太阳矢量在行星际探测器姿态估计中的应用研究

在基于矢量观测的行星际探测器姿态确定中,参考矢量的几何关系是影响姿态估计精度的一个重要因素。针对这一问题,本文提出了一种利用太阳矢量来提高探测器姿态估计精度的最优算法。该方法在引入太阳矢量的基础上,将星敏感器测得的姿态四元数转化为两个互相垂直的参考矢量,并根据敏感器的测量精度计算相应的规范化权值系数;结合姿态四元数估计算法,给出最小二乘意义下的探测器最优姿态估计。最后,以深度撞击任务的实际飞行数据对本文所提算法进行验证。仿真结果表明,引入太阳矢量后的三轴姿态角估计误差小于150μrad,完全满足深度撞击任务的要求。     

基于IMU辅助的高动态GPS信号捕获算法

高动态环境存在较大的多普勒频移,传统的GPS信号捕获方法捕获时间较长。为了快速捕获到信号,提出将惯性测量单元(InertialMeasurementUnit,IMU)辅助与快速傅里叶变换(FFT)相结合的快速捕获算法。该算法通过外部IMU的位置、速度辅助,预先估算高动态载体产生的多普勒频移,缩小频率搜索范围;利用二维FFT方法同时搜索码相位和多普勒频率,降低计算复杂度,加快捕获速度。仿真结果表明该算法可以显著减少捕获时间,提高捕获性能。     

动力学环境下惯性仪器误差建模与仿真

分析了动力学环境下惯性仪器的工作原理和误差情况，提出一种反映惯性仪器结构振动特性的误差模型。对液浮摆式加速度计测量误差进行仿真，得到动力学环境下液浮摆式加速度计测量误差的规律。研究表明，在动力学环境下，液浮摆式加速度计因为结构变化而产生了较大的工作误差，这些误差的表现形式相当复杂，在单一环境实验中是无法体现的。     

空间飞行器交会对接相对位置和姿态的在轨自检校光学成像测量算法

空间飞行器交会对接的最后逼近阶段，通常采用光学成像敏感器来测量跟踪飞行器和目标飞行器之间的相对位置和姿态。考虑到飞行器在轨运行期间，CCD相机受空间环境的影响，其内参数会发生变化的实际情况，提出了一种单CCD在轨自检校光学测量方案，其主要特点是飞行器在执行测量任务时，可同时进行相机内参数的自检校。首先根据严格的中心投影共线条件方程，推导出目标飞行器光学特征点坐标和对应的像点坐标与内参数及相对位置和姿态的严格解析关系；然后建立了内参数及相对位置和姿态的解析表达式；提出了目标航天器上光学特征点的布设要求。通过严格的理论分析和数值仿真，单CCD在轨自检校光学测量方案具有可靠性高、精度高、算法易实现、适应能力强等优点。     

高阶微分反馈控制及在四旋翼飞行器中的应用

高阶微分反馈控制是不依赖系统精确模型的控制策略,采用控制滤波器间接补偿系统的未知模型。但其中的高阶微分器没有用来估计系统的未知模型函数,采用的是间接补偿未知模型函数方案。改进了高阶微分器,将控制输入引入其中,既能实时估计非线性模型中的未知函数,也能估计系统输出及参考输入的微分信息。对比分析了改进的高阶微分器和扩张状态观测器所估计的未知函数的收敛性,证明前者的型别比后者高一个类型。应用估计的微分和模型函数设计了新的高阶微分反馈控制算法,该方案能够抑制未知扰动,并成功地应用于四旋翼飞行器(QUAV)姿态系统的控制。应用Lyapunov函数从理论上证明了闭环系统的稳定性。在基于Pixhawk的控制测试平台实验中,分别采用改进的高阶微分反馈控制、PID控制、自抗扰控制和传统的高阶微分反馈控制方案,测试四旋翼飞行器对不同参考姿态的跟踪性能和抗扰性能。结果表明,所提出的改进高阶微分反馈控制方案,在暂态性能,稳态跟踪精度和抗干扰鲁棒性方面,大幅度优越于其他方案。     

椭圆内聚激波面间断化过程的激波动力学分析

针对椭圆内锥几何约束下激波的非均匀汇聚问题,利用高超声速等价原理,将三维定常椭圆内锥激波转化为二维非定常椭圆内收缩运动激波。根据激波动力学原理,发展出一种既能得到非定常激波面演变过程及参数分布,又能沿着激波面追踪扰动传播过程的“波面-扰动追踪法”。该方法不仅具有快速预测激波非均匀汇聚及其演变过程的特点,而且有助于揭示激波面从连续弯曲演变出间断的内在机理。研究表明：初始沿周向强度均匀,而几何形状偏离轴对称的椭圆内聚激波受到自身产生的非均匀“Shock-Compression”扰动,在向中心汇聚的过程中,激波强度非均匀性出现且不断加剧。由于长轴附近的激波面曲率大,激波强度增长得更快。而激波强度的非均匀性会导致扰动的聚集,使得原本连续光滑的激波面出现间断,进而将初始长、短轴附近的激波面分割为强、弱两对激波段。增大长短轴比,椭圆激波的非均匀性演化更快,激波面更早地出现间断。利用“波面-扰动追踪法”对椭圆激波汇聚过程进行分析,为解决三维定常内锥激波的非均匀汇聚问题提供了新的途径。     

基于海上无人值守的靶载终端结构系统研究

针对海洋恶劣环境,研究了一种适用于无人值守的靶载终端结构系统。通过建立靶载终端散热数学模型得到上下插齿式最优散热结构,提出了一种基于高度差的双层回旋式密封结构及方法。分析了靶载终端呼吸效应的产生机理及解决措施,研制了抗随机波载及抗冲击能力的缓冲振动平台,并且通过密封及振动冲击试验验证了靶载终端结构系统的可行性和准确性。为恶劣海洋环境下无人值守的靶载终端提供有力的技术保障,提高我国武器靶载终端作战水平。     

显微镜采集图象的自动化

介绍了一种利用ＰＣ机与单片机通讯控制显微镜载物平台作三维运动从而实现了自动搜索视场,自动聚焦的方法,文中较详细地介绍了作为自动采集系统前台控制和驱动部分的单片机系统的硬,软件结构,以及作为上位机的ＰＣ机的控制策略和软件流程,由于采用了微机技术并配以精密的机械传动机构,使得对数据的获取和分析快速,准确,克服了手动调节动作慢,误差大等问题,为以后进一步对图象信息进行分析处理提供了便利。     

8m×6m 风洞测控处系统

８ｍ×６ｍ风洞测控处系统以ＶＡＸ－Ⅱ为上位机,通过ＱＢＵＳ总线连接数据采集、速压控制、模型姿态角控制和数据实时分析与显示等四个子系统,完成对风洞试验的管理和数据测量与分析及显示。本文介绍了该系统的构成、主要功能和技术指标等。     

面向新世纪的粒子图像测速

一种综述粒子图像测速(Particle Image Velocimetry)的非接触、瞬时、动态、全流场的和本质上是直接的速度场测量技术,成为当今最实用和非常有潜力的流体力学全流场观测(Full Flow Field Observation & Measurement)技术.回顾和展望PIV(包括DPIV,SPIV,HPIV等)及其应用的进展和前景.面临新世纪,PIV技术有望最终攻克一个容积的三维速度场时间历程(3Dt-3C)的观测和推动流体力学进入十分活跃的新时期.