对接航天器间相对位姿单目视觉测量的两阶段迭代算法(英文)

视觉敏感器常用做航天器交会对接最终逼近段的测量敏感器,针对基于光标点和单目视觉的航天器间相对状态测量问题,提出了一种基于逆投影思想的两阶段迭代求解算法。该算法包含景深恢复和绝对定向解算两阶段,在景深恢复阶段计算各特征点的景深,在绝对定向解算阶段基于绝对定向问题的解析算法计算相对位姿参数,上述两阶段迭代进行直至结果收敛。最后,对该算法的收敛性进行了理论分析,并对该算法进行了数学仿真,结果进一步验证了算法的有效性和收敛性。     

基于全驱系统方法的组合航天器位姿自适应预设性能控制

针对非合作航天器被成功捕获后所形成的组合航天器的位姿控制任务,考虑系统中含有的未知扰动的影响,设计了一种基于全驱系统方法的自适应预设性能控制器。根据欧拉姿态动力学方程和轨道动力学方程,建立了简洁的组合航天器位姿动力学方程;通过引入预设性能函数,对组合航天器位姿误差的瞬态和稳态性能进行约束;进一步应用全驱系统方法,对带有未知扰动的组合航天器位姿误差系统设计自适应预设性能控制器;此外,通过构造Lyapunov函数证明了所提出的控制器的稳定性;最后,数值仿真结果和半物理仿真实验结果表明,在所设计的控制器作用下,组合航天器能够实现精确的位姿控制,同时系统的状态误差始终收敛于预设性能包络内,验证了所设计控制器的有效性和实用性。     

基于螺旋理论描述的空间相对运动姿轨同步控制

对于姿轨运动存在严重耦合的空间相对接近操作,必须解决相对运动的姿轨同步控制问题。传统的相对姿轨分开建模串行控制方法,忽略了姿轨耦合,控制周期长且姿轨同步性差,显然不能满足要求。基于螺旋理论中的对偶数描述,建立了航天器六自由度相对运动模型,不仅包含了姿轨耦合项,而且形式统一有利于同步控制律的设计。针对模型中的耦合项进行分析,给出了相对姿轨耦合产生的成因。建立了相对姿轨同步误差,考虑模型的非线性,基于非线性反馈设计了一种同步控制律以消除该误差,并利用Lyapunov理论证明了控制律的稳定性。以两航天器交会接近的最后逼近段进行数字仿真,并与PD控制相对比,验证了所提方法的有效性,同时验证了所提方法可以实现姿轨控制的同步收敛,对于空间相对运动的姿轨同步操作具有重要意义。     

基于PnP和自适应线性卡尔曼滤波的实时位姿估计

针对实时位姿估计中扩展卡尔曼滤波(EKF)线性化引入非线性误差和依赖已知噪声分布的缺点,提出一种基于PnP的自适应线性卡尔曼滤波位姿估计求解方法。将PnP位姿估计求解策略引入卡尔曼滤波观测方程,通过对动态方程误差统计参数实时估计,自适应调节卡尔曼滤波递推参数。所提算法求解精度高,固定了观测方程的观测向量维度,提高了算法实用性。通过仿真试验,比较了该算法与EKF的位姿估计精度,通过量化误差分析,证明了该方法可以提高三维运动位姿估计精度,也验证了该方法的有效性。     

无人飞行器集群仅测距初始相对位姿确定方法研究CSCD

针对全球导航卫星系统(GNSS)拒止环境下无人飞行器集群成员间的相对定位问题,研究了一种基于机载惯性测量单元(IMU)、气压高度计与数据链测距组合的初始相对位姿求解算法。首先,在高度计稳定输出较为精确的高度信息的前提下,将飞行器的三维运动解耦成二维水平运动,给出了三维加速度和角速度、测距信息的水平坐标系投影等效模型。在此基础上,以待求量相对位置和航向角的非线性形式构造了新的待求状态量,并将相对位置和航向角的非线性求解问题转化成了新状态量的线性模型最小二乘求解问题。然后,通过引入递推最小二乘算法(RLS),建立了该相对位姿求解算法的实时输出递推形式,有效降低了机载在线计算的负载。接着,对所提算法进行了可观测性分析,并给出了使系统状态量不可观测的几种相对运动形式。最后,对所提算法进行了数值仿真实验,仿真结果表明,该算法能够有效、快速求解初始相对位姿,位置误差在初始相对距离的10%以内,航向角误差在初始相对角度的1%以内。     

