一种星敏感器-陀螺组合定姿的实时在轨标定方法

研究了一种星敏感器一陀螺组合定姿方式中的姿态敏感器误差的实时在轨标定方法。首先,选择直观的欧拉角作为姿态描述参数,根据星敏感器和陀螺的测量原理建立星敏感器一陀螺在轨标定的测量方程和状态方程,并以此建立数学模型。其次,采用简单高效的EKF（ExtendedKalmanFilter,扩展卡尔曼滤波）作为估值算法,进行了在轨标定数值仿真。对于航天器姿态定向中出现的姿态角和星敏感器安装角之间的耦合问题,通过在特定姿态通道上施加简单姿态机动实现了解耦。数值结果表明,该实时在轨标定方法,尤其是所提出的姿态角和星敏感器安装角解耦策略,可以实现对航天器姿态的实时精确估计以及对星敏感器安装误差、陀螺常值漂移和相关漂移等误差的实时在轨标定。该方法可用于航天器姿态测量设备的实时在轨标定和航天器姿态的高精度实时确定。     

无人飞行器参数依赖鲁棒控制研究

研究了具有参数不确定性的无人飞行器参数依赖鲁棒控制器设计问题。采用误差四元数建立姿态运动方程,避免了欧拉角描述姿态运动存在奇异性的问题。通过引入附加的松弛矩阵使Lyapunov矩阵和系统矩阵分离,并利用平方和工具箱求解非线性矩阵不等式得到了系统的鲁棒控制器。仿真结果表明了所提出的控制器设计方法的可行性和有效性。     

飞行模拟器视景生成

提出基于 MultiGen Creator 和 Vega 开发出飞机训练模拟器视景系统的视景节点的软硬件配置要求;论述了基于 Creator 的实体建模方法、基于 Creator 建模和 Vega 软件环境的空中、海面等环境的生成方法、视景仿真软件开发过程以及整体系统的实现等关键技术。仿真结果表明,该视景系统能逼真地演示飞机训练模拟器的仿真过程,并且满足系统仿真实时性的要求。     

利用转移矩阵进行姿态控制

传统欧拉角控制方法在处理大姿态角机动时往往出现奇异和交联问题。针对这一问题对欧拉角的跳变现象进行了讨论,并从飞行器实际姿态与需求姿态之间的空间关系入手,给出了一种消除欧拉角跳变现象的有效方法－转移矩阵法,仿真计算表明,该方法在大型航天器的姿态控制中可以有效地消除欧拉角奇异、交联和跳跃现象,在欧拉角跳变的情况下仍然能够实现对飞行器的控制。     

导弹控制系统实时视景仿真软件接口设计

实时视景仿真是半实物仿真的重要组成部分,它为人机交流提供了一个形象、同时又较为真实的窗口。论文阐述了如何将基于matlabsimulink环境的导弹数字仿真模型转换为半实物仿真模型,并将半实物仿真下载到dSPACE软硬件平台,并通过MATLAB引擎接口访问和从dSPACE采集导弹飞行仿真过程中的一些特征参数和姿态信号,然后将这些数据传给动画生成设计软件的接口,供动画设计软件调用这些实时数据生成导弹的实时视景飞行动画。     

运载火箭测试仿真系统体系结构设计及实现

以CZ系列运载火箭为研究对象,开发了基于高层体系架构的全数字飞行仿真系统。通过建立运载火箭控制系统的数值仿真模型,围绕"模型实时驱动"这一核心功能设计了运载火箭全数字飞行仿真的总体结构并对其实现方法进行了描述,开发了Matlab-RTI中间件和OGRE-RTI适配器,较好地解决了数值仿真与视景仿真在高层体系中的集成并保证了系统的实时性。应用本方法完成的火箭飞行仿真系统已应用于某航天靶场的测发训练中,取得了较好的应用效果。     

基于STK的卫星视景仿真软件的设计与实现

基于STK和STK/Connect模块构建了卫星实时仿真系统框架。以VC＋＋6.0为平台开发了卫星实时视景仿真软件,并详细给出了VC和STK集成、仿真数据的发送解析、仿真时间同步等关键技术的实现步骤。该软件利用UDP/IP协议接收数值仿真机广播的卫星仿真数据并进行解析,通过STK/Connect模块发送指令,实时驱动STK进行二维和三维视景渲染,实现了卫星在轨运行状态的实时视景显示。     

交会对接视景仿真系统研究

实时视景仿真是交会对接技术仿真研究的一个重要方面和有效策略。本文基于软件平台MultiGenCreator和Vega设计开发了交会对接视景仿真系统。提出了系统的软硬件环境要求,设计了软件系统的框架以及几何和行为模块组成;探讨了利用Vega的可视化图形界面Lynx和应用编程的接口API开发RVD视景仿真的方法,给出了实现对接结构控制和视点漫游等功能的关键技术。     

刚体姿态仿真方法研究

首先论述了姿态描述的四种方法:欧拉角、欧拉轴旋转参数、方向余弦和四元数法,重点介绍了四元数法在飞行器运动学上的应用,它消除了欧拉方程的奇异性,计算效率也远远优于其他三种方法;最后讨论了数值仿真的方法及误差。     

基于粒子系统和Vega的红外烟幕仿真

通过对红外烟幕实时仿真方法的研究,采用连续点源浓度分布高斯型模式为烟幕扩散模型。基于粒子系统和Vega软件对红外烟幕不同时刻不同粒子数的视景及烟幕干扰目标视景进行了仿真,视景仿真视觉逼真,仿真实验验证满足实时评价烟幕干扰效果的要求。     

