基于广义线性运算和双边滤波的红外图像增强

针对传统的基于反锐化掩模法的红外图像增强方法噪声干扰较高且有光晕现象,提出了基于广义线性运算和双边滤波(BF)的红外图像增强方法。首先,通过双边滤波得到图像的基础层部分。接着,设计了广义线性运算模型,并在这个运算模型下对图像细节进行了非线性分割、去噪和自适应放大。最后,将经过动态范围压缩的图像基础层和自适应增强的图像细节层非线性叠加,得到最后的增强图像。另外,针对传统评价增强图像质量的平均对比度指标的缺点,提出了由局部到整体的改进平均对比度评估方法。3组对比实验观察和定量分析表明,本文提出的方法在对红外图像有效动态范围压缩和细节放大的同时,很好地抑制了红外图像的干扰噪声和光晕现象,得到的结果非常适用于实际红外热像仪的后端图像处理。

单轴储能及姿态控制一体化系统研究

给出了一种应用于卫星的单轴能量存储及姿态控制一体化系统。在同一轴上安装两个反向旋转的飞轮,通过预定的算法,控制两个飞轮的角加速度,可以在日阳期、日阴期及其过渡过程分别实现能量的储存和释放,并且在这些过程中保持卫星的姿态不变或按要求实现姿态机动。根据实验对系统进行了适当的简化,推导出了其数学模型,给出了相应的控制算法,并进行了在储、放能的同时实现姿态控制过程的试验。初步试验表明,在储能过程中,轴系控制精度优于3°;在放能过程中,轴系控制精度优于1.2′,换算到百公斤量级卫星的姿态角波动量分别为3.6′和1.5″。结果表明:在消除一些不对称因素(如两个电机结构差异)后,此方法在卫星或其它空间飞行器中同时完成能量交换和姿态控制是可行的。

一种新的压电驱动器非线性数学模型

为提高压电驱动器的响应速度和定位精度 ,必须建立能够精确描述其非线性行为的数学模型。在实验的基础上 ,提出了一种新的描述压电驱动器内外环非线性曲线关系的数学模型。实际测量表明 ,通过应用此模型 ,在压电驱动器全程伸长范围内对其非线性曲线的相对拟合误差小于 2 %。推导了数学模型的几点性质 ,这些性质对描述压电驱动器在小激励信号下的行为有一定帮助。

压电驱动微位移工作台动态特性分析

压电驱动微位移工作台的动态特性分析对其设计及实际应用都有很大的指导作用。本文在线性化的前提下 ,通过对这种微位移工作台各个组成部分的相应简化 ,分析了在频响低于共振频率时微位移工作台的动态特性 ,得出了其传递函数。另外 ,本文还对影响工作台设计的两个重要边界条件 -初始预紧力和工作台所能达到的最大频响进行了比较详细的推导 。

非线性模型的压电元件复合控制方法

研究了压电元件的非线性及其复合控制问题。依据压电元件全程及局部伸长和缩短的实验数据,提出了一种根据外环曲线参数及当前坐标值确定比例系数,进而确定内环伸长曲线的数学模型。实验表明,这种全面反映内、外环曲线的非线性数学模型对上升和下降过程的最大拟合误差在全程范围内分别为1.2%和2.0%。利用此模型,可在压电元件非线性外环曲线及目前电压-伸长量已知的情况下,求出其下一时刻上升或下降的路径。以此模型为基础,构造了一种压电元件前馈复合控制算法,在输入峰-峰值为4μm位移的情况下,得到了280 Hz的闭环带宽。同普通PID控制算法相比,带宽提高了30%以上。

高精度微扭矩动态测试仪

本文介绍了一种非接触式的、高精度的微扭矩动态测试仪 ,并对其中的两项关键技术——非接触微力制动及微力自动加载进行了论述 。

微小扭矩动态测量

首先提出一种对微小扭矩进行非接触、动态测量的新方法，在各种原理实验的基础上。设计了一套测试装置，应用本实验装置对一种微小电机进行了实际测量。

Lamb波压差式微流量传感器

为提高微流体系统中的流量检测灵敏度,增大动态检测范围,实现温度补偿,提出了一种基于Lamb波的压差式微流量传感系统。该传感系统主要由两个Lamb波压力传感器和微通道组成,它利用Lamb波薄膜内应力的敏感特性,以频率计量的方式间接测量微通道两端的压力差;并采用双Lamb波压力传感器构成差动式测量结构进行温度补偿。对长20 mm,宽1 mm,高50μm的微通道进行了流量测试实验,结果表明:在流量测试范围内,微通道两端的频率差与流量基本呈线性变化,其线性相关系数为0.999 9;在微流量传感器未进行优化的前提下,最小检测量为0.627μL/s。

