相位法激光测距接收系统

为了提高相位法激光测距的速度和精度,提出了一种新的相位差放大测量方法,在不增加测量时间的同时将测相精度提高1/N倍,并结合欠采样技术避免了混频器和其他多余器件的使用,减小了串扰对系统的影响。考虑高频弱光信号入射到雪崩光电二极管上会在输出信号上产生相位延迟,提出灵活控制加在雪崩光电二极管上的反向偏压来减小相位延迟的方法,对于调制频率为18.5 MHz,波长为650 nm的激光,当入射光强度为0.5μW时,可将相位延迟从1.4°压缩到0.03°之内。建立了信号串扰产生测相误差的数学模型,并通过实验给出了采取不同屏蔽措施时串扰对测相误差的影响。实验结果表明,采用上述方法,当调制频率为18.5 MHz时,测相精度为0.014°,相应的测距精度可达0.3 mm。

硅微振动陀螺仪设计与性能测试

介绍了基于DDSOG(Deep Dry Silicon On Glass)工艺自主研发的硅微振动陀螺仪的结构,封装,及信号与性能检测。利用结构解耦的方法和DDSOG工艺设计和制备了双质量线振动式陀螺结构。为了提高它的机械灵敏度、可靠性和长期稳定性,采取真空封装技术实现了器件级真空封装,并消除了轴向加速度等共模干扰的影响。陀螺电路采用自激闭环驱动、开环检测的方式,简化了电路。为了降低环境温度对陀螺零偏的影响,研究了既定范围内陀螺的输出特性,建立了陀螺输出与温度之间的关系模型,设计了温度补偿电路,降低了陀螺整表的功耗和体积。对采用上述技术的硅微陀螺仪进行了性能测试,测试结果表明,陀螺Q值>100 000,量程为±500(°)/s,标度为21.453mV.(°)-1s-1,非线性和对称性分别为36.905×10-6和184.125×10-6。常温下陀螺零偏稳定性为7.714 3(°)/h,带宽为100Hz,整表体积为31mm×31mm×12mm,功耗为288mW。该陀螺仪性能好、体积小、功耗低,在中等精度的惯性导航系统中有较好的应用前景。

激光测距温度控制系统

在激光测距系统中，为了消除温度对半导体激光器调制特性及雪崩光电二极管接收性能的影响，使系统更加稳定地工作，温度控制系统的设计十分关键。通过对控温箱的合理设计，减小了周围环境对温控系统的影响；对Pt电阻测温的误差产生机理做了详细的分析，提出了脉冲供电的方案，分析了脉冲电流产生的自热效应，给出了脉冲宽度和热量积累的关系，通过合理控制脉冲宽度，减小了自热效应引起的测温误差；使用高阶正交多项式拟合的方法对Pt电阻的非线性进行了补偿，由该系统温度测量模块测量数据与一级标准铂电阻温度值的比较实验结果可知，在不同的温度点，该温度测量系统的最大误差为0．0006℃。在0-15℃的温度范围内各温度点控制稳定度均优于±0．005℃，满足了激光测距系统的需要。

基于数字同步解调原理的相位差测量新方法

详细分析了数字同步解调原理,并在此基础上提出了一种新的同步解调原理结合模拟混频的快速测相方法,介绍了该方法在相位法激光测距中的具体实现过程。并在MATLAB/Simulink环境下建立了该方法的仿真模型,给出了仿真结果。由仿真结果可知,最大的测相误差是0.25°,平均测相误差为0.02°,误差标准方差为0.09°。在相位法激光测距系统中使用该方法,在精测主频为150 MHz的情况下,可得到最大的测距误差为0.69 mm,平均测距误差为0.056 mm.该方法适合在高精度、实时测相场合中使用,具有良好的应用前景。