大机动飞行仿真的一种改进算法

传统的四元数和欧拉角之间的转换仅是对体轴系下的姿态角进行处理,并没有考虑与航迹轴相关的航迹角的转换问题,这样,在大机动飞行仿真中不仅会使飞机方程的解出现奇异,而且不能正确表示飞机的姿态。为此,提出了一种新的改进算法,采用该算法,不仅能够实现全角度的四元数与欧拉角之间的转换,同时也对航迹角的解算进行了相应的处理,使仿真结果与工程实际情况完全一致。经过对多种大机动飞行动作的仿真,验证了本方法是正确、实用的。     

基于几何矩阵的增强虚拟现实

增强虚拟现实是组合真实场景和虚拟场景,以达到丰富真实场景的目的.针对摄像机相对景深做较小运动时所获得的视频,提出了一种基于几何矩阵的增强虚拟现实方法.摄像机在这种运动情况下,可以用一个几何矩阵来描述两帧之间的关系,这样就大大简化真实场景和虚拟场景的组合.同时,由于虚拟场景来自二维图像,因此,非常容易对准虚拟物体在视频中的位置.理论和真实视频实验表明,本文提出的增强虚拟现实方法具有计算量小和真实性强等优点.     

基于全零点FIR前向滤波网络的超分辨成像方法研究

距离多普勒成像的距离分辨率和横向分辨率,分别取决于发射信号的有效带宽和目标相对于雷达在相干积累时间内的转角。采用的方法可以突破上述的限制,其方法是采用全零点FIR 前向滤波网络,在成像处理前进行线性预测滤波,仿真结果表明,这是一种改善距离多普勒成像雷达分辨率的有效方法。     

直升机非线性运动方程及其数值分析

基于牛顿法建立了单旋翼带尾桨直升机的非线性运动方程，提出了一种求解直升机非线性运动方程的数值方法。建立方程时，用欧拉角描述直升机在空中的姿态，旋翼采用有挥舞铰且在铰上带有弹性约束的模型，桨盘处的入流采用线性模型，通过对一算例直升机的操纵响应进行数值仿真，将非线性与小扰动线性化的直升机运动方程进行了对比分析。结果表明：从操纵输入到随后的2s左右，非线性和小扰动线性化的直升机运动方程的计算结果非常接近，但在此之后，非线性运动方程的计算结果更能反映直升机的运动规律。     

长航时高精度惯导系统姿态阵的四种解算方法

高精度惯性导航系统是保证水下或水面运载体长时间安全航行及搭载的仪器设备正常工作的关键技术之一,姿态阵解算是其核心问题。通过分解姿态阵以及分别采用Euler角和四元数描述姿态参数,建立解算姿态阵的四种方法;分别对这四种方法中的姿态模型进行扰动,并研究相应线性化误差模型的精度及其影响因素;利用数值仿真法对四种姿态解算方法的结果及对应的线性化误差模型的精度进行了比较分析,结果表明:姿态阵解算分解法显著差别于整体法,采用Euler角或四元数描述姿态参数对姿态阵解算精度的影响不显著,分解法对应的线性化误差模型的精度优于整体法。     

分布对象计算中分布实时对象设计与实现

在以CORBA为基础的分布对象计算平台上,进行分布实时对象技术研究。采用设立对象引用请求及请求应答过滤器的方法,设计和实现了基于分布对象方法引用的实时任务调度机制,为满足分布交互仿真等应用的实时需求提供了良好的支持,也为扩展面向对象分布中件的实时功能提出了一种通用的解决方案。     

空间飞行器大角度姿态跟踪机动问题研究

研究了姿态跟踪机动问题。通过引入视线坐标系,将时变终端条件的控制问题转化为定边界的控制问题。建立了飞行器相对于视线坐标系的四元数姿态运动学模型,提供了由已知信息计算姿态四元数的函数关系,引入了气度欧拉角变换,基于拟欧拉角信号设计了跟踪机动控制律。通过对空间预警卫星监视低轨道飞行器问题的仿真,验证了设计的正确性。     

跨音速大迎角Euler方程数值分析

应用有限体积法离散三维Euler方程,选用三步显式格式进行时间推进求解;并通过当地时间步长、残值光顺、焓修正等方法加速收敛。对一维波动方程的von Neumann稳定性分析说明这种三步格式的最大Courant数是2。对三角翼跨音速大迎角流动的数值分析表明文中的三步格式及焓修正方法优于人们经常采用的四步、五步格式以及焓阻尼技术。     

基于双时间步法的航空发动机过渡态仿真

对于航空发动机非线性大偏差过渡态过程的仿真,容积动力学法在实时性和鲁棒性方面具有优势。这一方法通过建立容腔部件的控制方程并进行简化,可以得到描述主燃烧室、外涵道和加力燃烧室等部件的常微分方程,并采用时间推进法求解发动机稳态工作点,采用显式欧拉法求解过渡态过程。本文进一步发展了该方法,对于过渡态过程,采用隐式求解以保证计算格式的收敛性,消除由二阶差分带来的非物理振荡,并引入双时间步法以简化隐式求解过程,使得仿真程序收敛迅速。仿真实验证明,该方法计算精度高,鲁棒性强,能够满足非线性大偏差条件下对于发动机实时仿真的要求。