基于ADS-B的航空器测高系统误差评估方法

针对基于广播式自动相关监视(ADS-B)数据的航空器高度保持性能监控中测高系统误差准确评估问题,提出了基于核平滑和混合正态分布模型的数据平滑和拟合分析方法。提出了ADS-B信息低分辨率高度数据的核平滑方法,通过比较分析得到了数据平滑的最优窗宽,基于实测数据的分析证明了该方法对于航空器测高系统误差评价的有效性。针对航空器使用的2套独立的测高学设备具有不同的高度保持性能分布特征的问题,提出了基于混合正态分布模型的拟合分析方法,实测结果表明,该方法可以准确拟合航空器测高系统误差的双峰特征。本文所提出的方法已经在中国RVSM航空器高度保持性能的实际分析中使用,分析结果满足国际民航组织的相关要求。     

激光位移传感器高速数据采集与处理系统设计

介绍了基于FPGA和单片机的激光位移传感器高速数据采集与处理系统的工作原理与软硬件设计,该系统采用FPGA作为核心控制器,主要完成A/D转换时钟控制、CCD像点位置提取、数据缓冲异步FIFO三部分功能。单片机负责键控、显示以及系统协调。这种基于FPGA和单片机的同步采集、实时读取采集数据的方案,可以提高系统采集和传输的速度。该硬件电路结构简单、成本低廉、可靠性高、功耗较低,满足了实际应用中的要求。     

基于FPGA+DSP的X射线脉冲星导航原理样机的设计与实现

为了验证X射线脉冲星导航算法在星载计算机环境下的实时性和适用性,设计了基于FPGA+DSP架构的X射线脉冲星导航原理样机,导航原理样机中的FPGA用于系统的逻辑控制以及光子数据的存储;DSP则用于将接收到的光子数据进行转换、脉冲折叠、脉冲数据互相关处理、数据插值以及最小二乘滤波等算法。最后搭建了X射线脉冲星导航地面半物理仿真系统,系统以光子到达时间残差作为观测量,结合卫星轨道动力学模型,基于滤波算法实现航天器的导航定位。仿真结果表明,导航位置误差优于10 km,速度误差优于1 km/s。     

一种新型井眼轨迹连续测量方法

为实现井眼轨迹自主、高精度测量,提出了基于改进航向姿态参考系统的井眼轨迹测量方案,采用2个单自由度陀螺仪和3个加速度计组成惯性测量单元,由惯性测量单元输出数据计算姿态角,在此基础上利用放下井绳长度已知的特点,采用空间坐标积分的方法,计算井眼轨迹的三维位置信息.仿真结果表明:算法克服了惯性导航定位误差随时间发散的缺点,有很高的定位精度.所述方案减小了测斜仪的体积,降低了成本和功耗,适于井下应用.     

基于FPGA&1553B的星载数据采集系统设计

卫星在轨工作时因尘埃撞击、作动机构动作引起的颤振的高精度准确测量,对实现振动补偿、图像修正,进而提升遥感卫星的对地分辨率具有重要意义。本文基于FPGA和1553B总线的架构,设计了用于在轨卫星颤振测量的数据采集系统,对系统的多路同步采集、存储、传送以及抗辐射可靠性等关键问题进行了详细分析和设计,并通过硬件设计实现及试验验证了系统的功能。测试结果表明所涉及的数据采集系统样机满足星载测试要求。     

原子钟频率稳定度测试中的噪声处理

原子钟的测量噪声会被引入到频率稳定度评估过程,尤其是对中短期频率稳定度的影响更大。重叠Allan方差可以克服调频闪变噪声和调频随机游走噪声随时间变化出现的非平稳问题,但由于受到测量噪声的影响,评估结果仍会出现误差。为此,本文通过对原子钟的数学模型和噪声特性进行分析,提出了原子钟频率稳定度评估的加窗平滑噪声处理方法,通过对时差观测序列合理的加窗设计和平滑处理,抑制测量噪声对评估结果的影响。实验结果表明,利用铷钟观测序列的100点平滑可以有效地提高短期频率稳定度结果（100~1 000）s的可信度。     

基于星载AIS数据的TEC测量方法

基于星载船舶自动识别系统（AIS），提出一种计算全球电离层电子总含量（TEC）的方法。通过在卫星上搭载两个相互垂直的线极化天线，测量AIS信号穿过电离层时的法拉第旋转角，再通过法拉第旋转角与TEC的关系估算TEC。基于天拓五号卫星的AIS数据进行了实验验证，并分析了硬件设备误差和观测参数误差对结果造成的影响。实验表明，本方法测量出的TEC值与基于全球定位系统（GPS）测量的TEC值差值平均为0.762 TECU，证明了此方法的可行性。与现有的TEC测量方法相比，该方法只需利用现有的AIS系统，无需部署地面站，可大幅提高数据更新速率。      

