压力传感器动态特性参数不确定度评定

压力传感器动态特性参数的不确定度是表征其动态测量性能的重要指标。提出了一种压力传感器动态特性参数的不确定度评定方法。首先,使用激波管动态校准系统产生阶跃压力信号激励压力传感器,得到传感器的输出信号;其次,采用基于经验模态分解（EMD）的传感器输出信号预处理方法,减小动态校准过程中噪声的影响;然后,根据传感器的输入输出信号,采用自适应最小二乘法建立压力传感器的数学模型,进而得到其时频域动态特性参数;最后,针对重复校准实验得到的动态特性参数序列的小样本特点,采用自助法计算参数的扩展不确定度和相对不确定度。采用激波管系统对压力传感器进行多次重复动态校准实验,计算时频域动态特性参数的不确定度,并与现有方法进行对比。实验结果表明:本文方法可以弥补贝塞尔法在处理小样本量数据中的不足,且与蒙特卡罗法的不确定度评定结果相对误差小于10%,说明本文方法可以有效地评定压力传感器动态特性参数的不确定度。分析时频域动态特性参数的相对不确定度得到传感器的工作频带和超调量受噪声的影响较大,为动态校准实验条件的改善提供了重要依据。      

压力传感器动态校准不确定度评定

压力传感器动态校准不确定度是表征其测量精度的重要指标.提出一种用于压力传感器动态校准不确定度评价的灰色方法.首先,使用正弦压力发生器产生标准的正弦压力信号驱动被校传感器,获取传感器特征输出;然后采用灰色关联分析处理传感器特征数据,得到权重数列;之后建立灰色模型并计算出各校准频率点的灰色偏度;最后采用加权最小二乘法去拟合以得到的工作频率范围内所有频率点的不确定数据,建立起被校压力传感器的动态校准不确定度模型.设置了幅值变化及不变两种情况下的实验验证方案,使用本文所提灰方法及黄方法分别对各方案下的数据进行处理;实验结果的对比表明:两种方案下所得动态校准不确定度曲线模型具有一致性;其中幅值变化情况下,两种方法在指定校准频率点所得校准不确定度的相对误差优于6%,在测试频率点相对误差也小于10%;幅值不变情况下,在大部分频率点处所得相对误差普遍小于5%,部分优于0.018%.实验分析证明,所提灰方法能很可靠地评估压力传感器动态校准不确定度.      

利用调频信号实现低频振动传感器的快速校准

为了充分提高超低频振动校准系统的实用性,针对低频传感器校准的需要和该系统的特点,提出了利用调频正弦波作为激励信号,只需要一次测量即可实现对低频振动传感器的校准,校准时间由几十分钟缩短到几分钟甚至1min之内,校准效率大大提高.为了避免由于系统幅频特性不理想而在较高频段对传感器校准精度不高的缺点,提出了利用系统的动态频率特性和线性调频波时频域相关的特性,设计相应的数字补偿滤波器实现对信号源的瞬时补偿,从而实现振动台的线性调频振动.实验结果表明,振动台能够输出较补偿前更为理想的线性调频波,校准结果也更接近绝对校准,且重复性好,同时满足了校准效率和精度的要求.      

压力传感器激波管校准条件下的动态参数估计

激波管是一种关键的压力传感器动态校准装置,但是由于其输出的不稳定性,使得被校准压力传感器的输出数据常常难以直接用于动态建模,且所建模型的准确性也难以表征.提出一种用于激波管校准压力传感器的动态参数估计方法.首先使用基于信息方法处理被校准压力传感器在阶跃激励下的输出数据,得到最优估计值序列、上界序列和下界序列;然后,对所得最优估计值序列、上界序列和下界序列分别进行白化滤波和差分建模,得到最优估计模型、上界模型和下界模型;之后对各个模型进行求解,最优估计模型得出被校准压力传感器的最优特征指标,上界模型和下界模型所得结果构成最优性能指标的估计区间.选用恩德福克200系列压阻传感器进行激波管校准实验,得出时域动态指标的相对误差小于8.17%,频域动态指标相对误差小于9.15%;所有指标均100%位于求得的估计区间内.      

一种基于悬臂梁结构的动态推力测量方法

为实现星载微推进器性能评价中的动态推力测量,基于悬臂梁动力学模型,建立了测量系统的传递函数,分析了系统的输入输出特性,根据悬臂梁响应速度快（振动频率高）、动态分量在较小时间区间内接近等幅振荡（阻尼比小）以及高阶振动可视为基频振动噪声的特性,提出了求解稳态位移的末端均值法。该方法通过消除位移响应中的动态分量,得到了误差带较大时的稳态位移时变值,实现了动态推力测量。依据系统稳态位移与推力为线性关系、线性系数为系统增益值这一特性,提出了参数标定方法。搭建了试验平台,标定得到系统响应时间为156ms,通过对比扭摆系统测量结果,悬臂梁测量得到的冲击力与实际推力相对误差为4.064%,结合冲击力本身的测量误差1.383%,最终得到推力测量误差为4.293%。     