《精确制导技术》专题文章导读

从第二次世界大战末期V-2火箭开始，精确制导技术逐渐成为武器系统核心研究领域之一。20世纪60-70年代，精确制导技术在美国、前苏联及欧洲各个发达国家获得了空前发展，各种精确制导武器系统实现了实用化。我国在引进前苏联SAM-2导弹系统的基础上，也逐渐开展了各种精确制导技术及武器系统的研究、研制工作。近年来，随着国民经济的快速发展，国家对国防科研的大力投入，许多高校、研究所在”973”、”863”及各专项基金的支持下开展了从基础研究、预研，直到装备研制等全面、系列化的研究工作，取得了多项突出研究成果。

基于四元数法的捷联式惯性导航系统的姿态解算

载体的姿态解算算法是实现捷联式惯性导航系统精确导航的核心技术之一。分析了欧拉法、方向余弦法、四元数法求解姿态矩阵的优缺点,采用四元数法与方向余弦法两种解算方法分别计算载体姿态,两种方法的计算结果之差与理论真值比较以得到解算的相对误差,从而验证了四元数法的正确性和有效性。最后,指出提高采样频率和采用高阶计算算法能进一步减小姿态解算误差。数字化仿真与转台试验结果表明,本文提出的载体姿态解算法的理论数值相对误差为10-10%,测试实验相对误差为10-3%,计算时间为36μs,具有良好的实时性。

改进自抗扰控制谐波式电动舵机伺服系统

针对电动舵机系统的非线性、快时变等特点，提出了改进的自抗扰控制器以改善系统的位置跟踪性能。首先，给出电动舵机的系统模型及控制策略，分析了系统中非线性因素的影响；设计了改进自抗扰控制器，并利用现代控制理论给出了控制器参数的选择方法。然后，在舵机系统中进行仿真分析，验证了该控制器的可行性。最后，基于谐波式电动舵机对改进的自抗扰控制器与常规自抗扰控制器及PI控制器进行对比实验。实验结果表明：跟踪10sin（5πt）正弦信号时，改进自抗扰控制器能够消除位置平顶和速度死区，相位滞后为0．08722rad跟踪±1°-±15°角位置时，上升时间为9～18ms，超调量为0～7．25％，稳态均方差为0．00760～0．01083，性能明显优于常规自抗扰控制器和PI控制器。得到的数据显示该控制器减少了设计参数，位置跟踪超调量小，响应时间快，稳态均方差小，改善了舵机系统的动态和稳态性能。

结合图像信息熵和特征点的图像配准方法

在分析当前主要的图像配准技术之后,针对图像特征点的分布和同名点的匹配问题,提出了结合图像信息熵和特征点的图像配准方法。首先对图像进行一定程度的分块,根据信息论的方法,计算每一块的信息熵,信息熵的大小基本反映了各个模块的纹理变换情况。然后根据各个模块的信息熵大小,进行图像的粗匹配。之后在各个模块提取出一定数目的特征点,信息熵大,纹理信息丰富,选取的特征点就相应较多,反之则纹理信息变化不大,选取的特征点数目较少。最后根据这些具有代表性的同名点进行精确匹配。为验证该方法的有效性,对两幅图像进行传统方法和改进的图像配准方法的比较。

电动舵机伺服系统非线性辨识及补偿

为提高电动舵机伺服系统的跟踪精度,提出了辨识、测试它的摩擦和间隙非线性及对其进行补偿的方法。针对位置和速度双闭环控制的电动舵机伺服系统,建立了基于LuGre摩擦和迟滞间隙的数学模型;依据模型采用前馈补偿方法对系统中的摩擦进行补偿,同时采用逆模型方法对系统中的间隙进行补偿控制。实验显示,对于幅值为1°,频率为2.5Hz的给定正弦信号,补偿后系统的最大位置跟踪误差由原来的0.166°减小到了0.096°,最大速度跟踪误差由原来的2.723r/min减小到了0.393r/min。结果表明,本文提出的辨识测试方法能够精确地获得摩擦和间隙模型,基于该模型的补偿能够有效地提高电动舵机伺服系统的跟踪精度。

单轴飞轮储能与姿态控制系统误差分析

介绍了单轴飞轮储能及姿态控制一体化系统的总体构成和工作原理,研究并推导了系统的数学模型,分析了系统误差产生的原因,建立了转台角度位置误差与转子安装不同轴误差、转子偏心误差、飞轮速度测量与控制误差之间的误差关系式,并进行了误差合成。结合实际实验系统算出了各项误差,并对比和分析了各项误差。结果表明:影响系统位置精度的主要因素有飞轮安装不同轴误差、转动惯量误差和飞轮速度测量与控制误差等,其中飞轮转动惯量误差和飞轮安装不同轴误差是不可控量;而飞轮的转速测量与控制误差是可控量。最后提出了提高飞轮储能与姿态控制系统精度的主要方法,可以通过提高位置测量传感器和速度测量传感器的分辨率,采用先进的控制算法来降低飞轮的转速测量与控制误差。

