基于目标姿态角动态更新的自主稳定循迹系统设计

针对直线或者小曲率路径的长距离循迹问题,设计了一个自主稳定循迹系统。系统基于STM32单片机进行搭建,采用RTK-GNSS和更经济的IMU模块相结合作为传感器模块。在循迹行驶过程中,通过传感器模块实时获取车体的位姿信息,采用目标姿态角动态更新的PID控制算法控制舵机,不断逼近目标轨迹和方向,实现车体沿目标轨迹的自主循迹行驶。实验结果表明:该套自主循迹系统可有效实现自动行驶,在130米的长距离循迹行驶中最大横向偏差为6.60 cm,平均偏差为2.94 cm,稳定行驶后航向角偏差不超过1.5°,平均航向角偏差为0.384°,基本满足工程应用中高精度少摇摆的自主循迹需求。

机载LiDAR姿态角稳定装置的神经网络逆系统解耦控制研究

机载激光雷达(LiDAR)工作过程中,机载平台姿态角波动会造成激光扫描点云的密度分布不均匀,导致后续数字表面模型重建时精度降低,因此设计了一种推转式姿态角稳定装置,可实现机载平台姿态角波动的实时补偿。设计的姿态角稳定装置具有非线性和强耦合的运动控制特点,为消除其运动耦合关系、提高运动控制精度,基于神经网络逆系统解耦控制策略对姿态角稳定装置进行解耦处理,取得了满意的控制效果。首先,建立了姿态角稳定装置动力学系统的多变量神经网络逆系统模型;其次,采用PID闭环反馈控制器与神经网络逆系统前馈补偿器组合的前馈-反馈复合控制器,实现控制系统的实时解耦,改善动态控制性能;最后,进行了实验验证。结果表明,设计的神经网络逆系统解耦控制方法可有效提高姿态角稳定装置控制精度,并对误差干扰具有优良鲁棒性。

大视场三维姿态角光学测量系统设计

三维姿态角光学测量通过对物体表面的光学图像处理,实现对物体的角度姿态测量;为提高目标三维姿态角光学检测的准确性,提出基于立体视觉的大视场三维姿态角光学测量系统设计方法;利用双基准平行准直光源与姿态敏感器,通过图像传感器、USB接口芯片等部件实现分割光斑、质心定位等功能;在Linux内核基础上设计信号收集、数据移植、串口通信、姿态角分析4个软件模块,同时引入立体视觉算法探究靶标点和图像像点对应关联,运用视差定理确立空间角度的三维坐标,实现大视场三维姿态角测量;实验结果证明:所建系统姿态角标定误差小、时间同步性强,测量累计时间低于15 s,具有较高的测量精度和鲁棒性,为机械设备精密部件尺寸测量提供了一种有效的技术手段。

基于DSP和Mahony滤波无人机姿态角解算

针对多旋翼无人机在某一特定的飞行路径中,飞行控制系统对于姿态信息的实时获取和精确解算存在较大误差的问题,本文以双核DSP芯片作为控制核心,运用Mahony滤波算法,获得了比较高的姿态角解算精度。

煤矿井下全站仪定位与设备姿态角测量技术分析

以井下单棱镜智能掘进机器人系统为研究对象,介绍一种全站仪定位与设备姿态角测量技术。此技术主要采用全站仪实施设备定位和姿态角测量,可实现不同影响因素情况下单棱镜智能掘进机器人系统姿态角的快速测量分析。为检验全站仪定位与设备姿态角测量技术的应用可行性,采用工程应用试验进行测量分析,最终验证此技术可满足设备定位及姿态角测量控制需求。

飞机姿态角稳定系统的标准系数法研究

基于标准系数法应用研究结果,对某型飞机纵向通道俯仰角稳定系统、横向通道倾斜角稳定系统和航向通道内的航向稳定系统进行了标准系数法应用研究。采用标准的数法设计PID控制器,能确切地给出系统的过渡时间和超调量,可以根据不同的航道参数的计算多回路控制参数,可以离线地计算出多个典型航道控制器参数。仿真结果表明应用标准系数法对飞机姿态角稳定系统进行设计是有效的。

