航天器嵌入式操作系统研究与设计

随着航天器结构和功能的复杂化,对作为系统资源管理者的操作系统的功能和可靠性等要求也日益增强.分析嵌入式实时操作系统在国内外航天领域的研究与应用现状,提出面向航天器应用特点的具有多任务管理、内存管理、文件系统、容错和故障管理等功能的高可靠、高性能的嵌入式实时操作系统的研究与设计方案,并展望其在未来网络化及分布式安全航天器中的发展前景.     

负压式平板型环路热管试验

为解决高热流密度电子器件的散热问题,设计了一套负压式铜 甲醇环路热管,其蒸发器设计成平板型。研究表明,该平板型环路热管具有较高的散热能力,能够在无重力姿态和重力姿态下顺利启动。当重力倾角分别为0°、18°和30°,热负荷为160W时,蒸发器壁面温度分别达到85.8℃、66.3℃和64.6℃。按照环路热管启动状态,其启动过程可分为3个阶段：加热阶段、预启动阶段和后启动阶段。在低热负荷区域,环路热管会出现温度波动现象。增大重力倾角,有利于降低蒸发器壁面温度和热阻。当重力倾角为30°,热负荷从10W递增到160W时,环路热管的热阻从4.97℃/W降低到0.39℃/W。     

多传感器多目标系统误差融合估计算法

为解决多传感器组网系统的系统误差估计问题,基于多传感器多目标上报信息,研究并提出了一种多传感器多目标系统误差融合估计算法.算法构建了两级融合结构,即第一级对多传感器组合状态估计信息进行反馈融合以改善局部组合状态估计精度,从而间接改善系统误差的估计精度,而第二级对多目标系统误差估计信息进行融合以进一步提高系统误差的估计精度.蒙特卡洛仿真显示算法能有效融合利用多传感器多目标信息,实现多传感器系统误差的实时精确估计.     

联翼布局俯仰力矩非线性变化特性的数值模拟

联翼布局飞机具有优良的升阻特性,是下一代亚声速飞机优先选择的气动布局型式之一,但在某些情况下其俯仰力矩随迎角的增大会表现出较强的非线性变化特点.针对该问题,在Ma=0.75条件下,采用数值模拟方法对某亚声速联翼布局气动性能及其绕流流场进行研究,通过对各部件气动特性分析,结合不同前翼绕流流动状态下前/后翼绕流场特点及截面气动力分布特点,揭示了前翼对后翼绕流流场干扰是引起其俯仰力矩非线性变化的主要原因.计算结果表明:在一定迎角下,该联翼布局飞机前翼绕流发生分离,从而影响后翼绕流流场,引起后翼气动效率下降,导致全机俯仰力矩随飞机迎角发生非线性上扬,对该机飞行性能的提高带来严重影响.     

Estimation of GPS instrumental biases from small scale network

With 4 GPS receivers located in the equatorial anomaly region in southeast China, this paper proposes a grid-based algorithm to determine the GPS satellites and receivers biases, and at the same time to derive the total electron content (TEC) with time resolution of 15 min and spatial resolution of 1° by 3.5° in latitude and longitude. By assuming that the TEC is identical at any point within a given grid block and the biases do not vary within a day, the algorithm arranges unknown biases and TECs with slant path TEC from the 4 receivers’ observations into a set of equations. Then the instrumental biases and the TECs are determined by using the least squares fitting technique. The performance of the method is examined by applying it to the GPS receiver chain observations selected from 16 geomagnetically quiet days in four seasons of 2006. It is found that the fitting agrees with the data very well, with goodness of fit ranging from 0.452 TECU to 1.914 TECU. Having a mean of 0.9 ns, the standard deviations for most of the GPS satellite biases are less than 1.0 ns for the 16 days. The GPS receiver biases are more stable than that of the GPS satellites. The standard deviation in the 4 receiver bias is from 0.370 ns to 0.855 ns, with a mean of 0.5 ns. Moreover, the instrumental biases are highly correlated with those derived from CODE and JPL with independent methods. The typical precision of the derived TEC is 5 TECU by a conservative estimation. These results indicate that the proposed algorithm is valid and qualified for small scale GPS network.     

微小型无人直升机避障最优轨迹规划

针对无人直升机在低空复杂环境下避障飞行问题,提出了一种基于非线性最优控制理论的求解策略.以避障机动飞行时间为优化目标,无人直升机六自由度非线性动力学方程为等式约束,直升机飞行性能限制以及三维空间中障碍物限制等因素为不等式约束,建立了避障机动飞行的最优控制模型.然后利用高斯伪谱法（GPM,Gauss Pseudospectral Method）将轨迹规划问题转化为非线性规划（NLP,Non-Linear Programming）问题,并采用序列二次规划算法进行求解.在此基础上研究了障碍物尺寸对最优轨迹的影响.计算结果表明,该方法能够以较高的精度生成真实可行的避障飞行轨迹,最优机动动作取决于障碍物纵横向尺寸比.      

基于分段化结构重建的2D/3D视频转换方法

为了缓解3D片源的不足,设计了一种分段化结构重建方法为视频2D/3D转换提供深度线索.采用分层提取的方式,将视频基于内容分解为子序列,在每个子序列中建立优化准则选择出处于非退化状态的关键帧,并以此为基础提出了分段化结构重建框架,利用改进的耦合自标定算法重构出每个子序列对应的离散3D结构信息,从而获取视频的深度线索.实验结果表明,该方法通过分段化后的局部优化,不仅使结构化重建能够有效处理多场景下的连续镜头,还加快了转换的效率,能够稳定、高效地获取深度信息,适用于视频2D/3D转换.      

一种前飞状态直升机可达区域快速计算方法

直升机可达区域可用于生成空域安全态势,提高直升机在低空复杂环境中的飞行安全水平.为了满足求解可达区域的实时性和准确性要求,提出了一种快速计算方法.根据能量机动性求解了直升机控制域,结合运动学方程建立了可达区域数学模型.基于最优控制原理,实现了边界点快速计算;提出了基本可达区域的概念,将实时可达区域构造问题转化为少量边界点的计算问题.以AH-1G直升机为对象进行了二维和三维的算例分析,并与微分包含法计算结果进行了对比.算例结果表明,直升机控制域是时变的,需根据实时飞行状态进行计算;该算法能实时计算前飞状态直升机的可达区域,有较高的计算精度.     

气动负载模拟器的多余力矩分析

为了分析气动负载模拟器中多余力的形成及影响因素,介绍了气动负载模拟器的工作原理、结构框图及实验平台,推导了气动负载模拟器的数学模型,并通过实验和仿真对比模型进行了验证。采用线性化方法定性分析了影响气动负载模拟器多余力的3个因素——被动压差、惯性力矩以及摩擦力矩。采用非线性仿真定量分析了该3个因素分别对气动负载模拟器的多余力矩的影响。得出了在气动伺服加载系统中,摩擦力矩是引起系统多余力矩的重要因素。