时自适应处理中的应用

雷达系统不可避免地存在通道幅相误差,导致空时自适应处理算法的性能下降。本文将通道幅相误差快速校正算法应用到空时自适应处理中,根据等距线阵杂波协方差矩阵的块Toeplitz-Toeplitz块结构在通道误差的影响下将改变这一特性,对通道幅相误差进行估计,并分析了空时自适应处理中有限样本数对算法性能的影响。仿真结果验证了该算法在空时自适应处理中的有效性。     

基于经验模态分解的有限阵元宽带自适应阵列DBF方法

针对有限阵元条件下宽带自适应阵列自由度不够和抗干扰性能下降的问题,提出一种基于经验模态分解(Empirical mode decomposition,EMD)的宽带自适应阵列数字波束形成(Digital beamforming,DBF)方法。该方法首先对阵元接收的快拍数据进行EMD处理,然后对各个模态函数矩阵应用线性约束最小方差(Linearlyconstrained minimum variance,LCMV)波束形成算法求解自适应权矢量,最后对信号进行重构。与传统的基于快速傅里叶变换(Fast Fourier transform,FFT)子带自适应阵列方法相比,该方法具有以下优势:适用于阵元数目受限的宽带自适应阵列,无需事先指定模态函数划分的频段,可以提高阵列处理的自由度。仿真验证了所提方法的有效性。     

自适应阵列天线稳态方向性图研究

本文导出了自逆应阵列天线稳态方向性函数及方向性图的下列结果: (1)对自适应阵列天线,存在着复数方向性函数间的下列关系(?); (2)自适应阵列天线的稳态加权值共有p+2项组成,空间p个干扰源与加权值中的P项——对应; (3)用本文导出的加权值递推求法,可求得自适应阵列天线的稳态加权值,需对相关矩阵R_(xx)求逆; (4)本文导出了复方向函数改写为实方向函数的条件。     

三轴转台谐波幅相自适应控制系统的设计

提出了一种能够有效地提高正弦运动仿真转台精度的谐波幅相自适应控制补偿方法，阐述了谐波幅相自适应控制的机理、结构配置，开发了谐波幅相自适应控制律、分析了系统稳定性，为进一步提高精度还提出了一种在线辨识系统频响模型的实现途径。由转台工作的实测数据及跟踪误差测试表明，本文提出的谐波幅相自适应控制方法的精度明显优于常规的经典控制，对其他精密正弦运动跟踪系统也有普遍意义。     

基于黎曼流形的数字阵雷达波束驻留时间分配

针对数字阵列雷达的空域搜索过程,提出了一种基于黎曼流形的波束驻留时间分配算法。为了补偿天线在扫描阵列侧面时,波束展宽造成的波束增益损耗,根据黎曼流行给出uv平面内波束驻留时间的空间分布,在满足指定距离上的单次检测概率和累积检测概率的条件下,实现波束驻留时间在整个空域的优化分配,最小化雷达系统总的搜索时间消耗。仿真结果表明,基于黎曼流行的波束驻留时间分配算法消除了波束扫描角变化导致波束增益变化带来的影响,实现了雷达在不同方向的等威力探测。     

用柔性微型传感器阵列测量边界层分离点的实验研究

结合边界层分离点附近的剪应力变化规律,提出了在飞行器外表面贴附微型传感器阵列的分离点检测方法,并给出了相应微型剪应力传感器阵列的设计方案.同时提出了基于三极管恒流源电流镜驱动电源设计和滤波衰减电路设计方案,并在NAGA0012标准翼型上实现了边界层分离检测系统集成,最后,在低速风洞实验中对传感器阵列的性能和传感器阵列输出信号的处理判断方式进行验证,对实验结果的分析表明本研究制造的微型热敏传感器阵列能够实现对流体边界层分离位置的在线测量.     

微型飞行器低雷诺数流场显示试验研究

在南航非定常风洞内,对一盘状微型飞行器的气动特性进行了测力和流场显示实验,给出了不同迎角下微型飞行器的空间流场显示结果.研究表明:随着迎角的增加,在机翼上表面开始形成前缘分离涡,并且前缘涡的尺度和强度不断增加.迎角继续增大,前缘涡首先在后缘开始破裂,并不断前移,最终导致微型飞行器的失速.模型上前缘分离涡的形成、发展和破裂是导致盘状微型飞行器气动力特性产生变化的根本原因.     