基于多姿态角模型的SAR图像分类方法

针对传统合成孔径雷达(SAR)图像目标识别存在精度低、效率差的问题,提出一种多姿态角模型SAR图像分类方法。根据SAR图像姿态角敏感特性,首先将数据集按照不同方式和间距进行划分,得到不同的数据集组合,其次利用卷积神经网络训练划分后的数据集得到不同组子模型,并将效果最好的一组子模型融合成一种多姿态角模型,最后使用稀疏表示的方法对待测样本进行姿态角的角度估计,获取其姿态角信息后送入多姿态角模型中进行模型匹配,得到图像分类结果。实验结果表明,所提方法的目标识别准确率高于传统算法,在姿态角变化较小的数据集中训练得到的模型能够对目标群体进行更精确的目标类别估计。

顾及姿态角的多波束声线精确跟踪方法

传统声线跟踪方法中波束初始入射角的计算采用理想状态下多波束提供的波束分配角,未顾及或未完全顾及船体姿态角的影响进而导致波束海底投射点归位计算带入显著性误差问题。针对此问提出了一种顾及姿态角影响的声线精确跟踪方法,该方法通过研究船体姿态影响下的多波束换能器状态,给出了波束声线实际传播面,并推导出了传播面内波束声线的实际初始入射角,结合声速剖面,最终根据常梯度声线跟踪得到了准确的测深点三维坐标。通过实验比较传统声线跟踪方法和精确声线跟踪方法计算波束在海底投射点的坐标精度,验证了精确声线跟踪方法克服了传统声线跟踪的不足,显著地提高了多波束测深的精度。

考虑飞机姿态角时倾斜航空相机像移速度计算

飞机的飞行和姿态变化使航空相机在拍照时产生像移,必须通过像移补偿来提高照相分辨率。为获得飞机姿态角变化时在倾斜航空相机像面上的像移速度大小,首先建立姿态变化过程的数学模型,用坐标系的旋转来等同姿态角的变化,然后根据坐标系旋转前后相同点坐标值之间的矩阵转换关系,推算出单个姿态角变化导致的像移速度,最后将此方法推广到三个姿态角都变化时像移速度的计算。实际应用证明了该方法是一种有效的斜视画幅式航空相机的像移速度计算法,且直观、简单易行,还可以扩展到星载相机上。

基于加权移动平均的姿态角测量技术实现

在深入研究基于二维传感器测倾角技术的基础上,分析了利用三维传感器测姿态角的原理方法,该方法可减小因二维传感器单轴或双轴输出带来的随机性系统误差,可实现同时对倾角与滚转角的测量;在后续的数据处理方法选择上,运用了基于加权移动平均平滑滤波的修正方法,并在仿真与实验中得到了验证,提高了数据的精度,取得了较好的效果,为特殊行业的测姿提供了理论支持。

滚道控制理论与滚动体姿态角的确定

滚道控制理论用于求解滚动体姿态角 ,该理论存在着一些不足 ,基于这一理论 ,人们对姿态角并不能得到一个清晰的认识。通过对球轴承滚动体平衡条件的分析 ,建立了新的姿态角计算方法 ,与滚道控制理论相比 ,新的方法能够适用于高、中、低各种转速 ,由于源于力学分析 ,因而计算比较合理 。

变化姿态角下相位差变化率无源定位方法研究

无源定位技术有着广阔的应用前景,本文在现有单站无源定位方法的基础上,介绍了相位差变化率定位法.该方法利用观测平台上两个相互正交的相位干涉仪接收目标辐射电磁波的相位差及对应的变化率信息实现对目标的实时高精度定位.在空中观测平台的飞行姿态发生变化的情况下,可以通过姿态变化条件下的测量数据确定出目标在姿态变化后所对应的新载机坐标系中的位置,利用该坐标系与原平飞姿态下的参考载机坐标系之间的旋转矩阵即可得出目标在原平飞姿态下的参考载机坐标系中的位置,从而可得出目标在指定地面固定坐标系中的位置.文中给出了观测平台飞行姿态角变化情况下的定位表达式.仿真结果表明,该方法是一种发展前途较好的单站无源定位方法.

