基于国产化平台的三轴姿态检测系统设计

目前缺芯、版权、系统禁令等问题加剧,为保障高校工科实践教学的可持续性,以大学生创新实验项目为例,设计一种基于国产化平台的三轴姿态检测系统。该系统由硬件检测装置和软件系统组成。硬件检测装置通过国产微处理器检测传感器三轴姿态信息,并将检测结果发送至软件系统,完成三轴姿态信息的解析与数据可视化。实验结果表明:相比国外平台,基于国产化软、硬件平台设计的三维姿态检测系统虽然在曲线渲染任务中,内存占用略高5.5%,但基本满足实验设计过程要求。该系统设计不仅有助于锻炼学生自主创新、思考和动手能力,也在其他专业的课程实验、实践等环节中具有一定借鉴作用。

卫星三轴姿态确定系统的光纤陀螺/星敏感器组合技术研究

为了满足卫星三轴姿态确定的精度要求,提出了基于状态估计法的星敏感器和光纤陀螺组合的方案,并设计了相应姿态确定算法。通过仿真证明:此方案能达到高精度卫星姿态确定系统的要求。

基于最优三轴姿态测定算法的舰载惯导粗对准方法

针对舰载条件的捷联惯导粗对准问题,提出了一种简单可行的最优粗对准方法。根据双矢量定姿的原理,分别将两个观测矢量之一作为基准,通过两次三轴姿态测定算法得到两个姿态矩阵,然后根据观测矢量的方差特性加权得到精度最优的姿态阵。阐述了三轴姿态测定算法的基本原理,分析了最优三轴姿态测定算法与基于高斯马尔科夫估计的三轴姿态测定算法的统一性,解析了基于最优三轴姿态测定算法的舰载惯导系统粗对准方案,并对传统三轴姿态测定算法和最优三轴姿态测定算法进行了应用比较。蒙特卡洛50个样本的仿真结果表明,采用最优三轴姿态测定算法明显优于传统三轴姿态测定算法,可使得东向、北向和天向姿态误差角均值分别为4.78,9.21和0.29,标准差分别为0.11,0.07和1.08,水平失准角最大值9.37,方位失准角最大值2.8,能够有效确定出载体的粗略姿态,在此基础上能更好实现该状态下的舰载惯导精对准。

基于分布式合成双射流的飞行器无舵面三轴姿态控制飞行试验

将自主可控的合成双射流激励器集成于常规布局飞行器中,进行了三轴无舵面控制飞行试验,验证了分布式合成双射流对飞行器巡航时的无舵面姿态调控能力.对合成双射流激励器进行改进,设计了分布式三轴姿态控制合成双射流激励器,滚转环量控制激励器分别安装于两侧机翼翼尖处后缘,射流出口靠近压力面;偏航反向合成双射流控制激励器分别安装于靠近两侧机翼翼尖20%弦长处,上、下沿展向均匀布置;俯仰环量控制激励器安装于V尾下的平尾后缘,射流出口靠近压力面.针对巡航速度为30 m/s的飞行器,进行了三轴姿态控制飞行试验,结果表明:分布式合成双射流实现了飞行器巡航时的三轴无舵面姿态操控;横航向控制存在耦合,滚转环量控制激励器实现了飞行器的双向滚转操控,能产生的最大滚转角速度达16.87°/s,偏航反向合成双射流控制激励器实现了飞行器的双向偏航操控,能产生的最大偏航角速度达9.09°/s;俯仰环量控制激励器实现了飞行器的纵向控制,能产生的最大俯仰角速度达7.68°/s.

利用磁强计数据确定卫星三轴姿态的方法

针对低轨、低精度、低费用的小卫星 ,本文研究了仅依靠磁强计的测量数据 ,通过卡尔曼滤波得到三轴的姿态角和角速率的算法。其次 ,提出了一整套验证该算法的方法 ,并用 MATLAB完成了数值仿真。

直升机三轴姿态稳定回路建模与仿真

本文介绍了直升机飞控系统三轴姿态稳定回路的数学模型,基于Simulink动态系统仿真工具开发了某型直升机飞控系统三轴姿态稳定回路仿真软件包。详细介绍了三轴姿态稳定回路仿真软件包中包含的直升机状态方程、串联舵机、并联舵机、三通道控制律结构等子系统模型。运用该仿真软件包,选择三种典型的直升机状态对某型直升机飞控系统三轴姿态稳定回路进行了动态仿真,仿真结果为飞控系统内回路的控制律设计及验证发挥了较好作用,减少了飞控系统硬件在回路半物理仿真试验的次数和周期。

