基于对偶四元数的捷联惯导算法在发射点惯性系下的应用研究

针对导弹类载体在做复杂的高动态机动时,采用传统的捷联惯导算法容易产生圆锥误差与划船误差,从而导致解算精度降低的问题,在发射点惯性系下设计了基于对偶四元数的捷联惯导算法。在建立发射点惯性系下的捷联惯导解算模型的基础上,详细推导了基于对偶四元数的捷联惯导解算算法,通过对比分析其中的速度更新过程与传统算法的差异,说明该算法可以有效提高速度和位置解算精度。在设计的多条机动飞行轨迹下,以三子样更新为例,对对偶四元数算法和传统算法的性能进行了仿真对比分析。仿真结果表明,对偶四元数导航算法可以有效提高速度和位置解算精度,且姿态机动情况越复杂、持续时间越长,改善效果越显著。     

考虑侧窗约束的模型预测静态规划末制导方法

针对红外导引头侧窗探测模式下,非对称视场约束造成末制导阶段目标易丢失的问题，提出一种考虑侧窗约束的模型预测静态规划末制导方法。首先，基于体视线坐标系建立三维相对运动模型，得到不依赖于“小攻角”假设的准确模型。在处理无过程约束问题的模型预测静态规划方法基础上，引入松弛变量与虚拟控制量，设计出考虑侧窗视场约束的末制导算法。为了进一步降低末制导算法对初始猜测轨迹的依赖性，提高适应性与计算效率，提出逐步增加约束条件的计算策略。仿真结果表明，该方法在末制导过程中满足侧窗约束，相比于凸优化方法，优化变量减少，计算速度更快；相比于基于障碍李雅普诺夫函数的末制导律，能够满足侧窗约束，同时能适应不同的初始条件。     

二体绳系卫星系统冲击效应动力学与试验研究

为了研究冲击效应对二体绳系卫星系统动力学特性的影响，开展了基于绝对节点坐标法的柔性绳索模型及绳系卫星系统运动特性分析研究。首先介绍了绝对节点坐标法柔索模型的建立过程，并进行了动力学仿真实验，在仿真时充分考虑了柔索的轴向刚度矩阵、弯曲刚度矩阵以及质量矩阵，可在不增加计算量的同时保留系绳真实特性。最后，搭建了三自由度的二体绳系卫星地面模拟试验系统，在规格为20 m×30 m的大型气浮平台上开展了试验验证，对末尾释放阶段和初始回收阶段系绳的张力以及子星的运动状态进行了分析。验证结果表明：地面模拟试验与仿真实验相比，系绳张力误差均在5%以内，验证了该建模方法的有效性和所搭建的试验系统的可靠性，同时为绳系卫星的未来发展和地面试验的进一步展开奠定了基础。     

一种采用行列聚类并行的星像坐标提取方法

为了提高星敏感器的数据更新率,必须减少星像坐标的提取时间。在提取星像坐标的过程中,现有基于FPGA的方法虽然避免了星图保存和读取过程,然而需要高性能的FPGA才能实现。为此提出了一种采用行列聚类并行的星像坐标提取方法,将逐个像素聚类的方式优化成像素队列聚类的方式,实现了对恒星星像坐标的实时提取,可以解决现有的实时提取星像坐标方法中像素输出时钟与处理时钟不匹配的问题,达到1个时钟周期处理完1个像素的目的,从而减少了星像坐标的提取时间,提高了星敏感器的实时性。最后把该方法嵌入到某星敏感器系统中,实验结果表明,与现有基于FPGA的实时提取星像坐标方法相比,在相同工作频率且不降低星像坐标提取精度的前提下,提取时间仅为现有方法的21.1%,数据更新率提高了近5倍。因此,该方法不但具有实时性,而且具有较好的鲁棒性。     