基于欧拉角的炮弹位姿参数光学测量解析算法

炮弹空间位置和姿态参数的解算是研究其飞行弹道特性和弹道控制的非常重要的内容。利用4个已知空间坐标的非共面控制点,通过建立控制点的过渡坐标系,提出了一种基于单目视觉,采用欧拉角直接参与计算的炮弹位姿参数的测量方法,建立了位姿参数测量的误差修正模型。最后对该算法进行了完整的数学仿真。仿真结果表明,该算法简单有效且稳定,能满足位姿参数测量的精度要求。     

面向五轴数控加工仿真的机床运动位姿算法研究

数控加工仿真是制造业发展过程中数字化与智能化的集中体现,然而现有研究在机床运动位姿计算精度上还存在不足,如未考虑数控系统指令模式、加减速控制以及机床几何误差等约束条件。针对上述问题,本文对五轴机床仿真运动算法进行研究,首先对五轴数控机床拓扑结构、模型和坐标系进行了完整定义,在此基础上探索了基于数控系统指令模式的刀具轨迹仿真密化以及相应的时间标记计算方法,并结合五轴数控机床几何误差模型,得到了更符合实际几何状态的机床模型运动位姿。通过对仿真机床实例的拓扑结构建模、刀位轨迹仿真密化以及机床模型位姿计算,对所提出的机床运动位姿算法进行了验证,证明该算法的可行性和有效性。     

基于关键装配特性的大型零部件最佳装配位姿多目标优化算法

为了控制装配过程中的关键装配特性,以大尺寸测量技术为辅助,实现大型零部件最优位姿装配,提出基于关键装配特性的大型零部件最佳装配位姿多目标优化算法。该方法将测量辅助装配(MAA)中的关键环节——最佳装配位姿拟合问题分为两步:第1步利用基于奇异值分解的解析方法将测量坐标系与装配现场的全局坐标系进行精确的空间配准,减小了坐标系对齐的误差,并以参考点拟合的偏差为优化目标,求解移动装配体当前位姿;第2步根据装配关键特性相关公差的重要程度,计算装配综合精度要求,并以最小综合偏差为优化目标求解移动装配体间的最佳装配位姿。随后给出了上述两个步骤的粒子群优化算法模型,将每步的待求解位姿作为一个拥有3个旋转自由度与3个平移自由度的粒子进行求解。最后对卫星舱段位姿最优装配问题进行仿真计算,结果证明了该优化算法在控制各项关键特性、提高综合装配质量等方面的有效性。     

输入量化下航天器位姿一体化预设时间控制

航天器在轨抢修或维护等空间近距任务中，往往要求执行任务的航天器在限定的时间窗口和有限通信带宽的条件下，实现对目标的位姿跟踪。针对其姿轨耦合控制问题，提出了一种带有输入量化的姿轨一体化预设时间控制方法。首先，在Lie群SE(3)框架下，建立了相对运动航天器位姿一体化误差动力学模型。其次，引入了输入量化机制，减小控制器到执行机构间的通信频次。接着，基于推导的实际预设时间稳定引理，结合反步法设计了一种非奇异预设时间位姿跟踪控制器。为提高系统鲁棒性，设计新型自适应律估计并补偿系统总扰动，并利用量化器参数抑制量化误差；该方法能够在不依赖系统初始状态、输入量化和扰动信息未知的情况下实现预设时间内稳定，且稳定时间上界可由一个控制参数预先设定。然后，基于Lyapunov理论证明了系统的稳定性。最后，数值仿真结果验证了该方法的有效性。     

基于对偶数的航天器多特征融合相对导航算法

针对基于视觉的航天器相对导航问题,利用对偶数推导并给出了航天器相对耦合动力学方程,该方程一体化描述了追踪航天器相对于目标航天器的姿态运动和轨道运动,且考虑了由非质心点引起的相对姿态与相对轨道之间的耦合影响。在对偶代数的框架内,统一描述了目标航天器上的特征点和特征线,并基于特征点、线在像平面的投影建立了多特征融合的单目视觉测量模型。最后通过对系统状态方程以及测量方程的线性化,应用迭代扩展卡尔曼滤波(IEKF)算法对非质心点的相对运动状态进行了估计。仿真结果表明,本文的算法能够对航天器非质心点的相对运动状态进行较高精度的估计。     

