基于视觉信息的无人机自主着陆过程姿态角简化计算方法

研究了一种基于地平面算法的无人机着陆过程中姿态角估算的改进方法。通过地面坐标系到摄像机坐标系的转换矩阵、机体坐标系到摄像机坐标系的变换矩阵、机体坐标系到地面坐标系的变换矩阵求解,确定无人机的姿态信息;利用无人机着陆过程中跑道的图像地平线和跑道数据等特征提取,在获取摄像机姿态角的基础上,计算无人机的滚转角和俯仰角,用跑道特征来估算无人机偏航角;通过矩阵变换解算出无人机的姿态角,并通过仿真进行了实验验证。该方法对摄像机的安装位置没有特殊的要求,解除了传统方法对摄像机安装位置的限制,简化了无人机姿态信息的求解方法。     

一种用于仿生导航无人机航姿求解的混合滤波方法

针对现有组合导航系统易被干扰欺骗以及姿态求解精度不足的问题，设计了惯性测量单元(IMU)与偏振光传感器组成的航姿参考系统(AHRS)。同时，考虑到传统的姿态求解方法精度不高，提出了一种用于仿生导航无人机航姿求解的混合滤波方法。将Mahony滤波后的姿态值作为系统观测量，再结合扩展卡尔曼滤波(EKF)实现传感器数据的深层融合，以获得高精度的姿态角信息。实验结果表明：在静态环境下采用混合滤波方法求解的姿态值能有效滤除偏振光传感器和加速度计内部噪声干扰，其稳定性明显优于两种方法各自求解时的情况；在动态实验中该方法能有效抑制单独采用Mahony滤波时存在的超调问题，表现出更高的动态解算精度，从而为偏振光组合导航系统提供了更精确的姿态估计信息。     

飞机油量测量传感器的寻优布置

飞机油量测量传感器在油箱中的安装位置将随飞行姿态的变化而带来测量误差。本文对现代战斗机中的几种典型油箱,采用计算机仿真的方法进行优化布置使姿态误差最小或确定修正关系。仿真结果表明:对长方体油箱,若单根传感器布置在油箱的中心线时,将使姿态误差最小;对某机型油箱,给出了传感器安装位置与飞行姿态的误差关系;对对称梯形油箱,若布置2根油量测量传感器及选择合理的安装位置时可使姿态误差接近为零。上述研究为这类油箱的油量测量传感器的寻优布置提供了理论依据。     

飞机燃油油量测量及姿态误差修正方法

提出了一种基于 CAD技术的航空燃油油量实时测量方法。采用三维实体造型技术 ,建立了某飞机机翼油箱模型 ,利用油量传感器的输出值及飞机姿态信息 ,对燃油油量进行实时测量及姿态误差修正。     

基于稀疏光流的无人机自主导航方案

提出了在无已知地面合作目标的情况下,给出高精度导航信息的基于稀疏光流的无人机(UAV)自主导航方案。通过计算两帧图像间的稀疏光流场,融合捷联惯导系统(INS)/电子罗盘/高度表系统/激光测距仪等传感器测量数据,构造两个H∞滤波器,分别对高度、姿态角与水平面上的速度误差进行估计。本导航方案适用于诸如无人机低空飞行阶段、进近阶段等不宜布置人工或已知地面合作目标的场合。使用自主开发的"无人机自主着陆实时仿真验证平台"对该方案进行仿真,结果显示本方案能够有效地抑制惯导系统由于漂移而造成的位置估计误差,同时可以给出精确的高度、速度与姿态角估计值。     

一种无人机定距盘旋跟踪制导律及稳定性证明

对地面目标的定距盘旋跟踪问题是无人机（UAVs）在任务应用阶段需要面临的重要问题之一,如何在传感器信息受限的情况下完成跟踪任务是目前的研究热点。首先针对地面固定目标设计了一种仅依赖测距传感器的制导律,不再需要传统的视线角信号以及目标和无人机自身的定位信息;其次,设计了李雅普诺夫函数对该制导律的稳定性进行了严格数学证明;最后,将该制导律推广到对地面匀速和变速移动目标的跟踪制导。相比于现有制导律,所提出的制导律结构更为简洁,仅有一个设计参数,并且制导策略更为合理。仿真结果表明所提出的制导律能够实现无人机对地面固定和移动目标的稳定跟踪。     

