PH曲线拟合在数控前瞻中的应用

为解决数控系统进行微小直线段平稳加工的问题,提出了一种拟合方法.综合了误差限制下的微小直线段长度、拐角、直线段相交点单调性等判定条件,将连续的微小直线段分割成若干区域.使用非线性最小二乘法将每一个区域内的点拟合成PH曲线,并通过模拟退火方法调整切矢量来控制拟合误差.根据区域的连接情况,将切矢量分为单向和双向两种调节方法.在模拟退火算法中,将微小直线段的斜率作为切矢量的初始值,利用细分直线的方法逐点计算弓高误差,并将此误差作为目标函数来快速进行切矢量的调整.结果表明,对微小直线段进行区域划分可以提高拟合效率.在控制弓高误差的情况下,此方法可以形成具有良好精度的光滑曲线,可以获得平稳的速度轨迹.     

人体变形中局部坐标系旋转失真问题

分析了人体变形中选取3个基轴构建坐标系所存在的缺陷,提出了一种位置-四元数的方法,解决了曲线骨架驱动的旋转失真现象.采用四元数球面线形插值和B样条四元数插值的方法构建人体变形中曲线骨架的局部坐标系,采用位置-四元数-缩放的方式代替传统的转化矩阵,通过人体表面顶点在该坐标系下的绑定,实现人体皮肤、肌肉的变形.试验结果显示:该方法有效地消除了局部坐标系的旋转失真现象,适用限制少,易于实现.     

基于计算力矩法的眼内手术机器人的重力补偿

为了提高一种具有远程运动中心(RCM)机构的眼内手术机器人的定位精度和稳定性,在建立机器人坐标系的基础上,通过动力学等效,对机器人各构件质心瞬态位置进行分析。根据拉格朗日方程建立机器人动力学模型。提出基于计算力矩法的重力补偿方法。在此基础上,通过MATLAB/Simulink软件对重力补偿模型进行仿真。比较独立比例微分(PD)控制方法及重力补偿方法的各关节运动响应曲线,表明重力补偿模型可有效补偿重力项;同时,分析重力补偿模型响应曲线与期望曲线的误差,证明重力补偿模型具有较高的补偿精度和可行性。     

光笔式三坐标测量机的蛙跳算法

在用光笔坐标机进行测量时,为了达到要求,经常要采用蛙跳法进行测量。建立了相应的数学模型,推导出蛙跳后的新坐标系和原坐标系的转换关系,先粗略求解它们之间的平移向量和旋转矩阵,进一步给出通过最优化方法精确求解平移向量和旋转矩阵的算法。编程实现此蛙跳算法,结合Matlab进行仿真,并分析误差大小,仿真表明该算法具有一定的实用价值和参考价值。     

基于三次样条插值的激光干涉图的细化研究

在利用Ｚｅｒｎｉｋｅ多项式拟合波面的方法中，干涉图的细化误差直接影响波面的拟合误差。提出了利用三次样条函数插值的方法，将干涉图的灰度值分布曲线转换成严格的光滑曲线，从而通过数值计算方法求出灰度值曲线的极大值和极小值，以达到细化的目的。     

基于球投影的面阵探测器扭转角测量与校正

为了消除基于面阵探测器的锥束X射线计算机断层成像(XCT,X-ray Computed Tomography)检测系统中探测器的安装误差对重建断层图像的影响,使投影坐标系准确建立,并与重建坐标系精确配准,提出了基于椭圆拟合的平板探测器位姿参数的估计方法.并在此基础上,从锥束XCT的近似重建算法FDK(Feldkamp)出发,结合空间坐标变换原理,改进了重建算法中投影地址的计算方式,使之能在存在安装误差的情况下准确计算投影地址,重建出正确的断层图像.该方法简单有效,计算量小,无需对系统硬件进行调整.实验结果表明,利用该方法可以有效地消除由于探测器位姿引起的图像伪影.     

一种适用于光纤捷联罗经寻北的新算法

舰船的摇摆使陀螺仪无法测出地球自转角速度(Ω),进而光纤捷联罗经系统无法根据陀螺仪和加速度计的输出直接计算出载体航向.针对这一问题,提出了一种寻北新算法.该算法以"固定"的参考系--惯性坐标系为参考基准,建立了过渡惯性坐标系和初始时刻捷联惯组惯性坐标系,利用加速度计敏感重力加速度在惯性坐标系中的投影计算出Ω的空间指向,得到地理真北.光纤捷联罗经系统寻北算法的实现分解为3个步骤:建立初始时刻捷联惯组惯性坐标系,利用加速度计获得稳定的水平坐标系;根据捷联惯组坐标系与初始时刻捷联惯组惯性坐标系的转换,将加速度计信息投影到初始时刻捷联惯组惯性坐标系,采用空间圆拟合法求出Ω的空间指向;将平行于Ω的矢量向水平面投影得到地理真北.仿真结果表明:载体晃动环境下的寻北精度达到了0.23°(1σ) .     

