基于3DS MAX模型的无人直升机实时监控系统三维建模

分析OpenGL中三维建模的主要方法,结合共轴式无人直升机实时监控飞行系统的设计需要,得出利用3DS MAX的输出模型进行三维建模可以大大提高效率。分析3DS MAX主要输出文件的结构,指出OpenGL建模所需的要素。设计并实现了3DS MAX到OpenGL的模型转换模块,能够分离出3DS MAX场景中的三维模型,为在实时监控系统中再现3DS模型并构造监控飞行系统的三维场景提供灵活性。     

单星对卫星仅测角被动跟踪的三维可观测性研究

单个卫星观测器对卫星的仅测角被动跟踪技术在空间目标监视中具有重要价值。研究了单个卫星观测器对卫星仅测角被动跟踪中的重要理论问题——系统可观测性问题。在三维情况下基于角度测量信息建立了目标加速度由其位置、速度确定的运动模型,推导了该模型的系统可观测充要条件,最后严格证明了三维情况下单星对卫星的仅测角被动跟踪系统满足上述可观测充要条件。
     

面向自动驾驶仿真的虚拟LiDAR传感器建模

在自动驾驶仿真领域，虚拟传感器输出数据的精准度是仿真结果可靠性的重要保障。激光雷达（LiDAR）作为车辆环境感知的关键传感器，其采集的点云数据的准确性是实现车辆对三维环境理解的关键。但在虚拟环境中，通过3D渲染技术模拟的点云数据难以真实反映传感器在复杂工况下的变化规律。本文提出一种用于自动驾驶仿真的虚拟LiDAR传感器建模方法。该方法首先基于Unity 3D引擎构建LiDAR的几何测量模型。其次，结合真实传感器的衰变特性推导简化的LiDAR物理模型。最后，基于蒙特卡罗方法在随机模型上对仿真数据进行噪声模拟，从而实现高保真的LiDAR数据输出。所提出的方法可结合精细化的虚拟场景进行数据验证，实验结果表明：该方法能够有效地在虚拟环境下模拟LiDAR数据，从而应用于自动驾驶仿真算法验证过程。     

基于点云的非合作航天器位姿测量方法研究

针对已有基于二维影像的非合作航天器定位定姿方法在目标适应性和稳定性方面的不足,研究了一种基于三维点云的位姿测量方法。提出一种考虑累积误差的参数传递法进行序列点云的配准,用参数传递法获得初始值,在初始值的引导下与基准模型进行快速精确配准,实现了基于实时三维点云的相对运动跟踪,获得了较高的解算精度,方法利用目标的几何形状信息,有更好的普适性和稳健性。分别以仿真模型和现场模型作为测量对象进行位姿跟踪实验,用扫描仪获取动态卫星模型的三维点云并进行位姿解算,测量的运动轨迹与设计值吻合度较好,表明所提方法有较好的稳健性和较高的精度。     

航天器非合作目标相对导航的联邦滤波算法研究

提出了一种适用于空间机器人在轨对非合作目标进行测量的“激光测距仪+可见光 测角相机”组合的联邦卡尔曼滤波相对导航算法。分析了激光测距仪和可见光相机进行非合 作目标测量时存在的问题,为此设计了一套包括分别基于测角信息和测距信息的子滤波器, 以及进行子滤波器数据融合的主滤波器在内的联邦卡尔曼滤波器,并提出了具体的判据来对 子滤波器进行“条件重置”。仿真实验数据表明该联邦卡尔曼滤波器能够在部分目标测量设 备的输出出现暂时故障情况下输出较为平稳的相对导航数据,并且滤波算法具有较好的容错 性。
     

弹道中段微动目标宽带回波模拟

弹道中段微动目标的回波中蕴含了目标的电磁特性和运动特性,为雷达目标识别提供了重要依据。本文研究了中段微动目标的宽带雷达回波模拟问题,提出了一种基于散射中心模型的回波模拟方法。通过对弹道中段目标的运动特性进行建模,分析了目标微动时各散射中心的位置变化规律,针对旋转对称体目标的外形特征,将目标的进动等效为二维平面内的转动,并基于物理光学法提出了一种计算散射中心遮挡效应的方法,解决了目标运动过程中姿态变化带来的遮挡问题。仿真实验与暗室测量数据的对比结果表明,所提方法可以有效模拟目标微动时各姿态的回波数据,为中段目标特征提取、目标识别提供了技术基础。     

实时嵌入式软件系统测试需求建模研究

使用形式化语言构建测试需求模型,有助于提高系统测试的自动化程度.UML状态图具有形式化特征,适合复杂系统详细行为的描述.本文基于面向对象思想,以状态图为核心技术,结合类图,提出了一种适合实时嵌入式软件的系统测试需求建模方法.该方法对被测软件系统的静态结构和动态行为进行建模,能清晰、完整地描述测试输入信息,包括前置条件、接口数据、激励事件、过程描述、后置状态等.并通过相关的建模机制实现了对实时性、并发性、时序性及数据反馈等约束特征的描述.基于该方法生成的需求模型,结合一定的测试用例生成策略,可以自动生成测试用例.作为示例,本文结合该方法对某飞行器控制功能进行建模,模型具有简洁、直观、易用的特点.     