小型仿生人工手指触觉感知系统设计

针对目前触觉传感器电路复杂、体积大等问题，设计了一套基于导电液的小型仿生手指感知系统，实现了同时测量温度、三维力、压力等物理信息的功能。系统由单片机数据采集电路、触觉电极阵列电路、温度传感电路和压力传感电路等组成。针对被采集信号的特征，设计了信号调理电路，对信号进行了转换及滤波；设计了FPC接口和板对板接口，将各硬件模块进行了有效的衔接，使得电路结构实现了高度一体化；为了实现数据处理和传感器融合，将由手指传感器测量的触觉感知信息通过USB传输给了上位机，并设计了上位机软件，以显示和存储采集到的数据。实验结果表明，该系统能够实现对温度、压力、三维力数据的快速采集、传输和处理。     

基于功能建模的含FPGA电路板测试方法研究

由边界扫描和非边界扫描器件组成的非完全边界扫描电路板普遍存在,其故障检测与隔离是板级维修测试的难题。基于边界扫描和数字I/O的测试方法无法完成整板功能测试,提出了一种基于功能建模的含FPGA电路板测试方法。首先在FPGA开发环境中生成VITAL模型,实现其功能建模;然后将配置文件和VITAL格式数据导入LASAR,完成电路板的好板仿真和故障仿真,并生成后处理文件;最后在ATE上调用后处理文件,实现含FPGA电路板的自动测试和故障诊断。该方法无需更改测试系统软硬件,可实现该类电路板的功能测试。     

无人机大气数据高速检测系统的设计

无人机大气数据(高度、空速)的检测速度关系到飞行控制系统的性能。选定传感器模块后,要从采集前端提高检测系统的速度较困难。基于GM8123芯片建立的数据检测系统,提出了运用串口扩展技术提高数据传输速率,进而实现系统对数据的高速采集和处理。实验证明:本系统对于提高无人机大气数据检测的动态性能,提高测量精度有较高实用价值。     

国产工业摄影测量相机精度测评CSCD

专业的工业摄影测量相机作为摄影测量的基础,其成像质量对测量精度有着直接的影响。目前,国内的专业摄影测量相机的发展比较缓慢,且质量参差不齐,研究合适的测试方法对国内专业测量相机的精度进行测评已刻不容缓。以CIM-1相机为例,从坐标重复性、标准长度等方面对国内工业摄影测量相机的精度进行了分析研究。通过与目前国际上比较认可的INCA相机进行了实验对比,并对实验结果进行了分析评价,得到一些比较理想的结论。为我国工业摄影测量系统检定规程的制定提供参考依据。     

基于多模型的不等长序列数据关联算法

单模型在处理不等长序列数据关联时不能兼顾计算精度、复杂度和抗扰性,为此提出了基于多模型(MM)的不等长序列数据关联算法。将基于滑动窗口和动态时间弯曲(DTW)的不等长序列相似度度量模型作为MM的输入模型,以2种模型计算得到的时似变化比作为模型判断指标进行模型转换,实现了2种模型的优势互补,并得到模型的应用条件,最后输出MM作用后的不等长序列相似度,以此作为关联指标进行关联判定。仿真实验验证了MM关联算法在处理不等长序列数据关联的有效性,并对序列长度和突变率变化对关联效果的影响进行了分析。     

柔片式密封数值计算及性能分析

针对高速转子柔片式密封系统,建立了密封区域流场的数学模型,采用一种修正的压力耦合方程组的半隐式方法(Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations Revised, SIMPLER)算法和有限差分法对数学模型进行数值求解,构建了柔片式密封性能分析程序,得到密封系统的压力场分布、速度场分布及泄漏量等,研究了不同结构参数和工况参数对密封性能的影响.分析结果表明:泄漏量随密封压差的增大呈线性增长趋势,而随转子转速的增大略有减小;增加柔片宽度、减小柔片长度、减小前/背板-转子间距均对降低密封系统的泄漏量有益,而柔片安装角度的变化则对密封系统的泄漏量影响不明显.基于流场的结果,柔片和转子的动力学响应将被研究.      

