微小型飞行器惯性组合姿态确定与航路导航研究

构建了微小型飞行器(MAV)导航、制导与控制(GNC)系统。研究了微惯性导航测量单元零偏的温度建模及非正交误差的多位置标定补偿方法,提出微小型飞行器导航、制导与控制系统闭环条件下,利用导航、制导与控制回路的飞行状态特征信息的微惯性组合导航系统滤波算法,根据微小型飞行器飞行状态实时调整卡尔曼滤波器的观测噪声方差,有效提高了动态过程中姿态测量精度和微小型飞行器的飞行平稳度。完成了组合导航系统滤波算法验证飞行试验及自主姿态稳定和航路飞行试验。飞行试验表明:微小型飞行器实现了自主姿态稳定与长距离超视距航路点导航飞行,航路点导航误差小于30 m,惯性组合姿态确定与航路导航系统及算法满足微小型飞行器自主飞行对导航系统的需求。     

无陀螺飞行器姿态和角速度确定

通过预测滤波方法研究了利用矢量观测确定无陀螺飞行姿态和角速度的方法。给出的观测滤波法在一定的二次型优化准则下，对飞行器姿态和名义姿态运动模型的等效角速度误差可同时进行实时估计，能够准确跟踪敏感器的测量，有效减小模型误差的影响，数值仿真结果验证了算法的优越性。     

再入机动飞行器的控制系统设计

基于再人机动飞行器机动控制特点，设计了两种反馈结构——过载反馈和姿态角反馈的姿控系统．并从输入反馈信号构成、系统回路设计、反馈系数确定及飞行弹道仿真结果等方面，对两种形式的姿控系统进行了比较。结果表明．过载反馈系统在再人机动飞行器的飞行控制中效果较好。     

基于运动捕捉系统的多旋翼飞行器实时测姿算法

旋翼飞行器的室内自主飞行是目前研究的热点之一。在室内飞行过程中,飞行器姿态和位置信息可以通过运动捕捉系统（Motion Capture System,MCS）来进行实时测量,从而为机载低成本MEMS惯性导航系统提供校正信息。结合四旋翼飞行器的结构特性,提出了一种五点实时测姿算法。相对于目前MCS常用的测姿算法,该算法可以降低标记点安装引起的测姿误差。室内实验结果表明,该算法测姿精度高,并且能够有效实现四旋翼飞行器室内动态实时姿态测量,具有较好的工程应用价值。     

基于DSP的全姿态挠性陀螺定北仪的原理与实现

本文介绍一种全姿态定北装置，它以挠性陀螺仪和加速度计为测量元件，利用正切法对轴测速定北和重力加速度信息，进行全姿态方位角计算。为了提高系统的运算精度和速度，采用浮点片TMS320C32DSP芯进行计算和控制，以快速自动准确测出真北方位角，文中着重讨论基于DSP的挠性陀螺定北仪的原理，信号处理，误差分析。     

基于GNSS速度信息辅助的飞行器姿态保持技术研究

为了提高飞行器精确打击和侦察探测能力,针对飞行器组合导航系统高精度、长航时和高可靠的姿态保持问题,研究了一种基于GNSS速度信息辅助的飞行器姿态保持技术。通过采用开环修正和闭环修正结合的工作方式,克服了惯性导航误差随时间不断积累引起的滤波精度下降问题;通过对GNSS信息进行χ~2检测,避免飞行器作大机动飞行或有外部干扰时引起的GNSS信息异常,确保GNSS信息的有效性;通过对GNSS速度信息的时间延迟进行扩展建模,抑制GNSS数据延迟对姿态保持算法的影响。仿真和实际数据处理结果表明:该姿态保持技术充分利用惯性导航系统和GNSS的优点,技术方案合理,能够满足飞行器高精度、长航时和高可靠姿态保持的需求,具有较好的工程应用价值。     

初始运行条件对空间飞行器飞行影响研究

某试验型微小空间飞行器用于检测空间探测技术,通过对该飞行器运动轨迹及姿态变化的研究,对比分析空间探测技术的实时响应和检测精度。针对发射过程中,扰动会改变空间飞行器自由飞行过程的初始运行条件的问题,建立计及环境因素的空间飞行器轨道动力学和基于欧拉方程的姿态动力学模型,并对飞行器在不同初始运行条件下的运动过程进行数值研究。结果表明:改变初始条件,飞行器运动过程将产生不同程度的变化;入轨初速度越大,飞行器轨道离心率和周期越大;非零发射角将引起轨道偏移和旋转,俯仰发射角主要引起俯仰角变化,偏航发射角主要影响滚转角和偏航角,并且角度越大,幅度越大;自转角速度越大,姿态角变化越小。     