卫星在轨相对三维微角度高精度测量方法研究

为满足卫星由于在轨变形导致的有效载荷偏离基准指向的角度测量需求,文章提出了一种基于位移计的三维微角度测量方法,机械结构小巧且测量精度较高。该方法采用连接悬臂将被测物体的旋转传递给测量装置,使用位移计测量多个面上相应测点的位移变化,通过测点位移与转角的关系求解面间的相对偏转,从而得到被测物体之间的相对转角。文章通过仿真计算验证了数学模型的正确性,分析了各误差源对最终测角结果的影响,并在此基础上进行结果拓展,得到被测物体的微小位移。最后通过原理样机进行了实验验证,测角误差在5″以内。     

激光成像系统实验研究

为解决激光脚点（laser footprint）在光学图像中的定位问题,建立分析模型,构建了集成激光测距机和CCD摄像机的实验室激光成像系统;通过实验,对采集的数据进行了图像配准和融合,反演出被测目标三维图像,包含了被测目标高程与灰度信息。     

利用双目箭载图像测量目标位姿方法研究

研究箭载图像中的目标位姿测量方法,可作为箭上物理量测量的一条新途径。首先,使用STK软件仿真运载火箭级间分离过程,输出箭载视角双目仿真图像。然后,应用SURF/MSER方法对双目图像中的特征点进行检测、匹配、筛选,基于双目视觉测量模型解算特征点的空间坐标。最后,选取目标中心点描述被测目标位置,选取与分离面平行平面上的三点解算被测目标姿态。实验结果表明,方法可有效地测量箭载图像中目标的位置、姿态,为未来工程应用实现打下基础。     

一种基于功率测量的相控阵天线校准方法

文章研究了一种基于功率测量的相控阵天线校准方法,该方法要求探头和被测天线固定,在移相器状态切换的条件下,利用测量探头接收的微波信号功率,测定出各单元初始激励的相对幅度和相对相位。由于不需要相位测量,可以保证测量稳定进行,尤其可以解决高频时相位测量精度问题。最后模拟了应用该方法对相控阵天线进行校准的全过程,模拟结果表明,该方法是正确有效的。     

基于CAD三维模型几何特征简化的卫星桁架结构快速建模仿真与试验验证

为提高卫星桁架结构设计过程的仿真建模质量,优化仿真过程对三维模型信息的利用方式和效率,文章提出一种基于CAD三维模型几何特征简化的卫星桁架结构快速建模仿真方法,并给出分别采用梁单元和壳单元建模的路径及软件界面。将该方法应用于某卫星结构的仿真建模,得到了三维有限元模型模态分析数据,其与力学试验数据的对比结果表明:横向模态分析与试验误差最大,为6.07%;各方向误差均满足指标要求。基于CAD三维模型几何特征简化处理的卫星桁架结构快速建模仿真方法合理可行,建模过程便捷、高效,数据可信。     

基于三维有限元的火箭模态振型斜率预示方法研究

振型斜率火箭是姿控系统设计的重要参数,对飞行任务的可靠性与安全性有着至关重要的作用。依据全箭动特性的测量原理及参数定义,结合三维有限元建模方法和模型修正技术,全面考虑了速率陀螺、惯组安装位置处的局部刚度对振型和振型斜率的影响,建立了基于局部细节精细化建模的全箭模态振型斜率预示方法,并总结了3种不同的振型斜率提取方法,提高了振型斜率的预示精度。同时提供了三维模型振型一维化的方法,解决了使用三维有限元模型计算弹性运动方程式系数的难题。     

空间翻滚非合作目标相对位姿估计的视觉SLAM方法

针对空间翻滚非合作目标相对位姿测量中目标先验信息缺失和模型不确定问题,将移动机器人视觉同步定位与建图（SLAM）贝叶斯滤波估计模型推广到非合作目标相对位姿测量中,提出一种基于视觉SLAM的翻滚非合作目标相对位姿估计方法。首先,构建了相对位姿估计的贝叶斯滤波状态转移模型和量测更新模型。其次,为避免平动噪声协方差过大导致滤波性能下降的问题,对状态转移方程进行优化,采用最小二乘估计方法预测位置参数。最后,采用一种联合无损卡尔曼滤波和粒子滤波的贝叶斯滤波方法实现了目标全部位姿参数的快速平滑估计。基于计算机合成图像数据和真实图像序列的仿真实验表明：提出的方法具有较优的速度和精度,且对目标速度变化、特征提取和数据关联误差等具有较好的鲁棒性。     

