基于单目视觉的室内微型飞行器位姿估计与环境构建

针对微型飞行器(Micro air vehicle,MAV)在室内飞行过程中无法获得GPS信号,而微型惯性单元(Inertial measurement unit,IMU)的陀螺仪和加速度计随机漂移误差较大,提出一种利用单目视觉估计微型飞行器位姿并构建室内环境的方法。在机载单目摄像机拍摄的序列图像中引入一种基于生物视觉的方法获得匹配特征点,并由五点算法获得帧间摄像机运动参数和特征点位置参数的初始解;利用平面关系将特征点的位置信息由三维降低到二维,给出一种局部优化方法求解摄像机运动参数和特征点位置参数的最大似然估计,提高位姿估计和环境构建的精度。最后通过扩展卡尔曼滤波方法融合IMU传感器和单目视觉测量信息解算出微型飞行器的位姿。实验结果表明,该方法能够实时可靠地估计微型飞行器的位置和姿态,构建的环境信息满足导航需求,适用于微型飞行器室内环境中的导航控制。     

序列图像中直线边缘快速提取和匹配

针时飞行器视觉导航等实时性较强的应用,给出了一种在航空序列图像中进行直线边缘快速提取和匹配的方案。在提取直线边缘时,运用了当前速度较快的邻接元素标记方法,从而提高了直线边缘提取速度。而在时直线边缘进行匹配时,给出了一种分三步走的方案,并提出了一种能够有效降低噪声影响的度量方式。首先选择3条直线边缘作为参考模型,在直线边缘的方向、位置以及物理特性的约束下构建候选匹配基,然后在基于矢量技术的基础上确定与参考模型基相对应的匹配模型,在此基础上再确定其他直线边缘之间的对应关系。试验结果表明,本文的直线边缘匹配方法比现有的方法速度提高了30倍以上,能够有效地满足一些实时性较强的应用。     

飞机座舱内空气速度和温度分布的数值模拟

飞机座舱内空气的流场和温度场直接影响到乘员的舒适性。本文应用雷诺平均Navier-Stokes方程和Launder-Sharma低雷诺数模型计算了飞机座舱内的流场和温度场。文中对对流－扩散方程中的对流项分别采用低阶和高阶精度格式进行了离散，计算结果表明高阶精度格式更适合飞机座舱内空气分布的数值模拟。     

确定透视图象的未知摄影参数

给出了几个新的透视逆变换关系式，利用这些解析变换公式，提出了一种计算透视图象的未知摄影参数的优化方法，并介绍了三维重建过程和有关例子     

基于堆栈自编码网络的铣刀磨损特征提取方法

针对传统切削数据人工提取的特征主观性和盲目性强、特征提取过程耗时且提取质量难以保证等问题,提出一种基于堆栈自编码网络(SAE)的切削信号数据特征提取方法,构建了由3个自动编码器(AE)组成的SAE网络。前一个AE无监督训练后得到隐藏层特征,作为下一个AE的输入,最后整体利用反向传播算法进行有监督微调,从而得到更优的特征表达。从基于SAE的数据重构性能分析和加工信号特征主成分分析2个层面,对切削信号特征提取的优劣进行评估。实例验证说明,相比于传统手工提取特征的方法,所提方法在压缩信号的特征提取方面表现出明显的优势,进一步说明了SAE特征提取的有效性。     

微型飞行器桨翼气动干扰的数值模拟

对某一固定翼微型飞行器进行了桨翼气动干扰数值模拟研究,采用作用盘理论模拟真实桨盘的工作状态,通过时间平均稳态处理将非定常流场简化为准定常流场计算。利用FLUENT的用户自定义函数UDF实现作用盘前后压力、速度的变化。通过与无滑流影响下单独机身数值计算结果的比较,结果显示螺旋桨滑流延缓了机体上表面的气流分离,增强气流再附着能力,飞机的失速迎角增加2°,升力、阻力、俯仰力矩系数增加2%～5%,升阻比减小2%～3%。     

双旋翼微型飞行器的非定常气动特性

发展了一种基于计算流体力学(CFD)的非定常气动特性预测方法,计算方法包括了动量源模型、预处理方法、非结构嵌套网格和Spalart-Allmaras(S-A)湍流模型等技术.通过计算悬停Caradonna-Tung算例和俯仰振荡NACA0012算例,验证了计算方法模拟双旋翼微型飞行器动态流场的有效性.数值模拟了双旋翼微型飞行器动态流场,给出了非定常气动系数的迟滞曲线,分析了缩减频率、前飞速度和螺旋桨转速对非定常气动特性的影响.计算结果表明:力矩系数迟滞效应随缩减频率、前飞速度和螺旋桨转速增大而增大,升力系数迟滞效应随缩减频率和前飞速度增大而增大,但基本不随螺旋桨转速变化而变化.      

大幅运动复杂构形扑翼动态网格生成的一种新方法

 基于Delaunay图映射的动态网格生成方法无需迭代计算,效率高,稳定性好。但对大幅运动复杂构形的动边界问题,背景图容易交叉,重新生成背景图和重新定位网格点信息不仅费时而且会导致网格质量的严重下降。提出一种双重Delaunay图映射的动网格生成方法,通过在初始背景图中添加辅助点,生成虚实两种背景图和虚实两种映射关系。分别根据虚映射关系和虚背景图、实映射关系和实背景图,移动辅助点和网格点。几个复杂构形的扑翼算例表明,双重图映射方法多付出极少的内存代价即可避免背景图交叉引起的问题,提高了动网格生成的效率和质量,增强了处理大变形复杂动边界问题的强健性。