带有双速率1773接口的光纤陀螺惯性测量装置

为了参与高级研究计划局技术丙投资项目光控飞行先进系统设备的实验室论证，史密斯工业公司正在研制一种带有光纤接口的挑纤院螺姿态与航向参考系统。一个光学接口光纤陀螺与向参考系统满足提高飞行器能力，减小重量，提高抗电磁干扰能力及改善系统性能的ＦＬＡＳＨ最高飞行控制需要。     

微型飞行器高度估计的最小二乘法

对微型飞行器高度估计问题,提出了基于针孔成像的最小二乘法。利用惯性器件测量的姿态角,建立了目标在2帧图像的4个投影方程,得到目标相对高度的最小二乘解。对该方法进行了仿真验证,结果表明当飞行器横滚角变化不大时,高度估计对姿态角误差具有较好的鲁棒性,误差在2 m以内,优于传统方法。该方法计算量小,适合微型飞行器平稳飞行时应用。     

一种自主四旋翼飞行器控制系统结构研究

四旋翼无人飞行器在军事及民用领域都有很重要的应用,但目前主要是以遥控控制为主,其自主飞行能力较弱,因此提出了一种针对四旋翼飞行器的自主控制架构,它可根据设置好的飞行轨迹进行自主巡航飞行.该自主飞行架构主要分为两部分,分别为导航控制系统和姿态控制系统.导航控制系统根据航线信息解算系统控制姿态角及飞行速度,并把解算结果交给姿态控制系统,由姿态控制系统完成实际飞行器姿态的控制.通过航线自主飞行仿真对该方法的可行性进行了验证.结果表明,该自主控制架构明晰,易于实际控制系统的实现,具有实际应用价值.     

基于MEMS陀螺的风洞模型水平姿态动态测量与精度评估

风洞实验对模型的水平姿态实时动态测量精度的要求不断提高,微小型飞行器模型、高精度的激光陀螺、光纤陀螺惯性测量单元往往在体积、质量方面受到限制,而单一的MEMS系统在水平姿态测量精度方面通常难以达到要求。采用高精度石英挠性加速度计替代MEMS加速度计,与MEMS陀螺进行组合测量。针对加速度计I/F转换脉冲量化及陀螺漂移对动态测量精度的影响,提出了一种基于速度观测Kalman滤波的水平姿态动态测量算法,以提高风洞实验中模型水平姿态的测量精度。提出了在三轴飞行模拟转台上,利用高精度激光陀螺捷联惯导系统的测量结果作为基准进行动态精度评估的方法,解决了安装误差、时间同步等因素对评估精度的影响。通过与其他几种惯性水平姿态测量方法进行精度对比,验证了该算法的技术优势。     

基于移动网络的飞行控制系统

一个实现精确姿态显示的飞行控制系统不仅能改善飞行品质,而且能保障飞行任务的圆满完成,飞行姿态数据的研究与设计具有重大的安全意义和研究价值.设计了以STM32F103为核心控制芯片的飞行控制系统,通过读取HMC5883磁阻传感器、MPU6050三轴姿态传感器、MS5611气压计的数据,编入相应控制程序,获取飞行器的三轴姿态和高度位置,并将取得精确的姿态数据通过4G移动网络传输到手机客户端上,保证飞行中GPS以及遥控信号失灵等突发状况时,能够及时地根据数据调整飞行姿态,达到安全返航的目的.实验测试结果表明,系统实时性好,可靠性高,易于安装,调试简单,具有较高的实用价值.     

一种基于视觉的微型飞行器姿态检测算法

探讨了基于视觉的微型飞行器的飞行状态检测方法，利用机载摄像头获得图像。根据某种准则识别出地平线，进而变换得到飞机的姿态角。文中给出了地平线判别准则及相应的算法和姿态角变换公式。最后，给出了一个实际算例及处理结果。     

飞行器飞行大气数据传感技术发展现状与展望

飞行器飞行大气数据传感技术是现代飞行器全包线飞行控制、通信导航和武器打击轨迹精确控制获取飞行大气参数测量的关键或重要途径。回顾了飞行器飞行大气数据传感技术发展历程,阐述了技术跨代发展的驱动因素和系统架构设计、压力受感与传递转换、参数解算模型设计、复杂气象环境适应性设计、系统校准与飞行验证五项关键技术解决情况,分析了现有技术的不足与缺陷,从现代飞行器发展与应用需要出发,结合工程技术研究成果,提出了飞行器飞行大气数据传感技术未来重点发展方向。     

提高飞行器姿态角计算精度的方法研究

分析了传统的通过方向余弦矩阵、四元数形式的飞行器转动微分方程数值积分结果确定姿态角方法的不足,介绍了基于改进的牛顿法确定飞行器姿态角的方法.基于多次测量均值效应原理,介绍多使用上述两种方法中的元素提高飞行器姿态角计算精度的算法及仿真结果.     