气液鼓泡床反应器中气泡行为光纤探针测量方法

本文分别采用电导探针和光纤探针测量气液鼓泡床反应器中的气含率、气泡速率和气泡弦长等气泡行为,结果表明光纤探针对气泡具有响应迅速、阶跃显著的特点。将光纤探针信号进行方波化处理,探针在气相中的采样点数与总采样点数之比即为局部气含率,再沿径向积分可得平均气含率,以压差法测得的平均气含率为基准,光纤探针比电导探针准确性更高。将改造后的光纤探针应用于高温、高压、液相为有机体系的气液鼓泡床反应器,测得该反应器的气含率呈中心及边壁低、0.4倍半径处最大的抛物形分布。因此,开发的光纤探针可用于高温、高压、液相有机体系中气泡行为的测量。     

在轨加注用超声波流量计的设计与试验

针对航天器在轨加注对推进剂流量的精确测量要求,研制了在轨加注用超声波流量计。在对传播时间法研究的基础上,提出流量计管路布局的设计要求,采用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)的方法模拟4种不同管路布局(直角型、45°锐角型、直线型和圆弧型)对流体速度分布的影响,对比得到了优化的管路布局。信号处理电路使用斩波稳定比较器,通过阈值比较法,保证了传播时间的测量精度。流量计经标定后,在量程（0～150g/s）范围内可达到0.1%的测量精度。为了验证在轨加注过程中流量计的作用,在地面环境下进行了在轨加注地面模拟试验,试验表明超声波流量计在推进剂在轨加注中使用是可行的和必要的。     

基于距离信息修正的自由段弹道预测法

雷达具有测距精度比测角精度高的特点,充分利用这种测量的不对称性,提出一种基于距离信息修正的自由段弹道预测法.该方法是在雷达观测的弹道导弹自由段运动数据的基础上,采用滑动窗口中点平滑法处理观测数据,再次利用距离信息对轨道根数进行动态微分修正,提高观测数据的利用率和弹道预测的精度.仿真试验表明,该方法明显优于基本椭圆弹道法,大大提高了弹道预测的精度.      

靶场光电外测数据修正及弹道精确复现方法

在导弹实验靶场采用多套光电外测设备测量弹道时，一方面不同设备在交接工作时会引起位置偏差；另一方面，利用位置参数中心微分平滑方法解算速度和加速度时,存在跳变和噪声过大的现象。二者都会导致测量的弹道与实际飞行轨迹不符,不利于与内测参数进行精度比对。本文针对光电外测设备交接引起的外测偏差，分析了误差主要是由常值误差、时间不对齐误差和随机误差组成，提出了多站交接点位置偏差分段修正方法，并且利用多项式拟合的算法对速度噪声平滑。最后，采用导弹试验的光电外测数据进行方法验证，修正了交接设备带来的位置偏差，较好地复现了飞行器的飞行弹道，既保证了弹道曲线的连续性，又满足了弹道的平滑性。     

基于视惯融合的大型空间碎片质心位置辨识

大型自由翻滚碎片的质心是在轨操作基坐标系下的不动点，也是碎片连体基下动力学参数向卫星坐标系转换的基准，对其精确识别是提高碎片动力学参数辨识精度的关键。提出基于惯性单元测量数据与双目视觉定位数据融合的大型空间碎片质心位置识别方法。基于无力矩欧拉方程，获取附着到空间碎片表面的惯性单元间转换关系，利用该转换关系对惯性单元冗余测量数据优化，再优化求解惯性单元到质心点距离；利用双目视觉获取惯性单元上标记点动态坐标，再利用惯性单元到质心点距离，基于三点定位原理识别大型空间碎片的质心位置。以加入高斯白噪声的惯性单元与双目视觉测量数据进行仿真，结果表明优化解算后惯性单元实时测量数据的误差降低到1%以下，解算的质心位置三轴误差小于0.47mm；开展了地面试验，结果表明，解算的质心位置三轴误差小于0.49mm。仿真和试验证明，该方法能够为大型空间碎片的消旋、捕获任务提供准确的数据基准。     

位标器陀螺转轴静平衡测试系统设计

为了对位标器陀螺转轴的静不平衡量及其分布的角位置进行测试,研制了一种位标器陀螺转轴静平衡测试系统.该系统通过调整夹具的方向使得位标器的被测轴与转台水平轴平行安装,测控系统驱动转台依次转至预先设定的36个锁定角位置处,在每个锁定角位置处,由伺服控制信号锁定位标器的两个轴后,驱动另外一个被测轴进行正弦小角度转动,通过对被测轴驱动电流测量量的多周期积分就可以得出被测轴此时的静不平衡力矩.转台顺次转过一周后,通过对被测轴所测36个静不平衡力矩及转台锁定角度的最小二乘拟合,可以确定出被测轴的静不平衡量大小及其分布的角位置.最后进行了加载实验及其重复性测试实验,结果表明该测试系统重复测量的静不平衡量测试精度能达到±0.25 mN·m,角位置测试精度能达到±2°,具有较高的测试精度.