陀螺飞轮——一种用于航天器三轴姿态控制的新型执行机构/敏感器

Bristol陀螺飞轮是一种新型的姿态控制系统部件,该部件可以在测量航天器两个轴角速度的同时又提供三个轴的偏置角动量和控制力矩。本文阐述了该部件的工作原理并介绍了目前正在研制的、面向小卫星背景的飞行样机设计。陀螺飞轮的全功能样机已研制成功,该样机验证了其作为执行机构和速率敏感元件的双重能力,本文给出了一些试验结果。陀螺飞轮的一项关键优势在于:对地球指向任务,在与一个两轴地球敏感器一起用的条件下,它可以提供所有三个轴的精确指向控制。这使此类姿控系统可以降低重量、功耗,尤其是成本。针对一个由地球指向微小卫星任务构成的范例,一个基于陀螺飞轮的姿控系统设计已经完成。给出的性能仿真表明,其指向控制可以使各轴保持在0,1°内。陀螺飞轮提供了良好的前景来满足诸如通信、遥感以及空间科学等应用卫星对低成本、轻量化、高可靠以及高精度姿态控制系统的需求。

GPS矢量观测确定载体的三轴姿态

利用GPS确定姿态是90年代兴起的一项新技术,GPS可为载体提供全球、全天候、精度稳定的三轴姿态,使GPS成为可同时测量位置、速度、时间和姿态甚至角速度的13维全能型敏感器。本文从理论和实验两方面研究了基于GPS的矢量观测定姿算法,包括两种基于矢量观测的定姿算法和3种形式的载波相位观测量转换为矢量观测量的方法,研究了GPS星座对此类转移精度的影响。取得了较满意的实验结果,验证了算法的有效性和理论分析的正确性。

一种基于三轴姿态传感器和计算机视觉的针刺手法分类系统

目的:采用计算机视觉和传感器技术探索针刺手法的动作特征,提升针刺手法识别分类精度并量化分类。方法:以针刺物理参数的时域特征与手法视频中动态手势特征相结合的方式对针刺手法进行识别分类。选取2位针灸专家和3位年轻针灸师的针灸操作过程作为研究对象。收集的数据包括提插补法、提插泻法、捻转补法、捻转泻法4种手法,以上都由右利手医生进行。针灸操作过程中,采用三轴姿态传感器采集手指移动加速度和旋转角速度,以此计算针刺过程中手部移动速度、幅度、力度、角度等参数,分析物理参数与不同手法之间在时域上形成的映射关系;计算机视觉技术提取针刺手法视频中图像的时空特征,用三维卷积神经网络(3D CNN)和长短期记忆(LSTM)神经网络的混合模型对针灸操作视频中的动态手势进行识别和分类,分类过程中将物理参数的时域特征与动态手势特征结合实现手法分类。结果:本研究中4种手法的物理参数结果显示,补法中插针速度快、用力重,提针速度慢、用力轻;泻法中提针速度快、用力重,插针速度慢、用力轻。捻转补法中左捻用力重、旋转幅度大,右捻用力轻、旋转幅度小;泻法中右捻用力重、旋转幅度大,左捻用力轻、旋转幅度小。提插手法主要体现在Z轴上的垂直作用力,捻转手法主要体现在X与Y轴水平方向作用力。该方法对提插补、提插泻、捻转补和捻转泻的识别分类有较高的准确率,分别为95.56%、93.33%、95.56%和91.11%,与单一使用传感器获取手法信息的分类方法相比,识别准确率有明显的提升。结论:该系统能实现针刺手法中物理参数的定量分析和动态手法识别,为后续针刺手法的量化与传承提供一定基础。

基于双PSD的三维测角传感器精度分析

在机载光电转台、多自由度摇摆台等系统中,对于一些运动体与基座间没有确定的回转轴的柔性支撑、并联支撑平台,需要考虑非接触三轴角度测量方法,目前大部分的光电非接触三轴角度测量方案系统复杂,占用空间大,无法适用于如机载、星载等载荷对体积、质量敏感的场景。为此,文中提出了基于双位置敏感探测器(PSD)的非接触三轴角度测量方案,使用准直镜头汇聚、双面反射光楔反射,将光源在两片PSD上汇聚成像,利用PSD上的光斑位置坐标反解出三轴角度。描述了其工作原理以及传感器构成,分析了因两片PSD的相对位置偏移产生的误差,提出了对应补偿方法以减少焊装产生的PSD位置偏移对测量精度的影响。主要对采集的PSD模拟信号值的抖动噪声进行FIR滤波处理,分析了滤波器的相频响应特性,并在MCU中测量相位滞后时间以及滤波器的响应带宽,验证了该数字滤波器在系统内拥有较好的实时传输特性。自准直测量单元总质量为230 g,尺寸为50 mm×50 mm×50 mm。实验结果表明,34阶FIR滤波器将角度测量的误差减小至60%,在±2°测量范围内单轴测量时,方位角、俯仰角、横滚角的误差均方根分别为0.003°、0.007°、0.017°,组合测量时分别为0.006°、0.009°、0.021°,文中所提出的三维测角传感器精度较高,满足机载等场景的使用要求。