半导体激光器高频调制技术

文中详细介绍了一种半导体激光器高频调制的设计方案并给出了实验结果,设计了基于直接数字合成技术的高精度三频调制信号产生电路,同时该电路还为后续差频测相提供高稳定的本振信号;该方案能实现对半导体激光器150kHz,15MHz,150MHz三个频点的电流调制,消除了温度对激光器调制特性的影响,在各个频点均达到了很高的频率稳定性,并能实现测尺频率的迅速切换,为相位法激光测距测程和精度的进一步提高奠定了良好的基础。

激光测距仪的脉冲电流供电温度控制系统

激光测距系统中的发射器件和接收器件具有温敏特性且均为小功率器件，精密测温电路采用Pt电阻时，Pt电阻的自热效应影响测温精度。为减小自热效应产生的测温误差，在分析Pt电阻测温误差产生机理的基础上，提出了一种新的脉冲电流供电方案，建立了脉冲电流供电电路及其自热升温过程的数学模型，给出了脉冲宽度和热量积累的关系，并通过合理控制脉冲宽度大大减小了自热效应引起的测温误差。使用高阶正交多项式拟合法对Pt电阻的非线性进行了补偿，给出了该系统温度测量模块测量数据与一级标准铂电阻温度值的比较实验，在不同的温度点，该温度测量系统的最大误差为0．0006℃。系统稳定性测试结果表明，该系统在0～15℃时，各温度点控制稳定度均优于0．005℃，满足高精度激光测距的需要。

半导体激光器高频调制系统的研究

针对传统激光器调制系统结构复杂、调制频率低、调制带宽窄等缺点,设计了一种半导体激光器高频调制系统。分析了影响半导体激光器调制带宽的因素,设计匹配补偿电路使半导体激光器的调制带宽增加了3倍以上,该系统可实现对半导体激光器DC^150 MHz范围内各频点的强度调制,并能实现频率的快速切换,各频点频率分辨率为0.1164 Hz,频率漂移均小于1 Hz,相对漂移均小于1×10-6,同时还为后续差频测相提供高稳定的本振信号。

多层介质阻抗匹配对隔爆效果的影响

为了有效提升隔爆结构衰减爆炸冲击波的性能,将45#钢、铝和有机玻璃进行不同组合,设计了顺序波阻抗梯度、逆序波阻抗梯度以及硬软硬三种多层隔爆结构。利用锰铜压阻传感器测压实验和数值计算对多层介质阻抗匹配特性对隔爆效果的影响进行了研究,获得了多层介质的不同组合引起的冲击波在传播过程中各层介质压力,理论分析、数值计算与实验结果吻合较好,并分析了第三层介质能量与冲量的变化规律。从不同方面得到的结果表明:逆序波阻抗梯度的输出冲击波压力最小,其第三层的能量与冲量最小,隔爆效果最佳。

基于线性弹道模型的末段修正弹落点预测

针对末段修正弹在弹道末段快速预测落点的问题,提出一种将六自由度刚体外弹道模型线性化的方法,得到线性弹道方程组并求其解析解,结合剩余飞行弧长估算公式,推导出弹道落点快速预测解析公式。以六自由度弹道为基准,通过仿真分析了不同射角不同预测点下线性弹道模型预测法的预测精度和解算时间,结果表明该方法对偏流方向的落点预测误差小于8 m,解算速度相比三自由度数值积分落点预测法提高了一个数量级。该方法为弹载计算机进行实时快速弹道解算提供理论依据,对末段修正弹的工程应用具有参考价值。

双旋弹丸弹道修正组件控制响应模型研究

为提高靶场试验中修正组件的打击精度,获得更好的滚转控制效果,评估滚转控制算法和弹道修正策略的性能,建立具有实际指导意义的双旋弹丸弹道修正弹修正组件控制响应模型,提出了一种数值仿真与试验测试相结合的执行机构建模方法.该方法通过获取双旋执行机构在阶跃冲击下的时域响应特性,结合拉氏变换计算传递函数,建立电磁控制力矩动态响应模型;通过飞行试验进一步获得准确的气动力矩和隔转阻尼力矩模型,建立了双旋弹道修正组件固定鸭舵滚转控制响应模型.风洞环境下的控制试验结果表明:双旋弹丸弹道修正组件控制响应模型能够以较高的精度评估组件动态控制响应特性,误差小于1.5%.试验验证了建模方法的可行性,也为后续弹道修正策略和控制算法研究提供了精确可靠的分析模型.