微型扑翼飞行器的改进非定常涡格法

为在保证较高计算精度的前提下高效地进行扑翼飞行器(MAV)气动特性计算,提出了一种MAV非定常涡格法(UVLM)的改进算法.在算法中充分考虑翼面瞬时形变及诱导阻力等对MAV流场及气动力的影响,并在其尾涡模型中增加对尾迹涡环畸变及粘性耗散等的建模,使算法模型能更好地反映MAV的翼面气动状态.编程实现并通过实例验证了算法的有效性和快速性;为将UVLM引入MAV优化迭代,还研究了尾涡剔除对算法效率及精度的影响,结果表明在算法模型中剔除MAV尾部一定距离处的尾涡后,可在保证算法精度的前提下大幅减少运行时间,表明该算法在MAV结构优化中存在一定的潜力.     

柔性翼微型飞行器水平阵风响应特性实验研究

设计研制了一种飞翼布局的柔性翼和刚性翼微型飞行器,并在风洞中研究了两种微型飞行器在定常风和水平阵风作用下的气动特性,给出了柔性翼和刚性翼微型飞行器气动特性的差别.研究结果表明:不论是在定常风情况下,还是在水平阵风环境下,柔性翼的气动特性要优于刚性翼结构,柔性翼具有延迟失速和缓和阵风影响的能力,有利于稳定飞行.PIV测量结果表明:由于柔性翼的变形使刚性翼和柔性翼翼面上的流态不同,从而使微型飞行器的气动特性发生改变.     

柔性-刚性混合翼微型飞行器气动特性研究

提出了一种将柔性翼和刚性翼相结合的柔性-刚性混合翼微型飞行器新概念布局型式,通过与刚性翼微型飞行器的风洞对比试验研究了该新概念布局的气动特性.在此基础上,进行了柔性-刚性混合翼微型飞行器试验原理样机的飞行试验验证.风洞试验和飞行试验研究结果表明:柔性-刚性混合翼微型飞行器的新概念布局是可行的;与刚性翼微型飞行器相比而言,柔性-刚性混合翼微型飞行器具有更好的气动特性,对解决微型飞行器抗风稳定飞行问题是有效的.     

一种新的射频仿真目标位置控制方法与软件研究

针对射频目标仿真系统中目标位置的控制，本文通过对国内外目标位置控制的常用方法进行研究，提出一种新的通用目标位置控制方法，该方法适用于任何天线分布的面阵。利用这种新的方法编写了基于三元阵天线阵面的射频仿真目标位置控制软件，实现对多目标在天线阵面上多种轨迹运动下的高速准确的定位，并能实时监视目标的运动状态和运动轨迹。     

改进的圆形超宽带印刷单极子天线

给出一种新型紧凑的带陷超宽带印刷单极子天线,天线由圆形辐射贴片和有限接地平面组成。天线输入端驻波比小于2的带宽覆盖3．38-20GHz频率范围,具有16．62GHz的绝对带宽和142．7％的相对带宽。在整个频带范围内,方向图日面近似全向且对称。仿真与测量结果验证了该天线的优越性,该天线可以方便用于超宽带无线通信领域。     

仿生微型扑翼飞行器中的空气动力学问题研究进展与挑战

对仿生微型扑翼飞行器相关的空气动力学问题的研究进展进行了综述,并分析了未来发展面临的机遇与挑战。与自然界的飞行生物相比,目前仿生扑翼飞行器的飞行能力还很笨拙,距离高仿生还有较大距离。其中,所涉及的低雷诺数非定常空气动力学问题成为研究者在深入研究时面临的一个主要难题,关键在于数值模拟和风洞实验均难以准确模拟飞行中的实际状态。具体面临的难题主要包括:(1)仿生微型扑翼飞行器所处的雷诺数为103~105量级,属于对转捩与湍流非常敏感的区域,相关的气动机理复杂;(2)柔性翼在飞行中密切相关的动气动弹性问题;(3)高机动飞行导致的动气动弹性耦合飞行力学问题;(4)扑翼飞行的复杂姿态对飞控系统的挑战及反馈耦合算法的设计等。这些层层深入的多学科耦合难题导致了目前具备的研究手段难以为仿生扑翼飞行器的研究提供定量的分析与改进设计。在解决上述难题的基础上,未来可进一步在高机动灵活飞行姿态方面进行深入研究,对仿生柔性翼的刚度分布开展详细设计,使仿生扑翼飞行器具有像自然界飞行生物一样的主动变形能力,可在复杂的环境下具备高机动飞行能力,最终实现高仿生外形和性能的人造飞鸟或人造飞虫。     

