超高速碰撞碎片云的四序列激光阴影照相

为研究超高速碰撞过程中所产生碎片云的特性,在中国空气动力研究与发展中心超高速所碰撞靶上发展了四序列激光阴影照相系统.该系统由YAG激光光源、阴影仪、成像系统和控制系统组成,在采用多光源空间分离、偏振分光、光束角放大、补偿式滤光等技术后,获得了撞击速度v=4. 6km/s时碎片云的四序列阴影照片.笔者对该系统的工作原理、调试情况及试验结果进行了介绍.调试及试验结果表明:(1)该系统可以获得最小间隔为1μs、曝光时间为10ns的4个不同时刻的超高速碰撞碎片云图像,满足碰撞试验中对碎片云照相的要求;(2)该技术可以发展为更多序列激光阴影照相系统,并应用于其它超高速瞬态过程的测量显示.     

多序列激光阴影成像技术研究及应用

为获取超高速碰撞过程中弹丸的飞行姿态及碰撞所产生的碎片云特性,开展了多序列激光阴影成像技术研究。利用多光源空间分离、偏振分光、光束角放大和补偿滤光等技术解决了单色光带来的衍射和干涉噪声以及碰撞瞬间强烈的自发光干扰问题,并先后在碰撞靶上建立了2序列、4序列和8序列激光阴影成像系统。该系统可以获得最小间隔1μs、曝光时间10ns、像素1000万的多个不同时刻的超高速瞬态变化过程图像,并在超高速碰撞靶试验中得到应用,获得了2~7km/s 撞击速度时碎片云的多序列阴影图像,该序列图像清晰地描述了碎片云的轮廓发展变化过程。该技术以低成本的方式实现了超高速摄影机的功能,满足目前碰撞试验粒子的飞行姿态及碎片云显示需要,并可以应用于其它超高速瞬态过程测量及流场结构显示。     

基于多传感融合的自动钻铆孔位在线测量方法

为了获得飞机壁板自动钻铆中孔位的实际位置和法向信息,提出了一种基于视觉和激光测距多传感器融合的孔位在线测量方法,该方法可以实时获得钻铆任务的孔位偏差修正量,从而保证壁板钻铆质量。首先,通过建立视觉和激光测距传感器与钻铆机参考坐标系间的映射关系,获得了钻铆孔位在线测量的多传感器融合模型,给出了孔位位置和法向的在线测量原理。然后,为了简化标定过程和提高标定精度,设计了一种同时适用于视觉和激光测传感器的标定板,给出了位置和法向测量的标定方法。最后,测量试验表明,多传感融合的在线测量方法孔位测量位置误差≤0.2 mm,法向误差≤0.3°,能够满足飞机钻铆孔位测量精度要求。     

基于局域GPS的飞机惯性导航部件安装校准

对基于局域GPS的惯导安装校准测量点布设和激光发射器位置标定方法进行了研究.在对局域GPS测量不确定度分析的基础上,给出了满足惯导安装精度要求需安装激光发射器数量的计算公式.通过建模分析了局域GPS的测量精度,分析结果表明测量精度与接收到的激光发射器信号数量、激光发射器姿态及其相互位置等因素有关,当两发射嚣距离小于20 m,测量方位角在10～70°之间,局域GPS可获得较高的测量精度.最后阐述了基于局域GPS的惯导安装校准工艺步骤.应用表明:安装5个激光发射器,测量距离小于5 m,校准精度和效率均得到提高.     

基于UWB的增强非对称双边双向测距算法研究

本文对IEEE 802.15.4协议下室内环境中超宽带信号的精确测距能力进行了研究。针对传统算法无法满足实际应用场景中低功耗、高实时性和高精度的测距定位系统需求的缺点和不足,提出了一种增强非对称双边双向测距优化算法,通过数学分析从理论上证明了该算法的有效性,同时对由于时频漂移和频率漂移引起的测距误差进行了研究分析。最后使用超宽带模块进行了基于改进算法的测距实验,对实验数据进行分析发现通过数据拟合标定算法可以进一步改善测距精度,实验结果表明系统整体测距精度提高了88%。     