隔转鸭舵式弹道修正弹双旋通道参数辨识

双旋弹概念为旋转稳定榴弹的智能化改造提供了新思路,解耦后前后级之间通过执行机构进行控制。为实现对控制内回路的高效设计和分析,建立双旋通道的动力学模型。该模型以准静态气动力和改进形式的Lu Gre摩擦之间的匹配关系预测鸭舵的运动。通过瞬态数值计算和动态风洞试验获取气动力和摩擦的时域数据,利用最小二乘方法对模型的参数进行估计。研究结果表明:鸭舵的侧向力和滚转力矩分别受到相位角和滚转速率的影响,准静态气动力的估计精度在4×10-3以内;前后级之间的摩擦是轴向力和相对转速的函数,改进的Lu Gre模型对摩擦的估计能够满足工程需求。飞行试验中双旋参数的测试结果验证了双旋模型在全弹道过程中对鸭舵运动预测的可行性,为双旋修正弹的工况预测和控制系统设计提供了分析方法。

电磁波反射测长系统的设计

对电磁波在传输线中的测长理论进行了分析,设计了一种电磁波反射测长系统。该系统由单片机控制,使用锁相倍频技术产生1200 MHz高频参考时钟,采用脉冲计数原理,实现对发射脉冲与反射脉冲时间间隔的精确测量,在波速已知的情况下,得到被测电缆长度。实验结果表明,该系统具有较高的精度,可以被广泛的应用于电缆长度测量领域。

变结构PID在微机械陀螺仪闭环驱动电路中的应用

为满足微机械陀螺仪(MMG)闭环驱动电路起振快速、无超调且稳态精度高等要求,提出了一种基于FPGA的数字化变结构PID控制器,并以其为核心构建了微机械陀螺仪的数字化闭环驱动电路.通过构造以控制误差为自变量的比例增益、积分增益和微分增益函数,使变结构PID的结构和参数能够根据瞬时误差的变化而变化,以提高闭环驱动电路的性能.针对某型微机械陀螺仪敏感结构参数,进行了SIMULINK仿真,仿真结果表明以变结构PID为核心的闭环驱动电路是可行的.起振实验结果表明,经典PID构成的闭环驱动电路,其检测电压的幅值超调量达到了75%,稳定时间为2 s;采用变结构PID控制器后闭环驱动检测电压的幅值无超调且稳定时间为0.7 s;1 h的稳定性实验表明,采用经典PID时检测电压幅值的长期稳定性为2.73×10-5V,采用变结构PID时其稳定性为2.68×10-5V,证明变结构PID可以兼顾系统在快速性、超调量和稳态精度等方面的要求.

惯性传感器随机误差辨识方法研究

惯性传感器的随机误差是惯性导航系统的主要误差源,直接决定着惯性导航的精度,因此在系统运行前必须对惯性传感器的随机误差进行分析和建模。分析了惯性传感器具有的典型误差项并且介绍了基于时域和频域分析方法的原理,利用两种方法对惯性器件的各个误差项进行辨识。通过对CMIGITISⅡ惯性传感器实测长时间静态数据进行处理和分析,试验验证了两种分析方法可以有效地对惯性传感器的各误差进行辨识,对提高基于惯性导航的组合导航系统的精度具有重要的意义。