基于不敏变换的动基座传感器偏差估计方法

提出了一种新的基于合作目标的动基座传感器误差绝对配准方法。该方法利用所获得的合作目标位置信息,将载体平台姿态角偏差转换为传感器测量偏差中的一部分,并建立偏差状态方程和测量方程。在此基础上,采用广义最小二乘方法以实现传感器测距误差的估计,不敏滤波的方法则用于实现平台载体的姿态偏差和角度测量偏差的实时估计。仿真结果表明,该方法实现简单,收敛速度快,可以实现单部动基座传感器的偏差估计。     

一种基于惯性/视觉信息融合的无人机自主着陆导航算法

无人机自主着陆过程中需要实时获得高精度的导航信息,对自主性、实时性的要求较高.现有的导航方式都存在各自的不足,且在室内等新型环境中不能使用.针对这一问题,提出了一种视觉/惯性组合导航算法.首先建立了世界坐标系下惯性导航的数学模型,随后通过Kalman滤波实现位置、姿态匹配,其中位置匹配完成速度误差、加表零偏的估计;姿态匹配完成安装误差角、陀螺漂移的估计,并利用估计得到的安装误差角和视觉导航系统输出的姿态信息对惯导姿态进行修正.仿真结果表明,该算法具有一定的工程应用价值.     

油量计算方法对油量测量系统姿态误差的影响分析

飞机油量测量系统的姿态误差与油量传感器的数量、位置和油量计算方法均有关系.在某型飞机的油量测量系统设计中,根据油箱布局和油量传感器的布置,提出了多种油量计算方法,并分析和比较了各种姿态下的油量测量误差,从中确定了最优的油量计算方法,为类似形状的油箱确定油量计算方法提供了参考.     

基于姿态角信息的载体升沉位移测量

随着对海洋探索的逐步加深,人们对水面船舶及水下潜航器动态信息测量精度的要求越来越高.特别是水下潜航器,在无外部高度信息注入的情况下,潜航器的高度将由惯性导航系统进行测量.为了消除高度通道发散,提取因海浪波动造成载体的真实升沉信息,首先使用H∞ 控制理论进行载体精对准,实现了姿态角的精确测量.其次,通过姿态角信息提取海浪波动的信息,并根据海浪波动特性进行自适应滤波器设计,进而对惯性导航系统天向加速度信息进行滤波处理,得到升沉信息.最后,将原始信息通过Matlab的filtfilt函数进行事后处理,并作为基准信息进行比对.结果显示,该方法得到的升沉信息与基准升沉信息误差为厘米级.     

基于SPH的小型飞机水上迫降姿态数值仿真

适航条例中要求飞机必须具备良好的水上迫降性能。早期主要通过试验方法研究飞机的水上迫降性能,但是试验耗资巨大、时间周期长。采用一种新型的数值模拟方法研究飞机水上迫降问题,利用光滑质点流体动力学(SPH)方法模拟三级波浪,建立小型飞机水上迫降模型。考虑到飞机姿态角和起落架收放状态对迫降性能的影响,建立7种计算工况,模拟得到相应的加速度响应和姿态角变化。以飞机在迫降过程中应该受到较小的加速度响应和姿态角变化为依据,通过对比分析计算结果,最终给出12°姿态角、起落架收起为最优迫降状态的结论,为飞机迫降的入水姿态提供技术支持。     

某型无人机火箭弹射起飞俯仰姿态角优化设计

某型无人机在火箭助推起飞过程中,为了能在火箭助推末端使无人机达到一定的高度和速度,并且较好地控制俯仰姿态角的变化,必须对发射角和火箭在无人机尾部的安装角进行优化设计。计算结果表明,优化设计在很大程度上能满足无人机弹射起飞的技术需要。     

穿越微下冲气流的飞翼布局无人机控制方法

微下冲气流是最危险的低空风切变形式,为在起降阶段安全穿越该气流,飞翼布局的无人机控制律应具有快速响应能力和良好的鲁棒性。针对大展弦比飞翼布局无人机舵面附加升力大和低速状态俯仰操纵效能低的特点,提出了舵面附加升力和机体气动力相结合的复合控制方案,改进了以输出误差为参考量的非线性指令分配策略,设计了基于迎角保护的指令分配策略。将风干扰和模型的不确定性视为未知扰动,采用自抗扰控制(ADRC)理论设计飞翼布局无人机非线性控制律,使之对风干扰和模型的不确定性进行估计补偿。仿真结果表明,复合控制与ADRC相结合的方法加速了航迹倾角的单位阶跃响应速度,使上升时间缩短了64%,同时能够实现对风干扰的有效观测和补偿,使高度损失低于2m;能够在风切变中有效保护迎角,使其维持在5.5°以内。因此,该方法能够为飞翼布局无人机安全平稳地穿越微下冲气流提供一种参考方案。     