关于微小振动的激光多普勒测量

星载红外遥感器辐射定标时,由于空间模拟设备真空系统启动的产生的振动不可避免地对辐射定标光学系统产生影响,使光学元件偏离理想光轴,从而影响定标精度。为了衡量振动对光学系统的影响,需对真空系统启动时产生的振动进行测量,包括振动频率和振幅。采用了精度较高的激光多普勒测量方法,满足振动测量的要求。     

基于球空间极近距离障碍物的超声检测方法

以机器人工作空间的障碍物检测为研究对象，提出了一种不同于传统的超声测距的新的检测方法——研究球空间极近距离障碍物的超声波测距理论和利用相关算法进行信号处理实现抗多径干扰，提高了超声波测量的精度。利用特殊分布的超声传感器阵列进行超声测距和球面三点定位的原理，不仅可以检测出障碍物的空间距离，还可以检测出障碍物的空间方位。     

大型天线装配测量与实时反馈调整技术

针对大型天线在装配过程中共轴铰链空间位置难以准确定位和测量、传统测量方法容易受到天线杆件的干涉影响测量精度等问题，通过搭建大型天线装配测量与实时反馈调整系统，采用数字摄影测量技术对天线的面板、铰链和杆件的装配精度进行了测量，并将测量结果实时反馈给六自由度自动执行机构调整共轴铰链的空间位置，实现大型天线的柔性化、自动化和精准化装配。试验结果表明数字摄影测量相机的精度与激光跟踪仪的精度偏差不大于0.01 mm；六自由度自动执行机构对共轴铰链的位姿调整位移精度优于0.02 mm，角度精度优于0.01°，能够满足大型天线的装配和测量要求，该方法可以提高大型天线装配效率和自动化技术水平，为尺寸更大和结构更复杂的天线集成装配奠定技术基础。     

冰形表面激光光带中心线快速提取方法

在风洞结冰模型3D冰形测量中,激光三角测量法相对传统测量方法检测速度快、精确度高,具有极高研究价值。然而由于冰体对激光透射严重,影响激光中心线提取精度从而影响测量精度。针对此问题,提出一种冰形表面激光光带中心线快速提取方法。该算法具体实现步骤为:首先,采用基于三维块匹配去噪算法对图像进行降噪,并对图像进行视觉显著性计算,分割出光带区域;其次,求取梯度图并转换至频域空间,根据图像频谱特征求取能量中心区域;最后,对区域采用灰度重心法求取中心线亚像素级位置。采用冰箱冻结的半径已知圆柱冰块评估该算法,测得算法处理时效为28.57FPS,使用该算法的冰形轮廓重建精度达到0.017mm。实验证明算法满足冰形在线测量技术要求,为开展结冰实验中结冰生长过程在线三维检测技术奠定技术基础。     

基于激光雷达的机载设备安装姿态校准

现代飞机对许多的机载设备安装提出更高的要求,而传统的飞机机载设备安装姿态的校准测量方法在测量校准精度和效率上已不能满足这些要求,需要采用基于先进数字化测量仪器和技术测量校准方法。通过对激光雷达系统测量原理的分析,本文提出了一种基于激光雷达的机载设备安装姿态校准新方法。与传统测量校准方法相比,这种基于激光雷达的校准方法在减少和简化测量校准工序、提高工作效率和校准精度等方面具有显著优点,能够满足现代飞机制造对机载设备安装姿态校准的更高要求。     

KrF激光对高速飞片的驱动特性研究

利用诱导空间非相干技术平滑的KrF准分子(248nm)激光驱动带有烧蚀层的平面靶,研究激光空间均匀性对产生完整飞片的影响,结果表明激光不均匀性在2%以下,能够产生完整的高速飞片,且完整飞片能够维持20ns以上不破裂;当激光不均匀性达到5%,激光引入流体力学不稳定性种子应很强,冲击波在靶内输运过程中不稳定性不断发展增强,到靶背时强到足以使飞片解体甚至气化,不能产生完整的飞片。为了获得尽可能高的飞片速度,采用激光与烧蚀层参数不匹配方法,使冲击波对飞片作多次加速。利用功率密度为1012 W/cm2的KrF激光与含50μm Kapton烧蚀层的5μm铝飞片作用,得到速度约10km/s的高速飞片,与模拟结果吻合得很好。     

