面向火星自主漫游任务的视觉-惯性感知系统

精确的位姿估计以及对周围环境中的障碍物的实时感知,是探测器在火星表面进行自主漫游的基础.然而,火星探测器受到自身质量、体积和能源供应等因素的影响,计算资源和设备功率受到严格限制,这给感知系统的设计与实现提出了挑战.本文针对火星探测器计算资源严重受限的问题,设计了一种基于视觉-惯性多传感器滤波融合的智能感知系统,其主要包括两个模块:1)基于多状态约束卡尔曼滤波MSCKF(multi state constrained Kalman filter)算法的视觉-惯性里程估计模块,实现了相对误差小于1.5％的较高定位精度;2)使用GPU加速的高程地图构建算法,实现了稠密地形图的实时构建.其中,高程地图与机器人位姿采用概率最优的方式进行融合,保证了感知系统整体的概率一致性.相比于现有感知系统,本文所提出的方法可以仅使用双目视觉和IMU实现机器人的位姿估计和周围环境高程地图的构建,并通过合理的算法设计、GPU硬件加速等方法,最终整套系统在30W板载系统上实现了位姿估计输出频率400Hz、地图输出频率4.2Hz的实时运行效果,充分验证了本系统的轻量化特性,能够有效应用于火星车的自主探测任务.     

航天器分子污染返回流计算方法

随着对航天器长寿命、高性能、高可靠要求的不断提高,污染逐渐成为影响任务成功的重要因素之一,数值模拟是评估分子污染的主要手段之一.对返回流计算方法进行了总结,详细介绍不同方法的理论基础、计算细节,对方法的优缺点、适用性等进行了比较分析.     

单颗MEO卫星定轨中的二阶钟差模型

分析使用简化动力学和观测模型对单颗MEO卫星进行定轨时星地钟差参数化建模问题,建立了一个基于全弧段二阶钟差模型的定轨方案,分析了该钟差模型的精度,及其对定轨精度和卫星钟差预报精度的影响.结合对实测数据处理的结果说明,基于二阶钟差模型的定轨方案的定轨精度好于10m,相对于以往研究中对钟差分段建模的定轨方案精度明显较高,并且其对错误数据有着更好的抗差性.分析同时表明,使用二阶模型作钟差预报的精度好于20ns.     

M估计在卫星轨道确定中的应用

基于卫星测控的测量方程和动力学方程,分析了传统定轨策略中观测方程误差模型的非正态性,推导了定轨方程,提出了一种基于M估计的卫星定轨方法,证明了相关的性质。仿真结果表明：基于M估计的卫星定轨方法可明显抑制粗差影响,提高卫星轨道确定精度。     

电离层特征参量的自相关原理插值方法

通过选用合适的电离层平稳性参数, 建立相应的正定自相关系数模型, 利用自相关分析原理, 提出了一种针对电离层特征参量历史缺失数据插值处理的新方法. 该方法能够提高Muhtarov 和Kutiev 在1999 年提出的自相关系数法的插值精度, 通常情况下可以把误差降低1 到2 个百分点以上, 有时甚至能降低接近9 个百分点, 在很大程度上改善了对电离层历史缺失数据的插值处理效果. 此外, 本文还对插值误差随季节、太阳活动性和地理纬度等的变化规律进行了分析.      

碳纤维增强热固性复合材料-钛合金激光连接接头性能分析

碳纤维增强热固性复合材料(CFRTS)和TC4钛合金具有较高的比强度和比刚性,轻量化效果十分明显,在航空航天、新能源汽车制造中应用广泛.为实现CFRTS与TC4钛合金的高强度连接,引入"激光清洗+树脂填充"的界面复合调控工艺.在CFRTS和TC4钛合金激光焊接之前,首先,采用脉冲光纤激光器对CFRTS表面进行激光清洗处...     

弧面分度凸轮实体建模研究

系统分析了弧面分度凸轮曲面的形成特点,根据空间啮合原理简洁地导出了弧面分度凸轮的廓面方程,利用旋转坐标的方法,建立了凸轮廓面与从动件上特征截面接触点的一般数学模型。在此基础上,提出了弧面分度凸轮实体建模方法,并以Solid Works软件为平台,进行了实例计算。该实体建模方法,为深入研究共轭曲面零件的实体造型问题奠定基础。     

压力和速度对氧化锆分析仪测量值的影响

使用氧化锆分析仪测量气体中氧浓度时发现,压力和速度可能对测量值有影响。本文组建实验系统并进行实验研究,用氧气和空气混合制成高氧气浓度气体,用氧气和二氧化碳混合制成低氧气浓度气体,分别研究了压力和速度对不同氧气浓度下氧化锆分析仪测量值的影响。结果表明,氧化锆分析仪在直接插入式安装时,存在最大使用压力;在最大使用压力以下测量时,气体压力对测量值无影响。压力超过最大使用压力时,高氧气浓度下,随着压力升高,测量值减小;低氧气浓度下,随着压力升高,测量值增加。气流速度对分析仪的测量值无影响。     

贴附式涡流传感器损伤监测特性仿真与实验研究

为满足飞机结构裂纹扩展定量化监测和工程化应用的需求,探索MWM(Meandering Winding Magnetometer)传感器进行结构健康监控的可行性,设计了一种贴附式涡流阵列传感器并为传感器的工程化应用开展了仿真优化和实验研究。基于裂纹扩展分段监测的思路,传感器的感应线圈和激励线圈采用阵列化设计。通过将材料的电导率提取为结构的等效损伤参数,构建了传感器损伤监测正向半解析模型,并对线圈厚度和基材层厚度进行了优化。为验证传感器的监测能力,开展了程序载荷谱下的2A12-T4铝合金阳极氧化试件的疲劳裂纹扩展监测实验。仿真优化结果表明,传感器监测灵敏度随提离距离的增加而减小,传感器最优工作频率范围为0.3~0.7MHz。裂纹扩展监测实验结果表明,贴附式涡流传感器具备对金属结构进行实时损伤监测的能力,感应线圈的阵列化布置方式实现了裂纹扩展的定量监测,精度达到毫米级,同断口分析结果相比,平均监测误差为3.85%。     

基于卫星推进剂剩余量测量的热容法数值仿真

由于具有主动热源的输入,与传统PVT方法相比,热容法在卫星寿命末期具有较高的推进剂剩余量测量精度。为了获得地面条件下准确的热分析模型,对某型号1407L网式表面张力贮箱在地面条件下应用热容法进行数值仿真。通过数据分析,并与地面试验结果进行比对,验证了热分析模型的有效性,获得了地面环境下准确的热分析模型,为热容法的后续深入研究和在轨应用提供了参考。