Drive Signal Frequency-Lock Method Based on 90° Phase Shift for Quartz Angular-Rate Sensor

A drive signal frequency-lock method for quartz angular-rate sensor is presented. The calculation result obtained by the equivalent volume force analytic method indicated that when taking the inherent frequency of the drive tines as the drive signal frequency the phase of the reference vibration is 90° behind that of the drive signal, and the square of amplitude is less than that of the maximal amplitude by 1/(4Q~2_d) merely. The curves derived from the finite element analytic method proved that near the inherent frequency the phase shift of the feedback voltage is identical to that of the reference vibration, and the amplitude is proportional to that of the reference vibration, and the phase shift is linear approximatively with the frequency shift. The frequency shift could be calculated according to the phase shift obtained by quadrature correlation detection, so the drive signal frequency could be locked at the inherent frequency of the drive tines by means of iteration.

5H-2谷物烘干机干燥箱多孔角状盒的设计与试验

为改善5H-2谷物烘干机的干燥性能,将原有角状盒改造为多孔角状盒。通过Fluent对多孔角状盒的干燥段气流场进行仿真分析,对比空载条件下干燥箱内部温度场变化情况,结果表明,装有多孔角状盒的干燥箱内部温度场较原有角状盒的分布更趋均匀。选择早稻‘中早35’稻谷,在5H-2谷物烘干机上安装多孔角状盒开展烘干试验,设置热风干燥温度为65℃,风速为8 m/s,干燥缓苏比为1∶2,结果装有多孔角状盒的烘干机干燥速率为0.798%/h~1.002%/h,烘干后爆腰增率为7.4%~10.2%,相比原有角状盒谷物烘干机,其干燥速率提高了12.1%~21.2%,爆腰增率降低了1.9%~5.1%。

基于早期股直肌超声纹理特征的首次有创机械通气患者30天死亡风险预测模型的构建与验证

目的基于早期股直肌超声纹理特征,构建首次有创机械通气患者30天死亡风险预测模型及验证。方法采用便利抽样法选择2022年1月至2023年12月入住河南省人民医院呼吸重症患者为研究对象,按8∶2随机分为训练集(n=304)和测试集(n=76)。两组均在插管后第1天、第3天、第5天和第7天使用床旁超声收集纹理特征参数。训练集依据第30天是否死亡为终点事件分为死亡组(n=80)和幸存组(n=224)。采用广义估计模型筛选患者30天死亡的影响因素并建立模型,绘制受试者工作特征(receiver operating characteristic,ROC)曲线下面积(area under receiver operating characteristic curve,AUC)评价模型的区分度,通过校准图和Hosmer-Lemeshow评价模型的校准度。结果年龄、氧合指数(P/F)、患肾脏疾病、使用类固醇激素、股直肌厚度变化率、均值和角二阶距是首次机械通气患者30天死亡的影响因素(P<0.05)。训练集和测试集的AUC分别为0.832(95%CI 0.767~0.898)和0.819(95%CI 0.722~0.916),提示模型的区分度良好。训练集和测试集的Hosmer-Lemeshow分别为5.969(P=0.651)和4.336(P=0.826),校准曲线与对角线重合度较高,说明预测模型的校准度较好。结论本研究基于早期股直肌超声纹理特征建立的预测模型可有效地预测首次机械通气患者30天死亡风险。

涡旋光场在光通信中的应用研究

涡旋光场可以携带任意大小的光子轨道角动量,理论上能够形成无限维的希尔伯特空间。这些轨道角动量模式之间相互正交,可以作为一个新的自由度,成为信息传输的独立通道。通过多个轨道角动量之间的模分复用技术可以提高光通信系统中的通信容量和频谱利用率,因此携带轨道角动量的涡旋光场在大容量自由空间光通信及水下光通信中具有广泛的应用。本文回顾了涡旋光场在自由空间及水下通信中的应用研究,介绍了湍流相位屏模型和自适应光学技术,并对使用自适应光学技术的相位补偿降低自由空间及水下通信中随机介质扰动的研究进行了阐述。