超高速碰撞碎片云的激光阴影照相技术

为研究超高速碰撞过程中所产生碎片云的特性，在中国空气动力研究与发展中心超高速碰撞靶上建立了激光阴影照相系统。该系统由YAG激光光源、阴影仪和成像系统组成，在采用补偿式滤光等技术后，获得了撞击速度v≈6km／s时清晰的碎片云图像。本文对该系统的工作原理、系统构成以及调试情况进行了介绍。试验结果表明：(1)该系统可以获得清晰的超高速碰撞碎片云图像；(2)扩束镜、成像物镜质量本身是影响碎片云激光阴影成像质量的主要因素；(3)各光学元件的不同结构及不同放置也会严重影响阴影成像质量。     

污染油液内颗粒图像在线监测系统开发

润滑或液压油液中的颗粒物携带着大量的机器系统运行状态和故障信息，通过对工作油液中颗粒的在线监测与分析，可以获得机器系统的磨损状况和液压系统的污染状况信息。本文综合运用了现代显微成像和计算机视觉技术，开发了污染油液内颗粒图像在线监测系统，并介绍了该系统的设计方案和设计原理。通过理论计算和实验分析，获得了该系统的性能指标。系统的成功开发，为基于油液分析的航空发动机状态监测和磨损故障诊断提供了先进的检测手段。     

基于案例推理和等价空间的定性/定量混合故障诊断方法

针对难以获得航天器控制系统的精确模型,采用基于知识的定性故障诊断方法也难以奏效的问题,采取定性/定量混合故障诊断的思路,将基于案例推理和等价空间故障诊断方法有机结合,建立定性/定量混合故障诊断模型,推出一种定性/定量混合故障诊断方法。以航天器姿态控制系统为对象进行故障诊断。验证结果表明,推出的定性/定量混合故障诊断方法能够发挥二者的优势,比任何单独一种方法的诊断效果都好。     

Whipple防护结构超高速撞击极限分析

空间碎片的超高速撞击可能导致航天器发生严重的损伤甚至灾难性的失效，由于近地轨道上空间碎片的增加导致航天器的安全受到严重威胁，必须设置防护结构予以防护。本文从动力学分析入手，初步建立超高速撞击时Whipple防护结构的撞击极限方程，得到了与撞击极限相关的参数以及参数之间的关系，为实验提供基础。本文方程得到的撞击极限曲线与已有方程的撞击极限曲线吻合较好。     

关于复杂自由曲面类构件铺放成形对刀策略

针对基于复杂自由曲面类构件的复合材料铺放成形技术领域中的对刀问题展开研究工作,对刀的策略和精度是判断构件模具制造精度和决定复合材料铺放成形质量的关键因素。借助设置在铺放头压辊处的激光测距探头,通过对位于模具上不同位置对刀点或校验点的探测,进行模具制造精度校核和对刀精准性判断。基于激光测距探头所探测数据,提出了针对一次性低成本模具和高精度可复用模具对刀点的设置方法以及对刀策略,利用该对刀策略进行翼身融合体的铺放成形实验进行验证,实验表明该对刀策略可有效解决复杂自由曲面类构件的复合材料铺放成形的对刀问题。     

空间目标监视雷达信号频率的优选准则

随着在轨微小卫星及空间碎片数量不断增加,为保证在轨卫星的运行安全,需要对微小目标进行有效跟踪探测及稳定编目。雷达作为近地空间目标监视的主用设备,在对厘米级小目标进行探测跟踪时,其工作频率是决定其能否可靠探测关键因素,高频有利于探测小目标,并可获得相对稳定的RCS,但高频信号的波束小、搜索能力较低,实现难度大,也使得成本过高。为适于实际工程应用,需从效费比出发,对频率进行优选。本文从目标RCS的角度提出一种空间目标监视雷达信号频率的优选准则,给出该准则下周长波长比ka的取值范围。为了更加清楚地说明该优选准则的应用,给出了直径5 cm和10 cm的目标在该准则下信号频率的取值范围,并与国外工作做了比较,证明该准则可行。