三轴飞行姿态仿真转台高性能指标及其实现

本文详细讨论了三轴飞行姿态仿真转台（三轴均由液压摆动马达驱动）的主要性能指标及影响它们的主要因素，在此基础上，给出了实现三轴飞行姿态仿真转台高性能指标的途径。同时，对三轴飞行姿态仿真转台中框架双液压马达同步驱动方案进行了探讨。

一种基于窄带雷达特性的低轨卫星三轴稳定姿态判别法

从低轨卫星的轨道和姿态特性出发 ,在具体分析窄带雷达特性的基础上 ,将非参数检验法用于低轨卫星是否为三轴稳定姿态的判别中 ,并通过仿真实验分析 ,证实了此方法的有效性。

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″。

多用途重力梯度和磁控三轴稳定小型卫星公用平台

首先介绍重力梯度稳定小型卫星的突出特点：结构简单，可靠性高，成本低，研制周期短，质量轻；其次论述重力梯度小型卫星平台可能达到的技术性能指标；最后探讨了四种三轴姿态稳定小型卫星公用平台。

微小卫星三轴稳定磁控算法工程应用

为降低微小卫星的成本和提高卫星可靠性,研究采用磁力矩器作为唯一执行机构对卫星进行三轴姿态稳定的问题。利用线性二次型调节器(Linear Quadratic Regulator,LQR)最优控制理论分别设计无限时间状态调节器和定常增益状态调节器,实现纯磁控下的微小卫星对地三轴稳定控制。同时结合卫星实际工程应用,以在轨飞行的"开拓一号"卫星为研究对象,分析卫星惯量积、轨道倾角、剩磁干扰、气动干扰等因素对控制精度的影响。仿真结果表明LQR控制器具有稳定性和实用性,在小干扰情况下,控制精度较高。

三轴仿真转台外框电液位置伺服系统自适应神经元网络控制

本文针对三轴飞行姿态仿真转台外框电液位置伺服系统的特点和技术要求，采用自适应神经元网络控制策略对其控制。仿真结果表明，自适应神经元网络控制以其特有的自学习、非线性等优点，完全满足三轴飞行姿态仿真转台外框电液伺服系统对控制策略的要求，由其构成的控制系统既具有良好的动态性能，又具有较强的鲁棒性与适应性。

基于MEMS传感器的姿态测量系统设计

为解决单目三维扫描装置摄像机标定完成后姿态不能改变的问题,针对单目三维扫描装置使用过程中的运动方式与特点,设计了一款基于MEMS传感器的姿态测量系统;采用四元数对姿态进行解算,通过三轴姿态确定(TRAID)算法构建量测模型,以无迹卡尔曼滤波(UKF)算法进行数据融合,能有效抑制姿态解算过程中陀螺仪的漂移问题;实验结果表明,利用该系统进行姿态测量时静态误差低于±0.2°,动态误差低于±1°,系统实时性好、适用于动态三维扫描系统。

低轨光学卫星同轨立体成像姿态规划与控制方法

为了提高低轨光学卫星同轨立体成像中多次成像对目标区域指向精度,从而获取更大的重叠覆盖面积,即立体像对有效面积。首先,设计了一种采用地球椭球模型,并考虑地球自转以及卫星滚动方向机动的同轨双视/三视立体成像姿态规划方法。其次,为了缩减机动时间,以提高卫星单次成像可拍摄的区域长度,考虑执行机构力矩与角动量约束,设计了一种路径规划快速机动控制算法(Path planning Fast Maneuver Control,PFMC),即基于旋转轴不变约束的三轴机动的最短路径和角加速度连续路径规划以及结合角加速度前馈与内外环控制的快速机动算法。最后,以“吉林一号”卫星参数进行数学仿真,控制精度优于0.02°,稳定度优于0.001(°)/s,成像时长不低于10 s。在轨测试期间,获得了乌鲁木齐市的立体像对与数字表面模型,有效覆盖面积大于1600 km2,双视成像的重叠率超过97%,验证了同轨双视立体成像规划与控制方法的可行性和有效性。

太阳帆航天器姿态控制技术综述

太阳帆作为一种无工质消耗的新型航天器推进技术,逐渐受到国内外航天界的广泛关注。文章首先综述了太阳帆航天器控制技术的发展现状,重点分析了太阳帆航天器姿态控制技术的特点和难点;其次,按照执行机构的不同,分别介绍了近年来国内外航天领域提出的多种太阳帆航天器姿态控制方案,针对各个方案的优缺点加以分析;最后,对该领域未来的发展前景进行了展望。