双支撑转轴、倾转角速度控制恒流量连续浇注技术的应用

有色金属连续铸造对熔体出口位置、流量和炉体的稳定性有较高的要求,因此针对小截面杆坯连续铸造,设计了双支撑转轴结构的炉体,提出了控制炉体倾转角速度恒流量浇注的技术方案,建立了恒流量铸造的数学模型。据此设计了相应的 PLC控制程序,提高了有色金属连续铸造小截面坯杆截面高度尺寸一致性和炉体的稳定性。

非圆齿轮液压马达转速及其平稳性分析

非圆齿轮液压马达的输出转速及其运转过程中的平稳性对马达的性能有较大的影响,在对马达配流规律和轮系运动规律分析的基础上,以角排量的脉动率为衡量指标,分析了马达运转的平稳性;以缝隙流动为基础,建立了马达转速与输入流量间的计算式,为该类马达输出转速分析提供了理论基础。结果表明,为形成指定转速所需马达的输入流量并非等于理论流量,行星轮公转速度越大,内齿圈内外径比值越小,所需的实际流量越大。帕斯卡蜗线型马达的运转平稳性要优于高阶椭圆型。研究结果对这类马达的工程应用具有一定的参考价值。

角速率输入下的双子样二次迭代圆锥补偿算法

传统姿态算法中使用角增量信息,针对角速率输入下的捷联惯性导航系统采用传统旋转矢量算法致使计算精度下降,且不能有效补偿圆锥误差的问题,提出一种直接使用角速率进行姿态解算的双子样二次迭代算法,在理论分析中简化了公式并对补偿系数进行了优化。仿真结果表明,在经典圆锥运动环境下,对比传统圆锥补偿算法,该双子样二次迭代优化算法具有更高的计算精度,且叉乘运算量和基于角速率的三子样优化算法相同。

大口径火炮混合膛线约束下的弹丸膛内角加速度特性

为了对引信设计提供详尽的膛内弹道环境信息,根据某大口径火炮身管混合膛线设计,结合弹丸在膛内运动的角速度公式,得到了该火炮混合膛线约束下的弹丸膛内角加速度特性。弹丸在渐速膛线与等齐膛线接合处角加速度发生突变,变化率达73%。此突变会使无结构止转的引信或弹丸偏心零部件在渐速膛线与等齐膛线接合处发生相对转动,即不再与弹丸同步旋转而发生“丢转”现象,进而影响引信机构的正确作用。

基于规定收敛律算法的二阶滑模制导律设计及仿真

制导律指引导弹以近似零脱靶量击中目标需要使用弹目视线角速率信息。对于实际应用中视线角速率难以直接获得的情况下,根据滑模控制理论设计了一种一阶滑模微分器,针对一阶滑模微分器的抖振问题,根据积分滑模理论的思想,基于规定收敛率算法提出了一种二阶滑模微分器,并构造了增广比例导引律和滑模导引律,数值计算结果表明设计的滑模微分器能够准确估计视线角速率,重构的导引律对机动目标具有良好的导引性能。

考虑火箭弹弹性变形的视线角速率提取算法

为了解决火箭弹因弹性变形导致捷联导引头视线(LOS)角速率提取精度降低的问题,建立了瞬态坐标系下的火箭弹刚-柔耦合动力学模型与弹性变形在线辨识模型,提出了考虑弹性变形的视线角速率提取方法;针对模型近似误差及观测噪声非高斯导致传统非线性滤波算法估计精度不足的问题,提出了一种6阶嵌套隐式龙格库塔(NIRK)精细积分的连续-离散扩展集员滤波算法(CD-ESMF),实现了考虑火箭弹弹性变形情况下的视线角速率高精度提取。

基于双MIMU速度+角速率匹配的行人自主导航方法

针对基于零速修正(ZUPT)的行人导航系统航向误差随时间发散导致定位精度差的问题,提出了一种基于自适应零速检测与双MIMU速度+角速率匹配的行人自主导航方法。在一套自主系统中同时包含两种三轴MIMU,一套大量程MIMU用于保证原始惯性数据的完整性,一套高精度MIMU用于提供角速率基准。当高精度MIMU数据未超量程时,若基于SVM的自适应零速检测算法判断系统为零速状态,采用速度+角速率匹配方案;若系统为非零速状态,则采用角速率匹配方案,通过卡尔曼滤波器对各项误差进行估计和修正,提高系统的航向和定位精度。试验结果表明,相较于仅采用速度匹配,采用所提方法,航向精度达到了3.44°/30 min,提升了50%以上;定位精度达到了4.92 m/30 min,提升了40%以上。