光电稳定平台红外光轴对准方法

光电稳定平台中,红外光学器件以其特有的优势越来越多地被采用。精确、快速地对红外光轴进行校准和标定是红外器件应用的一个重要课题。本文介绍了一种基于红外准直仪原理设计的红外光轴校准系统,对靶标位置偏差造成的光轴偏差进行了分析计算,并提出了确定抛物面镜光轴的具体方法。研制了红外光/可见光靶标模拟器,解决了无人机光电稳定平台中红外热像仪与其他可见光光学器件的光轴平行度校准、红外光轴相对系统零位基准标定等问题。所述方法经试验证明,在目前不具备红外准直仪的条件下同样实现了较高精度的红外光轴校准和标定,有着重要的实际工程意义。     

基于模糊聚类原理确定光测数据处理最优基线的方法

应用模糊数学理论,提出了光测数据处理最优基线的确定方法,有效地解决了长期以来基线选择过程中难以建立数学模型的问题,通过仿真试验验证了该方法的正确性、合理性。     

航空发动机燃油总管钻具空间交点尺寸测量不确定度评定

结合航空发动机燃油总管孔加工钻具的检定实例,介绍了一种利用平板、直角尺、光学分度台等常用计量器具构建的测量系统测量复杂空间交点尺寸的方法,给出了数学模型并对测量结果的不确定度进行了评定。     

模拟式大气仪动态响应数字仿真

本文采用通用数字计算机对模拟式大气仪动态响应进行数字仿真,比用模拟计算机进行仿真要简单、方便,而且精度也较高。从仿真的计算结果可以尽快了解系统动态响应范围,能及时确定系统中各环节设计参数是否合理,以便进行修改设计。     

Rendezvous Navigation and Guidance Using a Hand-Held Self-Powered Digital Computer

This paper describes a simplified solution of the space rendezvous problem based on optical sightings taken with a hand-held sextant entered into and processed by a small digital computer. Compared to the manual method described in [1], this approach greatly reduces the astronaut's work load. Also, the computer can provide a more accurate solution, can present more flight plan options (allowing more tradeoffs between fuel usage and time), and can allow greater freedom in the sequencing of measurements and maneuvers. Physical characteristics, input-output parameters, and logic design of the computer are briefly described.     

复合结构梁断面的扭转中心

一、引言 精确地计算梁断面的弯心和扭心位置是研究梁或叶片结构的弹性静、动力学的基础。一些特殊断面,如开口或闭口薄壁断面的弯心和扭心,已有许多研究。相反,复合结构梁或复合材料梁断面的研究还相当少。Muskhelishvili把圣文南扭转理论推广到非均匀介质梁,并求得了几种简单形状断面梁的扭转函数。近年来相继发表了一些用差分法和有限元法求解扭转函数和扭转刚度的文章。     

自适应变搜索域遗传算法及其在发动机模型中的应用

针对发动机数学模型中非线性方程插值解法的不足,提出非线性方程自适应变搜索域遗传算法解法。论文详细分析了方程求解转化为遗传算法优化的数学描述、依据方程解临域特征的自适应变搜索域机理及算法的具体实现技术。实例计算与发动机仿真结果说明:所设计的变搜索域遗传算法可作为通用的非线性方程解法,相比较于简单遗传算法,能成倍提高计算效率;替代插值解法应用于发动机模型,可有效提高模型的收敛性。     

发动机气门弹簧遗传优化设计

建立发动机气门弹簧优化数学模型，应用遗传算求出问题的最优解，探讨了将遗传算法应用于此类具有约束、多变量类型优化问题的可行性。     

Laminar cold-flow model for the internal gas dynamics of a slab rocket motor

This paper considers the internal fluid dynamics of the slab rocket motor based on a laminar cold-flow model. An idealization process applicable to nonreacting flows leads to a mathematical solution for both steady and unsteady flow variables. Results are compared to the circular-port solution. This brings into focus the effect of a motor's radius of curvature. By comparison to a circular grain, a planar cross section exhibits slower and more gradual flow turning near the wall. It also induces reductions in core velocities and vorticities by 1/2 and 1/4, respectively. On the one hand, it appears that the reduced vortical intensity could make the slab configuration more resilient to vibrations and acoustic combustion instabilities. On the other hand, decreasing the radius of curvature seems to inhibit the inward penetration of vorticity. By comparison with the circular port, the simulated slab exhibits a more spatially uniform pressure and an uneven mass efflux at the aft end. Since the mass efflux is concentrated in a thin sheet near the core, the slab configuration is likely to exhibit improved stealth capabilities. The temporal solution is derived using the composite-scale and multiple-order WKB techniques. Asymptotic results are validated via comparisons with finite-volume solutions of the complete Navier–Stokes equations. Simulated conditions apply to forward motor segments and planar cold-flow experiments.