移相干涉技术用于运动姿态精密测量

针对测量系统运动中姿态测量的需求,提出了一种利用移相干涉技术测量角度的方法来实现运动姿态的准确测量。建立了由组合式移相干涉仪为主的三轴转角实验装置,该装置测量角度的分辨力优于0.006″。采用实验装置对微位移工作台运动过程中的姿态变化进行了测量,得到了工作台移动中绕三轴转角变化的测量结果,并利用激光小角度干涉仪进行了相关测量点的对比实验,数据最大偏差0.03″。实验结果验证了利用移相干涉测角法可以实现运动中姿态的精确测量。     

升力风扇无人机动力补偿系统设计与分析

升力风扇无人机具有独特的动力系统,对升力风扇无人机着陆过程的动力补偿系统的设计与分析显得尤为重要。建立升力风扇无人机纵向状态方程并进行简化,在此基础上构建动力补偿控制基本结构,针对升力风扇无人机的特点建立多种补偿相结合的动力补偿系统并对其进行仿真分析,表明迎角恒定的动力补偿系统比速度恒定的动力补偿系统响应时间短,但是存在阻尼不足的问题。针对阻尼不足造成的震荡问题,结合升力风扇无人机自身的特性进行纵向过载的反馈以及在扰流片参与下的动力补偿,结果表明补偿后的飞机运动模态阻尼良好,有效地增加了航迹角对姿态角的跟踪精度。     

低层风切变对大型运输机自动着陆的影响

本文用线性控制系统的最佳理论求解飞机在着陆拉平过程中的最佳控制规律(包括升降舵操纵杆和油门杆角位移控制),使飞机安全着陆且纵向偏离和下沉率偏离最小。计算中考虑了水平向对数型风切变和下降气流的影响;并可以分别采用纵向空速u_(as)、高度h,下沉率h和姿态角θ等不同的跟踪方法减小风切变对飞行的影响。本文用此法对某飞机在着陆拉平过程中的特性进行进行了计算。     

小型电动无人机深失速回收仿真研究

对几种典型的小型无人机回收方式进行了比较,针对小型电动无人机翼载荷较小的特点,深失速回收方式具有明显优势,并给出了具体的深失速回收方案.通过分析大迎角情况下无人机的动力学模型,推导了在深失速情况下无人机的状态方程,建立了无人机深失速回收仿真模型,并以某型近程电动无人机为对象,在Matlab/Simulink中对深失速模...     

月球着陆器软着陆状态跳跃半主动控制

 将磁流变阻尼器应用到月球着陆器着陆机构中,进行减震与缓冲。考虑到着陆初始姿态角的不定和月面斜角的未知,建立起着陆器软着陆动力学模型。基于磁流变液在高速流与长冲程时的阻尼特性,分析了磁流变阻尼器的力学特性。应用安全角面的概念定义安全着陆所要求的着陆初始姿态角与月面斜角之间的关系,建立状态跳跃控制策略,实现软着陆半主动控制。通过与某型被动控制的着陆器进行对比分析,研究了半主动控制。研究结果表明：当允许的最大加速度响应不超过8g时,磁流变半主动状态跳跃控制的安全角面为理想安全角面的0.977 4,是被动控制安全角面的4.2倍,最大加速度变化的相对标准差为被动控制的0.59;而且当着陆初始姿态角以及月面斜角很大时,月球着陆器姿态角变化少,保证月球着陆器平稳着陆。     

提高飞行器姿态角计算精度的方法研究

分析了传统的通过方向余弦矩阵、四元数形式的飞行器转动微分方程数值积分结果确定姿态角方法的不足,介绍了基于改进的牛顿法确定飞行器姿态角的方法.基于多次测量均值效应原理,介绍多使用上述两种方法中的元素提高飞行器姿态角计算精度的算法及仿真结果.     

月球探测器姿态大角度机动的反作用轮控制

研究了月球探测器转速与控制力矩受限的姿态大角度机动问题。根据时间变尺度思想，提出了双回路反馈的姿态大角度机动控制方法。以某型月球控测器为例，对该方法进行了仿真验证。结果表明，利用该控制方法，可使探测器以期望的角速度转动，从而完成探测器的姿态大角度机动。