固定飞行姿态角下的相位差变化率无源定位方法研究

该文在现有单站无源定位方法的基础上,介绍了相位差变化率定位法。该方法利用观测平台上两个相互正交的相位干涉仪接收目标辐射电磁波的相位差获取目标的方向信息,利用对应的相位差变化率获取目标的径向距离信息,从而实现对目标的实时高精度定位,文中给出了观测平台飞行姿态角固定情况下的定位表达式并进行了定位精度分析。仿真结果表明,该方法是一种发展前途较好的单站无源定位方法。

姿态角扰动对机载激光雷达点云数据的影响

为研究机载平台的姿态角扰动对激光雷达点云扫描区域和密度分布,以及对由激光点云重建的三维表面模型的精度影响,首先从理论上阐明了姿态角扰动对激光点云扫描区域、密度分布及重建三维表面模型精度的影响机理;其次通过数值仿真,详细分析了姿态角扰动对激光点云扫描区域和密度分布的影响规律;最后通过半实物仿真实验,模拟了真实机载激光雷达扫描过程,验证了机载平台的姿态角扰动对激光点云扫描区域和密度分布的影响,并定量评价了姿态角扰动造成的数字表面模型(DSM)的精度变化。仿真和实验结果表明,机载平台姿态角扰动造成激光点云扫描区域偏移和局部区域点云密度降低,前者导致被扫描目标地形的部分区域漏扫;后者导致由激光点云重建的DSM失真增大。因此,姿态角扰动对机载激光雷达点云的扫描区域和密度分布,及对DSM的重建精度有显著的影响,应采取有效措施对姿态角扰动进行实时抑制或补偿。

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。

动态雷达目标电磁散射中姿态角的计算

建立合适的电磁散射模型是逼真地复现雷达目标的运动特性和回波特性的前提,而雷达动目标姿态角的计算是建立电磁散射模型的关键。文中提出了利用雷达目标的运动航迹求解雷达动目标姿态角的方法,并对其求解过程进行了推导,提出了任意姿态下进行动态雷达目标电磁散射特性仿真的一种思路。仿真计算结果验证了该方法的准确性和有效性,该方法可以在实际工程中推广应用。

双轴倾角传感器姿态角测量的建模与标定

根据双轴倾角传感器的测量原理,建立了姿态角的测量模型。针对该测量模型,分别研究了无误差和误差下的姿态角的求解模型,并通过坐标变换算法,建立了含误差项的姿态角的求解模型。针对该模型的误差项,讨论了双轴倾角传感器姿态角测量的标定算法。在±4°范围内,通过实验对该标定算法进行了验证。实验结果表明,经修正,双轴倾角传感器的双轴标定精度由修正前的0.118°提高到0.012 46°,该标定算法使双轴倾角传感器的标定误差减小了一个数量级。该标定算法简单、快速,可以满足诸多场合对于姿态角测量的0.03°标定精度要求。

捷联惯导系统中四元素法求解姿态角仿真模拟

在捷联惯导系统中,姿态矩阵的四元素微分方程求解一般采用四阶龙格-库塔法,从运算精度与速度上考虑,提出了另一种有效的四阶泰勒展开法。并在典型圆锥运动环境下,对两种算法进行了姿态角误差仿真。通过仿真分析,四阶泰勒展开法的计算精度比四阶龙格-库塔法高出1~2个数量级,为改进捷联惯导系统姿态算法提供了理论参考依据。

大量程高精度三维姿态角测量系统设计

基于针孔成像和双矢量定姿原理,设计一种使用单图像传感器实现大量程高精度三维姿态角测量的方法。根据系统要求设计双基准平行光源,采用FPGA单芯片实时实现图像传感器的驱动成像、光斑的分割与质心定位及与USB之间的快速通信,通过光斑质心坐标计算得到双基准平行光源的方向矢量,根据双矢量定姿原理计算姿态敏感器的旋转矩阵,得到三维姿态角;根据针孔成像模型,建立姿态敏感器的内外参数统一标定模型,对测量系统进行标定,标定结果和测量实验表明,三维姿态角测量系统的视场范围达到19.6°×19.6°,俯仰角、偏航角、滚动角的精度达到9.9″、9.3″、80.2″。

经纬仪测星评估惯导系统姿态角误差方法

针对动态条件航天测量船惯导系统姿态角精度鉴定和评估这个困扰多年的难题,提出一种利用经纬仪观测恒星对惯导姿态角误差进行解算的方法:用短时间(每颗星记录2 s)观测方位角大致均匀分布的多颗恒星数据解算惯导姿态角误差的稳态分量;用较长时间(每颗星记录200 s以上)观测特殊方位角单颗恒星的数据,观察惯导姿态角误差的动态特性。详细介绍了该方法数学模型的推导过程,从理论上分析了该方法各种数据误差源对解算精度的影响,并利用实际观测数据对惯导姿态角误差稳态分量和动态特性进行了解算和观察,结果与航天测量船惯导系统的设计指标基本吻合,表明该方法可以作为评估航天测量船惯导系统姿态角动态精度的一种有效手段。