一种非线性航迹自适应跟踪控制方法

针对小型无人飞行器航迹跟踪精度和飞行品质问题,提出了一种基于非线性航迹的自适应跟踪控制方法.应用五阶B样条拟合航点,构建非线性期望航迹;建立基于非线性期望航迹Serret-Frenet坐标系下的位置和运动航向误差方程;根据误差方程设计渐近稳定收敛的自适应运动航向控制律.并应用此方法进行了外场飞行实验,实验结果表明自适应航迹跟踪控制方法有效且能保证航迹跟踪精度.     

PN码相位精确测量的累加最小二乘法

利用最小二乘（LS）法可以实现PN码相位的精确测量,但该方法对粗同步要求高,难以满足实际工程需求。给出了一种新的累加LS法的实现结构,在该结构下根据鉴相曲线的波形变化特征,利用累加后的离散鉴相曲线的最大值和最小值点作为特征基准点,取最值之间的数据进行LS线性拟合,实现粗同步于半个码元宽度以内的伪码相位精确测量。理论分析表明,该方法的鉴相特性呈线性特征,可以有效使用累加LS线性拟合方法。仿真结果表明,该方法相比于其他方法使用范围更广,测量精度更高。      

星载SAR图像方位角计算及其对风速反演影响评估

星载合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)是海洋常规观测的重要技术手段,然而在其数据处理和关键物理参数反演中,SAR图像方位角SAR海面风速的反演精度。对此,根据SAR图像方位角的定义,结合空间卫星坐标系转换关系推导了?_IMG,并进一步提出了基于SAR图像地面控制点的?_IMG计算方法。通过对比分析2016年全球近70万景哨兵一号卫星波模式SAR图像,量化了?_IMG与?_SAT的系统偏差,发现该偏差与雷达入射角和轨道方向紧密相关。选用五次多项式拟合该偏差随纬度的变化规律,同时发现将卫星飞行方向角近似等于SAR图像方位角会引起海面风场反演误差,该误差空间分布不均,且升轨降轨有所差异,风速误差最大可达±0.5 m·s^–1。研究结果表明,?_IMG的正确计算和使用对于SAR地球科学研究具有重要意义,本文提出的?_IMG计算方法对其他SAR卫星系列也具有实际参考价值。     

基于三维最小二乘方法的空间直线度误差评定

空间直线度误差是评定机械产品精度的一项重要指标,实际工程中对空间直线度误差评定算法的精度要求越来越高.为了准确评定空间直线度误差,参照国家标准(GB/T 11336—2004),采用三维最小二乘方法建立了空间直线拟合的数学模型,并给出了该数学模型的精确解.基于最小二乘拟合中线,采用空间投影、坐标变换和格点法求得最小二乘中线包容圆柱面直径.采用数值算例验证了新方法的有效性.提出的空间直线度误差评定方法精度高、鲁棒性好且易于编程实现.     

基于精密时间的星敏感器绝对姿态基准的建立

根据星敏感器外场试验的实际需要,提出一种用于建立星敏感器参考姿态基准的方法.介绍星敏感器参考姿态基准建立的基本原理;分别求取从赤道惯性坐标系i系到地球坐标系w系的转换矩阵Cw1（依靠原子钟精密计时）、从w系到地理坐标系t系的转换矩阵Ctw、从t系到平台坐标系p系的转换矩阵Cpt,从p系到星敏感器坐标系s系的转换矩阵Csp,从而得到i系到s系的转化矩阵Cs1;根据Csi求取星敏感器的姿态角,作为参考姿态基准;编制求解星敏感器参考姿态基准的电算化程序,并绘制星敏感器3个姿态角的误差曲线,最大误差小于0.25″.仿真结果表明,通过精密时间得到的姿态可以作为星敏感器外场试验的参考姿态基准.     