高轨失稳目标单载荷相对位姿测量方法

针对线阵扫描型激光雷达在探测高轨失稳目标过程中,发生时空非定常点云数据畸变,而需多载荷协同方式测量相对位姿问题,提出一种激光雷达同向差分扫描测量方法。该方法基于运动目标畸变点云信息瞬时拓扑结构不变性,首先对相邻两次扫描的畸变点云进行配准来获取目标运动增量、解算目标瞬时运动参数。其次,逐条恢复畸变扫描线点云所处目标真实几何位置、完成目标三维重建。然后以目标三维模型为初始位姿基准,通过设定增量次数阈值不断更新位姿基准实现误差自标定。最后通过叠加位姿增量获取目标相对位姿。该方法在缺失非合作目标先验信息的情况下,仅使用单一载荷,不仅实现了目标三维点云模型的重建,而且精确测量了空间非合作目标相对位姿。     

一种多制式传感器数据融合算法

针对一有三坐标雷达、两坐标雷达和红外探测器三种传感器的分布式多站多目标跟踪系统，提出了一种多制式传感器数据融合算法。算法以测量间最小距离为关联度，对测量集间的相似程度进行度量，用极大似然法估计目标位置，通过融合方法求得目标三维航迹。在作状态估计时，采用两组非线性卡尔曼滤波切换提高融合精度。     

一种机动目标无源定位的新方法

目前对仅用测角信息的单站无源定位问题的研究,主要是基于固定辐射源目标以及匀速直线运动的辐射源目标,而在实际应用中目标常常是机动的.由此,提出了一种可调白噪声UKF方法.该方法在机动目标跟踪中使用可调白噪声模型方法,它不需要假定目标的机动加速度模型,而是通过检测跟踪滤波器归一化新息平方来调整过程噪声,从而实时地修正估计结果.同时算法对量测模型非线性问题采用UKF予以解决,不仅能克服EKF中引入的较大线性化误差对机动目标跟踪算法性能的影响,而且算法实现简单.最后将该算法与三种机动目标被跟踪算法相比较,仿真结果验证了提出算法的优越性.     

一种机动目标无源定位的新方法

目前对仅用测角信息的单站无源定位问题的研究，主要是基于固定辐射源目标以及匀速直线运动的辐射源目标，而在实际应用中目标常常是机动的。由此，提出了一种可调白噪声UKF方法。该方法在机动目标跟踪中使用可调白噪声模型方法，它不需要假定目标的机动加速度模型，而是通过检测跟踪滤波器归一化新息平方来调整过程噪声，从而实时地修正估计结果。同时算法对量测模型非线性问题采用UKF予以解决，不仅能克服EKF中引入的较大线性化误差对机动目标跟踪算法性能的影响，而且算法实现简单。最后将该算法与三种机动目标被跟踪算法相比较，仿真结果验证了提出算法的优越性。     

虚拟三维地形模型的建模技术研究

三维地形建模技术是视景仿真系统开发的关键因素。为了缩短地形建模时间和提高地形模型的真实性,提出了一种基于Terra Vista的地形建模方法。该方法将获取的数字高程模型（DEM）数据、文化特征数据及其遥感影像数据进行融合,并通过地形转换算法及矢量数据的映射生成比较真实的三维地形模型。测试结果表明,该方法快速、高效地生成了三维地形模型,并为三维地形建模的进一步研究提供了参考和依据。     

一种通用的设备转动惯量测量方法

在航天领域的控制系统半实物仿真试验中,经常需要获取某些参试设备的转动惯量以进行姿控系统设计.通常这些设备的形状不规则并且内部质量分布不均,仅采用基于外部形状的三维建模方法难以获得较为精确的转动惯量.本文以某项目地面气浮仿真试验中参试设备转动惯量的测量为应用背景,在GJB361A-97关于三线悬吊法测转子转动惯量的基础上.提出了一种通用的不规则设备的转动惯量测量方法,该方法通过简单的测量步骤对形状不规则、质心不确定、质量分配不均、内部构造复杂等参试设备的转动惯量加以精确测量.测量结果表明,该方法所测转动惯量完全能够满足姿控系统设计的相关指标要求.