无线传感器网络节点定位中移动信标的路径规划

分别研究了2种不同确定路径下(SCAN轨迹和HILBERT轨迹)的节点定位性能。通过Enthought Canopy软件仿真试验得到结果表明:和信标的随机移动相比,任何覆盖整个区域的确定的信标移动路径具有明显的优势;当移动信标以小于通讯范围的分辨率遍历节点网络区域时,SCAN路径具有更低的定位误差;当轨迹的分辨率大于通讯范围时,HILBERT轨迹提供的精度明显更高。

巡飞弹高精度组合导航方法研究

针对巡飞弹导航系统低成本、高精度和实时性的需求,提出一种时间-星间差分载波相位在GPS/SINS紧组合导航中的应用方法。给出了15种状态下的GPS/SINS紧组合导航动力学模型,推导载波相位的时间-星间双差观测量模型,利用卡尔曼滤波器进行数据融合,并利用仿真和机载实测数据验证算法的有效性。结果表明,与传统的伪距紧组合导航算法相比,时间-星间差分载波相位方法可以为中短航时的巡飞弹导航系统提供m级定位精度和mm/s级速度精度。

基于组合测距的无线传感器网络自定位算法

针对如何在锚节点密度较低的情况下提高无线传感器网络中节点自定位精度的问题,本文提出了一种基于RSSI和TDOA组合测距的加权质心定位算法。该算法分别对传统RSSI和TDOA测距模型增加了校验参数及温度补偿,将未知节点与锚节点间距离估计值的倒数作为权值参数,再利用加权质心算法计算出未知节点的位置坐标。硬件试验表明室内环境中基于改进RSSI测距模型的定位算法相比于传统RSSI质心定位算法的误差改进比率为56.2%,仿真结果显示基于组合测距的定位算法在锚节点密度较低时也能达到较高的定位精度。

基于改进Sobel算法的实时图像边缘检测系统设计

针对传统Sobel边缘检测算法需要人为指定阈值而且检测出的边缘较宽等问题,提出一种自适应阈值和非极大值抑制相结合的边缘检测算法。引入中值滤波的思想生成自适应动态阈值,将该值作为二值化处理的阈值,并采用非极大值抑制的方法细化梯度图像,同时通过增加梯度检测方向提高了算法对复杂纹理的识别能力。将改进后的算法在FPGA平台上实现,实验验证了其有效性。

基于双边滤波的可见光与红外图像自适应融合

针对传统融合方法不能充分提取可见光图像与红外图像各自特有的细节信息和难以确定融合权值的问题,提出一种基于双边滤波的可见光与红外图像自适应融合算法。该方法结合双边滤波与改进的双边滤波,将可见光与红外图像分解为多尺度局部细节、特有细节以及基础信息。在图像融合阶段,局部细节信息采用基于图像边缘能量的融合方法,最大程度保留了图像的细节;图像基础部分的融合,引入了基于局部能量值的正则化参数来自适应调整融合的权值,优化参数的选择;特有细节信息的融合采用了绝对值最大的融合规则以充分保留源图像特有的细节信息。仿真实验结果表明,通过主观判断所提方法融合后的图像视觉效果更好、对比度高,边缘细节的融合比其他算法更加好,在客观指标的评价中,所提融合方法的MI、EN、FMI、SD、Q、Mean 6种指标相对于其他方法综合提升了22.6%、5.7%、0.7%、30.4%、14.2%、18.4%,在主观视觉上和客观评价指标中,所提的算法均具备更优的融合效果。

自适应低空机动目标角跟踪算法

在现代战争中,空中目标的低空作战方式严重威胁了地面的作战单位。针对轻型防空武器系统,提出了一种基于角度的跟踪算法,对低空机动目标的飞行特性进行分析,采用"当前"统计模型,利用扩展卡尔曼滤波理论,同时通过最小均方算法对机动频率进行自适应调整,实现了对目标的角跟踪和预测。仿真结果表明,与固定机动频率的角跟踪算法相比,该角跟踪算法具有更好的跟踪性能,误差明显减小,并且该算法具有计算速度快、稳定性好等特点。