极区横向地理系空间稳定型惯导算法研究

针对地心惯性系和当地地理系的空间稳定型惯导系统导航算法在极区导航失效的问题,提出了适用于空间稳定型惯导系统的极区导航算法。该算法通过伪经纬网构建了横坐标系参考框架,建立了横向地理系空间稳定型惯导系统力学编排,并在此基础上重新推导了通用的误差模型。最后,通过极点附近区域与穿越极点区域仿真分析了算法的极区有效性。仿真结果表明该算法在极点附近区域解算的伪航向角误差小于3′,伪经度误差小于4′;在穿越极点区域解算的伪纵摇角、伪横摇角误差小于0.3′,伪航向角误差小于3′,伪东向、伪北向速度误差小于1m/s,伪经度、伪纬度误差小于4.2′。该算法克服了极区导航计算溢出、误差放大等问题,提高了系统的极区导航精度,能够满足极区导航要求。     

低成本卫星测控系统性能改进方法研究

首先针对TLE更新不及时、轨道递推准确性低的问题,提出低成本卫星测控系统(LCTTC)采用卫星GPS实测数据修正站心坐标系下目标轨道方法,提高跟踪精度;其次利用接收机的RSSI功能,给出了远程获取无人值守LCTTC灵敏度、评估其性能的方法,以及获取信噪比、发射功率等状态信息的方法,对卫星实时任务过程进行监测和异常诊断,减少了故障排查时间。     

基于通用三坐标测量机的面齿轮齿形误差测量

考虑面齿轮实际齿面的加工误差客观存在的基础上，采用一种迭代方法建立测量坐标系，使得测量坐标系尽量接近设计坐标系，并根据加工误差对测量坐标系与设计坐标系之间关系的数学模型进行约束，从而实现精确求解。在此基础上，建立了实测点与理论测量点之间的数学模型，并由此补偿加工误差引起的相关测量误差。最后进行实际测量实验，结果显示本方法的测量坐标系与设计坐标系之间的误差相比于传统方法降低了89%以上，最大测量偏差降低了54%以上，测量结果更加真实可靠。     

Energy-efficient data collection for UAV-assisted IoT: Joint trajectory and resource optimization

Internet of Things (IoT) can be conveniently deployed while empowering various applications, where the IoT nodes can form clusters to finish certain missions collectively. As energy-efficient operations are critical to prolong the lifetime of the energy-constrained IoT devices, the Unmanned Aerial Vehicle (UAV) can be dispatched to geographically approach the IoT clusters towards energy-efficient IoT transmissions. This paper intends to maximize the system energy efficiency by considering both the IoT transmission energy and UAV propulsion energy, where the UAV trajectory and IoT communication resources are jointly optimized. By applying large-system analysis and Dinkelbach method, the original fractional optimization is approximated and reformulated in the form of subtraction, and further a block coordinate descent framework is employed to update the UAV trajectory and IoT communication resources iteratively. Extensive simulation results are provided to corroborate the effectiveness of the proposed method.     

危害性矩阵分析方法关键问题研究

针对危害性矩阵分析过程中遇到的困难及采用手工绘图效率低、精度低的问题,文章对危害性矩阵分析的斜率取值、坐标划分、非单点故障的处理、危害性定量计算公式等关键问题进行研究。结合工程实际提出了一种纵坐标为对数坐标的矩阵图绘制方法,阐明了单点故障与非单点故障在故障影响概率取值上的差异,指出了危害度与危害性的区别与联系,推导了故障模式危害性定量计算公式。以某军机升降舵操纵分系统为例,进行了故障模式危害性分析,结果表明,改进的危害性矩阵方法合理有效、效率与精度高。     

未知纬度条件下基于空间圆拟合的SINS初始对准方法

传统的捷联惯导系统(SINS)晃动基座初始对准算法,如积分双矢量方法和多矢量Wahba方法等均需要精确的纬度信息,粗对准偏航角误差较大.针对此特点,提出了一种未知纬度条件下基于空间圆拟合的SINS初始对准方法.根据重力矢量在惯性系中绕地轴旋转包含北向信息的特征,以初始时刻凝固载体坐标系作为惯性系,首先对重力矢量在凝固载体系内进行投影并滤波,对其矢量端点进行空间圆拟合,然后通过三角几何关系得到导航坐标系,从而完成对准过程.通过仿真验证,证实了该对准方法不需要已知对准点的精确位置信息,相比于积分双矢量方法与多矢量Wahba方法,偏航角对准精度分别提高了12.37'与5.10'.