GEO轨道兆瓦级空间太阳能电站接收整流技术研究

依据中国空间太阳能电站建设中远期规划和技术发展水平，预估兆瓦级电站发射天线口径为200 m左右，并根据收发天线口径尺寸的约束关系以与接收天线口径相关的波束收集效率和构建成本之间的矛盾为问题导向，通过研究不同口径的接收天线口面上功率密度分布，分析与之匹配的后端整流电路需求，给出了接收天线口径的优选过程。研究结果表明5 km为较合理的兆瓦级电站接收天线设计建设指标，且在整个接收整流阵列中仅需同一种整流器件，同样整流电路即可实现较高的整流效率，为实现兆瓦级空间太阳能电站（Space solar power satellite，SSPS）的演示验证系统论证提供了技术支撑。最后以此为基础研究了整流电路的设计实现，给出了适用于较低输入功率密度下提高整流效率的技术途径。     

一种基于天线虚拟运动的跳空扩频调制方法

为了加强无线通信物理层的传输安全,提出了一种基于天线虚拟运动的跳空扩频调制信号,采用天线的切换发射仿真天线运动,并且天线的切换方式由扩频码控制。利用天线开关函数产生的谐波分量构成一个空间扩频信号,这样发射的扩频信号不仅与发射信号使用的扩频码有关,而且与接收机相对于发射机的空间方位信息有关,是一种多天线跳空方式产生的扩频信号。最后给出了跳空扩频信号的频谱扩展性能、自相关性能、互相关性能、安全性能和多用户的通信性能,仿真结果表明跳空扩频信号为信息提供了一种更加安全的无线传输方法。     

基于目标威胁度计算的相控阵快速确认跟踪模式

机载相控阵雷达在探测远程、低空、高速目标时具有较大潜力。本文对机扫加相扫雷达环境下,如何充分发挥相控阵优势,提高机载雷达跟踪远程低空高速目标性能展开研究,在传统边扫边跟(Track while scan,TWS)技术基础上,给出了一种基于目标威胁度的快速确认跟踪模式。该模式采用有效的相控扫描策略,充分利用其波束捷变能力,通过相控回扫,一方面快速起始航迹,增加高威胁目标的跟踪距离;另一方面适当增加探测数据率,提高对远距高威胁目标的跟踪性能。仿真试验表明,新跟踪方法不但可以较好克服目标雷达散射截面积(Radarcross section,RCS)起伏影响,较快地起始和跟踪目标航迹,而且保留了TWS方法覆盖空域广的优点。     

基于单目视觉的室内微型飞行器位姿估计与环境构建

针对微型飞行器(Micro air vehicle,MAV)在室内飞行过程中无法获得GPS信号,而微型惯性单元(Inertial measurement unit,IMU)的陀螺仪和加速度计随机漂移误差较大,提出一种利用单目视觉估计微型飞行器位姿并构建室内环境的方法。在机载单目摄像机拍摄的序列图像中引入一种基于生物视觉的方法获得匹配特征点,并由五点算法获得帧间摄像机运动参数和特征点位置参数的初始解;利用平面关系将特征点的位置信息由三维降低到二维,给出一种局部优化方法求解摄像机运动参数和特征点位置参数的最大似然估计,提高位姿估计和环境构建的精度。最后通过扩展卡尔曼滤波方法融合IMU传感器和单目视觉测量信息解算出微型飞行器的位姿。实验结果表明,该方法能够实时可靠地估计微型飞行器的位置和姿态,构建的环境信息满足导航需求,适用于微型飞行器室内环境中的导航控制。