捷联惯导系统姿态解算模块的实现

提出了一种实现捷联惯性导航系统姿态解算模块的方法。基于DSP的硬件平台和四元数的数学平台,设计了捷联惯性导航系统的姿态解算模块。介绍了捷联惯性导航系统的工作原理和姿态解算的基本算法,并给出了四元数法的四阶龙格-库塔数值解法。设计了姿态解算模块的硬件电路和软件实现程序。实验测试结果表明,在增量角<5°的情况下,用四阶龙格-库塔法进行姿态解算,误差<0.0053%;应用TMS320C6713B进行硬件电路设计,每次解算时间<36μs,能够满足捷联惯性导航系统对精度和速度的要求。

一种采用微硅片狭缝的新型微小型光纤光谱仪

研制了一种采用微硅片狭缝代替传统机械狭缝的微小型光纤光谱仪。采用MEMS(微机电系统)工艺制造出了体积小、厚度薄的一体式微硅片狭缝,并分析了微硅片狭缝的狭缝不平直度对微小型光纤光谱仪分辨率的影响,通过测试系统分辨率的实验,验证了采用微硅片狭缝的可行性。同时,对微小型光纤光谱仪的光谱带宽和像元分辨力进行了讨论,为波长的标定提供了一种理论依据。通过对采集的汞灯谱线的分析和MATLAB的精确计算,验证了所提出的通用波长-像元迭代公式的正确性,从而研制出了一种采用微硅片狭缝的半峰全宽为0.85 nm,波长标定精度小于0.2 nm,体积为50 mm×46 mm×14 mm的微小型光纤光谱仪。

电动舵机伺服系统的模型辨识及其校正

基于全数字化电动舵机的特点,提出了一种频率特性自动测试新方法,在此基础上对电动舵机系统的模型进行辨识,并对系统进行串联校正。使用数字控制器进行全过程自动测试并将数据上传计算机;然后,通过Levy法将测得的频率特性数据辨识为较高精度的传递函数,对辨识得到的数学模型仿真结果与频率特性测试数据进行比较。比较结果显示,在中低频段的幅值最大绝对误差<0.8 dB,相位最大绝对误差<1.1°。在此基础上选用滞后超前校正器对系统进行校正,校正后系统带宽达到138 rad/s,与对模型进行数值仿真得到的结果124 rad/s相比误差较小。实验结果表明:频率特性测试法比传统测试方法自动化水平高,传递函数辨识结果能较好地描述该系统特性,选择的校正方法使本伺服系统满足了预期的性能指标,为研制性能优良的电动舵机伺服系统提供了理论依据。

轴向磁化永磁微电机磁场分析及设计方法研究

在轴向磁化永磁电机设计中,为研究尺寸效应对其性能的影响,采用有限元方法对这种双转子电机的磁场进行了仿真计算,得出了轴向磁化永磁电机转子的气隙磁密波形分布。分析了转子外形尺寸、充磁极数、磁体厚度和气隙长度对气隙磁密的影响,即随着气隙长度的增加,充磁极数多的其气隙磁密幅值的减小幅度大于充磁极数少的;随着磁体厚度的增加,气隙磁密为一上升曲线,当磁体厚度达到某一点时,气隙磁密幅值基本为一常数;减小转子直径时,随着磁体厚度的降低,平均半径处气隙磁密幅值的减小幅度越来越不明显,但为不使气隙磁密波形变形严重,永磁转子径向长度需至少大于1.5 mm。磁场分析结果可对该类电机微小型化过程中的设计起指导作用。对计算结果做了理论分析,并将计算结果和实验结果进行了比较,计算值和实测值基本一致。

稳定平台轴系精度对视轴指向误差的影响分析

为提高双框架稳定跟踪平台的控制精度,需要对机械误差造成的视线角误差进行严格的控制,要求设计轴系在现有加工水平和轴承精度水平的基础上保证高的回转精度。轴承孔的同轴度、轴承跳动、结构挠度等是影响轴系回转精度的主要因素,文中对这些因素造成的轴系回转误差进行了分析与综合,并针对某样机进行定量的分析,得到了轴系的运动误差,计算了由此造成的视轴指向误差。通过分析计算,轴系误差造成的视轴指向误差满足设计指标的要求,从而验证了结构设计的可行性和合理性。

储能/姿控一体化飞轮能耗试验研究

给出了储能/姿控一体化飞轮在高速运转下能量损耗测试原理及方法,建立了飞轮能耗试验系统,进行了能耗试验,分析了飞轮能耗的组成及其影响因素,在试验的基础上,给出了降低飞轮系统能耗的方法。飞轮能耗包括机械损耗、风阻损耗及电损耗,其中比重最大的部分为轴承摩擦导致的机械损耗。提高真空度可以有效降低风阻损耗及电损耗,但机械损耗不受影响,机械损耗随转速升高而增大。在10 000 r/min以下飞轮能耗较低,飞轮具有较好的性能,当转速高于10 000 r/min后机械损耗急剧上升,需要采用磁轴承支撑来降低机械损耗。