对失效卫星特征点的自适应位姿跟踪控制

为满足对失效卫星上某个特征点位置悬停的同时使追踪星上敏感器指向该特征点,展开了对失效卫星特征点与追踪星间相对动力学建模与控制的研究。在追踪星本体坐标系下建立了六自由度相对位姿动力学模型,并结合失效卫星上特征点的运动规律,给出追踪星的期望跟踪位置和期望跟踪姿态。考虑到追踪星质量、转动惯量、系统所受扰动力、扰动力矩及失效卫星转动惯量的不确定性,设计了复合自适应位姿跟踪控制律,并通过Lyapunov法证明了闭环系统稳定性。对输出受限情况,采取设计控制参数调节过程及输出限幅措施。在仿真条件下,系统在自适应控制律下能够以位置误差约1cm、姿态误差约0.01°完成位姿跟踪任务;增大不确定参数偏差后,位置跟踪误差增至约7cm,姿态误差增至约0.1°;对控制参数进行调节后,可在不影响跟踪精度的条件下在指定范围内限制输出幅值,将幅值限制在指定范围内,并减小控制所需冲量的9%和冲量矩的30%。     

基于失配修正的变频损耗测量技术研究

变频损耗是表征混频器(变频器)传输特性的主要测量参数之一。提出了一种基于矢量网络分析仪频偏模块的混频器变频损耗测量方法。经分析和测量结果表明,测量端面失配项对测量结果影响较大。提出了失配项修正模型,并对测量结果进行了修正;采用功率校准的方法提高了矢量网络分析仪的电平测量准确度,减小了测量装置及测量过程复杂度,减小了测量误差,提高了测量重复性。     

基于UDKF的非共面陀螺在轨自主标定方法

针对非正交安装陀螺组件在轨标定问题，对已飞行应用的正交安装陀螺组件在轨标定方法进行改进，提出非共面安装陀螺组件在轨自主标定方法。首先建立非共面陀螺定姿误差模型，然后设计UD分解卡尔曼滤波器，用星敏和陀螺测量在轨直接估计陀螺常值漂移，间接估计陀螺安装误差和刻度因子误差。设计滤波器时，为实现测量更新序贯处理，给出测量噪声解耦方法。滤波器确定后，利用模值条件，给出从间接估计求解安装误差和刻度因子误差的精确公式。为说明方法的通用性，通过公式推导证明原方法是本方法的特例。为指导标定姿态机动设计，基于可观性分析给出简洁的系统可观的角速度组合条件。最后,数学仿真结果表明本方法有效，陀螺安装误差标定精度优于0.01°。     

基于深度学习的航天器组合体惯性参数在轨智能辨识

针对在轨服务过程形成新组合体的动力学参数未知的问题,借助深度学习在多参数寻优上的优势,提出了一种基于卷积神经网络的智能参数辨识算法,实现在外力作用下,线动量和角动量不守恒条件下的航天器组合体多参数辨识。利用卷积神经网络权值共享的特点,设计4层卷积神经网络,通过短时间内对大量特定存储形式的状态数据的训练,实现航天器组合体多参数快速高精度辨识。利用数学仿真试验对算法的可行性进行验证,结果表明：在24s内,质量与质心位置收敛;1190s内,惯量参数收敛,辨识精度在3%以内。说明所提方法在外界随机干扰力和力矩影响下能准确快速辨识出航天器组合体质量、质心位置和惯量矩阵。     

基于力传感器的压力电测系统准静态校准方法研究

针对现有基于落锤装置的比对式准静态压力校准方法中存在的问题,提出了一种通过力传感器来校准压力电测系统的方法。阐述了力监测压力校准方法的原理,介绍了专用力传感器的设计思路,推导了力和压力的理论模型,在此基础上开展了多组校准试验,通过最小二乘法得出了力和压力的线性关系数学模型,并通过多组重复性试验对模型的稳定性进行了考核。试验结果表明,力峰值和压力峰值之间存在良好的线性关系,而且模型的稳定性较高,与现有的比对式准静态校准方法测得的压力峰值相比,模型的计算误差不超过0.95%,该方法可作为一种有效的压力校准方法。     

基于标定场的激光雷达两步标定方法

针对激光雷达大测量范围高精度测角测距问题,提出一种基于标定场的激光雷达两步标定方法.该方法在分析激光雷达测角误差和测距误差的基础上,提出激光雷达误差修正模型.该模型将距离修正从标定模型中分离,首先利用靶标场完成全视场的角度标定,并确定其外部参数,再利用基线场实现距离标定.以降低距离标定参数与角度标定参数之间的耦合性,保证激光雷达角度和距离标定的精度和准确度.实验结果表明方法合理有效,能够实现激光雷达的高精度标定.