2.4 m跨声速风洞虚拟飞行试验技术研究

风洞虚拟飞行试验(WTBVFT)技术是在风洞环境中对飞行器机动运动最逼真模拟的物理过程,它不仅可以更加有效模拟飞行器的机动运动过程、获取气动/运动耦合特性和揭示气动/运动耦合机理,而且能够实现气动/飞行力学集成的相容性研究。鉴于此,简要介绍了2.4 m跨声速WTBVFT技术,包括:相似准则和模拟方法、试验模型支撑技术、气动/运动参数测试技术和操纵控制技术等,并开展了典型导弹模型开环控制、姿态角闭环控制、加速度闭环控制、俯仰/滚转耦合与解耦控制以及靶试弹道验证等WTBVFT。研究结果表明:WTBVFT系统运动灵活,气动参数和运动参数测量结果准确可靠,能够有效模拟导弹实际飞行过程,具备闭环控制与耦合运动解耦控制的试验模拟能力,初步形成了气动/飞行力学一体化试验研究能力。同时,该研究也为开展控制方法优化与验证、数据修正与应用以及发展复杂构型的WTBVFT奠定了技术基础。     

基于 Nussbaum函数的多无人机预设性能反步容错协同控制

针对多无人机协同执行任务过程中遭遇执行器增益故障下的安全飞行控制问题,设计了 1种预设性能反步容错姿态跟踪控制方案,以实现故障下的多无人机姿态同步跟踪控制。首先,定义飞行器的姿态同步跟踪误差和姿态角速率跟踪误差,分别利用预设性能函数对 2种误差进行约束,将不等式约束转化为等式约束。其次,基于转换误差设计反步容错姿态同步跟踪控制器,应用 Nussbaum函数解决由增益故障引起的未知控制增益问题。Lyapunov稳定性分析表明,姿态同步跟踪误差与姿态角速率跟踪误差稳定且收敛。仿真结果验证了控制方案的可行性以及有效性。     

基于反步法的空天飞行器有限时间姿态跟踪控制

针对空天飞行器再入段姿态跟踪控制问题,根据反步法和控制分配技术提出了一种有限时间复合控制策略,处理在未知扰动和参数不确定性情况下RLV进行再入飞行时的姿态镇定问题。首先,根据多时间尺度,将RLV模型分为双回路子系统——姿态角子系统和姿态角速度子系统,并在反步法框架下定义误差向量,结合快速幂次趋近律设计虚拟角速度指令;然后,设计有限时间观测器,补偿包含虚拟指令微分组合的不确定项,并实时反馈给有限时间控制律,避免"参数膨胀";最后,利用分离原理和Lyapunov有限时间稳定性理论,证明了整体系统的收敛性,分析并给出了闭环系统的收敛时间。仿真结果表明了该控制策略的有效性。。     

EOMS光电经纬仪系统

EOMS光电经纬仪系统主要用于中近距离范围内飞行器轨迹及姿态的测试。该系统可对飞行目标进行单杆半自动和电视全自动跟踪；采用了GPS，可使外测参数和内测参数实现精度时间同步。通过外场测试和初步飞行试验证明该设备具有测试精度高，能进行TV实时测量等优点。     

克服旋转飞行器螺旋运动的方法研究

旋转飞行器虽然具有内在稳定性，但在飞行过程中一些不确定因素会导致飞行器产生螺旋运动，而非理想的关于角动量矢量纯粹的旋转运动。结合旋转飞行器自身的特点，借鉴自旋卫生的被动章动阻尼的方法，提出了一种通过主动控制飞行器内部质量块的运动使得飞行器碑的惯量主轴发生偏移，惯量矩阵由原来的对称阵变为含有非零非对角元素的矩阵，从而改变飞行器的姿态角运动来克服螺旋运动的方法，这将有助于提高旋转飞行器的资态控制精度。以某型旋转飞行器为背景进行仿真研究，计算结果证实了该方法的有效性和可行性。