振动环境中相机位置坐标与姿态角解算的实验研究

我国高速暂冲式风洞洞体振动较大,故振动环境中的相机位置坐标与姿态角解算技术对模型变形视频测量(VMD)至关重要.为此,建立振动模拟实验平台,研究相机位置坐标与姿态角求解方法,结果表明:基于蒙特-卡洛法的相机位置坐标与姿态角求解法最适于振动环境中VMD测量的相机位置坐标与姿态角求解.     

高速风洞试验中的视频测量技术进展

视频测量(Videogrammetry)技术因其对试验模型设计无特殊要求,受到国内外风洞试验机构的青睐。本文在介绍视频测量的理论基础之上,面向高速风洞试验的振动噪声环境,分析了飞行器精细化风洞试验对视频测量技术的需求,综述了大角度大重叠数字图像的外方位元素解算、标记点及其图像处理、相机标定和气动光学波前畸变场测量等技术进展。在2m 量级的高速风洞中,通过多个工程实例表明:视频测量的精度高,同期试验迎角视频实测数据的标准差≤0.0075°;同期动态变形实测数据的标准不确定度为5.232±0.082mm;为气动光学效应的研究与测量提供了新途径,其光路简单、无需使用价格昂贵的相干光源。     

以VSCMG为执行器的航天器姿态机动自适应动态滑模控制

针对刚体航天器姿态机动控制问题,结合变速控制力矩陀螺(VSCMG)执行器的特性,提出一种自适应动态滑模控制律,提高了姿态机动控制的扰动抑制能力和鲁棒性。此控制律采用自适应方法对扰动力矩进行估计,通过给出控制力矩变化率并对其积分得到控制力矩,以此削弱切换控制的抖振对控制力矩时间连续性的影响,从而改善系统的动态性能。仿真分析显示该控制律能够在扰动力矩作用下实现刚体航天器的快速姿态机动,并且有效减弱了滑模控制的抖振现象。     

一种BP网络自整定PID控制算法及其在NF-6风洞控制中的应用

NF-6风洞是一座增压、连续、高速回流式风洞,对各子系统的控制性能都有较高的要求。针对NF-6风洞对模型姿态系统控制性能提出的高要求,提出了一种BP网络自整定PID控制策略,并结合现有的改进型PID控制思想对其进行了进一步的分析与改进。仿真结果及初步应用表明:该算法在算法收敛性、实时性及控制精度上较传统PID算法及BP网络算法都有较大程度的提高。     

扑翼微型飞行器飞行姿态模型研究

扑翼微型飞行器飞行质量主要取决于能否对其飞行姿态进行有效控制, 而建立准确的飞行姿态模型尤为重要.通过对鸟和昆虫的飞行机理尤其是其飞行过程中翅膀的运动规律进行研究, 并考虑机械设计方面的因素, 对扑翼微型飞行器的飞行姿态建立了较为完整的动力学模型和数学模型.由分析可知机身所受外力为空气动力、重力和机翼作用于机身的驱动力, 而采用扑动与扭转两个自由度飞行的机翼所产生的驱动力是由瞬时平移力和扭转循环力合成的瞬时空气动力.数值仿真证实了动力学模型的正确性.      

Vega Prime实时视景仿真中实体姿态角研究与应用

实时视景仿真中准确描述实体的姿态十分重要,欧拉角就是一种描述实体姿态的有效方法,它广泛应用于各种系统,出于对各自问题解决的需要,不同系统对于欧拉角的描述不尽相同.实时视景仿真Vega Prime软件即采用欧拉角HPR来描述仿真实体的姿态,从欧拉角HPR的含义、如何将实体的姿态调整为给定姿态(h,p,r)和欧拉角HPR的求取等三个方面进行了深入研究,最后以实例的形式分析了欧拉角的求取过程和求取方法.     

微小卫星剩磁在轨标定技术研究

 基于微小卫星姿态确定系统常采用无陀螺配置方案,克服环境干扰力矩的影响并提高微小卫星姿态确定的精度是此类姿态确定系统的关键。分析了星上稳定剩余磁场对无陀螺微小卫星姿态确定的干扰机理,建立了卫星剩余磁矩与磁强计偏置标定模型。以磁强计、太阳敏感器作为姿态敏感器件,并采用扩展卡尔曼滤波器实现标定算法,为无陀螺磁测微小卫星消除剩磁干扰,获得高精度姿态估计提供了一种新方法。仿真结果表明：该方法能准确估计卫星剩余磁矩与磁强计偏置,磁强计偏置的标定精度在1 nT左右,剩余磁矩的标定精度为0.000 1 A·m²量级,有效消除了剩磁对无陀螺卫星姿态确定的影响,显著提高了姿态确定精度,滤波器能在500 s内收敛。     

一种基于Madgwick-EKF融合算法的卫星姿态测量方法

针对低地球轨道卫星姿态测量时,传感器易受噪声干扰、陀螺仪漂移等问题,提出一种基于Madgwick扩展卡尔曼滤波合算法(EKF)的卫星姿态测量方法。该方法采用陀螺仪、加速度计、磁强计等多传感器数据进行融合,并结合Madgwick算法和EKF算法的优点,实现姿态测量。首先,通过Madgwick算法,利用多个传感器测量数据计算初始姿态。然后,基于初始姿态和实际测量数据,应用EKF算法进行数据融合和噪声滤除,以获得最终准确的姿态估计。实验结果表明:相较Madgwick算法,本算法在测量精度上提升了65.8%,且具有较高的鲁棒性,为低地球轨道卫星姿态测量提供了一种有效的方案。     

货运飞船敏感器设备安装精度保证设计

位姿测量敏感器的安装精度直接影响航天器密封舱在轨姿态测量和交会对接控制精度。文章针对敏感器位姿在轨无法标定和载人航天器精度保证设计制约因素多的问题,对货运飞船精度保证设计中需要考虑的停放工装和重力影响、货物空满载、舱压和发射段振动等各种要素进行研究,提出一种融合多要素的载人航天器设备精度保证设计方法,确立基于单因素精度变化量的目标函数,实现精测结果评价量化,保证位姿测量敏感器精度满足在轨测量和控制要求。该方法已成功应用于“天舟”系列货运飞船,未来可应用于其他载人航天器研制中。     

星载陀螺数据的无阈值选用方法

为了提升卫星自主诊断能力和定姿精度,文章提出了一种星载陀螺数据的无阈值选用方法,在平衡方程法的基础上,引入星敏感器测量评价陀螺性能,既能够在陀螺零偏发生较大变化时切除故障陀螺,也可以在陀螺零偏变化不大时,优选性能最优的陀螺组合。首先,采用平衡方程进行陀螺故障检测,保证大故障时及时切除故障陀螺;然后,用星敏感器数据滤波估算陀螺零偏,并计算残差;最后,优选零偏最小的3个陀螺参与定姿运算。仿真校验说明了方法的有效性。