用测角仪检定正多面棱体角度误差的新方法

在用排列互比法检定多面棱体时,利用测角仪误差的变化规律,可以使多面棱体的检定更加方便。详细介绍了该方法的具体应用。该方法不但可以方便地检定多面棱体的角度误差,还可以同时求出测角仪的误差曲线方程。     

一种点扫描形貌测量系统的现场标定方法

针对三角法点扫描形貌测量系统结构参数标定的非线性问题,提出并实现了一种简单易行的系统结构参数现场标定方法.利用二维靶标在测量空间内自由摆放,根据靶标上特征点及其像点间的位置关系,基于坐标系转换实现了点扫描形貌测量系统结构参数的精确标定.通过对平面及已知直径圆柱面进行测量,利用测量点到拟合平面或圆柱面的距离评价了系统标定的精度.所提标定方法无需精密调整靶标位置,具有较高的可靠性与实用性;也可用于其它基于三角法原理的三维形貌测量系统结构参数的标定.     

基于GLONASS星历的预报轨道的误差分析

推导了协议地球坐标系下的卫星运动方程.通过分析由GLONASS(Global Navigation Satellite System)广播星历参数确定的卫星预报轨道的拟合精度,指出了摄动力模型的简化、积分器的选择,以及忽略了极移影响等因素是引起拟合误差的主要因素,其中摄动力模型的简化起最主要的作用.通过对卫星轨道运动方程积分30?min,可知由摄动力模型的简化、积分器和忽略极移影响等因素引起的拟合误差分别为0.827?m,0.224?m和0.025?m.要提高预报轨道拟合的精度,关键是要对摄动力简化特别是地球引力摄动高阶项的截断以及日月引力场简化造成的轨道预报精度损失加以控制.     

角速率输入条件下圆锥误差补偿算法

针对捷联惯导系统中利用角速率拟合角增量进行圆锥误差补偿精度下降和实时性变差的问题,提出了一种直接利用陀螺的角速率输出进行圆锥误差补偿的算法,利用角速率的叉乘项来拟合圆锥误差补偿项,并推导了四子样圆锥误差补偿算法的具体表达形式,并从本质上阐述了圆锥误差的存在机理。在典型圆锥运动条件下通过对所提算法的仿真并和理论解析解的做差比较,验证了所提算法的可行性和有效性。     

磁尾中性片与磁尾正交曲线坐标系

根据磁尾中性计随地磁倾角变化的特点用光滑函数拟合中性片曲面模式,并用ISEE卫星的磁场资料来确定曲面参数。本中性片模式既保持了中性片的基本变化特征,又可以在近地处光滑过渡到赤道面。在此基础上,建立了一个以中性片曲面为坐标面的磁尾正交曲线坐标系。这个坐标系随地磁倾角的变化而变化,用这个坐标系可将不同的地磁倾角的磁场位形变换成地磁倾角为零时的标准形式,从而便于分析卫星的观测数据。      

激光测距传感器光束矢向和零点位置标定方法

激光测距传感器常用于飞机壁板法向检测。为了解决激光测距传感器加工和安装误差导致的法向检测精度下降问题,提出和实施了一种利用几何数学模型和最小二乘法进行激光测距传感器光束矢向和零点位置标定的方法。首先,利用角度标定理论获取激光束与主轴进给方向的夹角。然后,借助激光跟踪仪建立坐标系,根据激光测距传感器射在与电主轴进给方向成不同夹角的平面上的测量值,利用几何数学模型计算出各激光点之间的相对坐标,运用最小二乘法拟合出激光束的空间方程,进而得到光束矢向和零点位置。最后,在航空制孔机器人平台上进行标定实验,并且根据标定结果进行了实验验证。实验结果证明:该方法能够较为准确地标定出激光测距传感器的光束矢向和零点位置,可使法向检测精度在0.18°内。      

基于希尔伯特-黄变换的雷达数据误差修正处理技术

由于雷达跟踪测量数据总存在误差,而目前采用的误差处理算法修正效果并不理想,为了有效估计数据中的未知误差,提高数据处理的精度,提出了一种基于希尔伯特-黄算法的雷达误差残差诊断方法,利用得到的内蕴模态函数拟合出误差残差的特征,准确分离出设备的误差信息。通过对某雷达的实测数据分析证明该方法较其他方法对解决该类问题更为有效,且在事后高精度数据处理中具有较好的实用性。     

基于GPS和里程计的快速行进间粗对准方法

针对车载捷联惯导系统(SINS),提出一种快速行进间粗对准方法。将捷联矩阵分解为3个矩阵相乘,利用GPS提供的载体在导航坐标系的速度和里程计提供的载体在载体坐标系的速度构建不共线向量,求解初始载体坐标系相对惯性坐标系的常值转换矩阵,进而求得初始姿态矩阵。该对准方法对载车的唯一要求是在对准过程中做一个转弯机动。与现有对准方法相比,该方法没有用到加速度计信息。仿真结果表明,该方法能在1 min之内完成粗对准,采用零偏为0.1(°)/h的低精度陀螺,对准误差小于0.3°。