基于MEMS-MARG传感器的行人室内定位系统设计

针对低成本行人室内定位系统的实际应用需求,提出了一种基于MEMS-磁、角速度、重力(MARG)传感器的定位方法。基于改进的扩展互补滤波(ECF)算法,结合零速更新(ZUPT)算法与姿态快速收敛(FC)算法,以较低的运算量实现了对行人的定位。设计了相应的软硬件系统,并通过实验对算法性能进行了验证。实验结果表明:基于ECF+FC的行人定位算法性能优于其他基于互补滤波(CF)的方案,能够实现0.5%以内的平面定位误差和1%以内的三维定位误差,可以满足实际需要。

基于MHD角速度传感器的面阵相机模糊图像复原

在轨卫星平台上普遍存在着宽频带、低幅值的微角振动,随着对航天相机探测能力和遥感图像空间分辨率要求的不断提高,微角振动对星载光学系统成像质量的影响更加突出.针对高频微角振动造成的图像模糊问题,提出使用磁流体动力学(magnetohydrodynamics,MHD)角速度传感器测量面阵相机受到的微角振动,并根据面阵相机角运动信息构建点扩散函数,进一步采用基于全变差正则化的图像复原算法实现图像复原,从而提高图像质量.首先,在分析航天相机受到微角振动干扰产生像移原因的基础上,建立像移模型,并根据像点在焦平面上的移动轨迹构建点扩散函数.其次,搭建实验系统模拟航天相机在微角振动环境下的成像过程,在垂直于光轴的方向上施加单频正弦角振动干扰,并使用MHD角速度传感器进行探测.最后,利用基于全变差正则化的图像复原优化算法对模糊图像进行复原,并基于图像的调制传递函数对复原图像质量进行评价.实验结果表明:当微角振动频率在20~300 Hz内,且产生的像移在13个像元以下时,复原图像的调制传递函数积分面积可达到静态图像积分面积的90%以上,图像细节清晰,对比度得到明显提升.对同一频点进行多次重复实验,结果表明该方法具有良好的重复性.相关实验结果表明,基于MHD角速度传感器的微角振动测量方法和图像复原算法相结合能够显著提高航天相机的成像质量.

微重力环境对MHD角速度传感器性能影响研究

磁流体动力学角速度传感器在轨测试期间,其内部流体部分运动特性在微重力下与实验室(常重力)环境不同,表现为静压梯度、沉浮分层与浮力对流减弱,且航天器姿态调整时传感器所受微重力方向会发生变化,故有必要分析航天器所在微重力环境对传感器输出性能的影响。由于在轨测试成本高,地面测试复现效果不理想,利用仿真软件Fluent,对比两种不同结构的传感器在常重力下和航天器不同姿态的微重力下流体运动特征与敏感元件输出特性。仿真结果表明,相较于常重力环境,在航天器不同姿态的微重力环境下,径向磁场结构敏感元件的标度相对误差不超过0.01%,最大值较轴向磁场结构减小1个数量级,低于标度重复性测试相对误差3个数量级,相位偏差小于10^(-5)°。

航向误差非线性预测的惯性行人导航零速修正算法

针对基于零速修正(zero velocity update,ZUPT)的行人导航算法无法对航向角进行观测导致航向角发散的问题,设计了一种基于ZUPT、零角速率修正和航向角误差非线性预测校正的惯性行人导航算法。首先通过广义似然比检测(generalized likelihood ratio test,GLRT)算法确定出零速区间;在检测到的零速区间内利用ZUPT算法构造速度误差观测量、利用零角速率修正(zero angular rate update,ZARU)算法构造角速率误差观测量,通过零速区间航向角误差观测模块构造航向角误差观测量,在非零速区间对航向角误差进行非线性预测;再利用卡尔曼滤波对零速区间内的速度、角速率、位置和航向角误差进行估计,利用估计误差对惯性行人导航系统进行误差修正;通过实际行人导航系统验证,在复杂运动状态下导航轨迹误差平均值仅为0.43 m,只占总路程的0.35%。在长航时行走的情况下导航误差仅为1.25%里程。所提算法无需增设其他传感器,无需限制行人的运动轨迹,具有良好的工程应用价值。

基于角速率陀螺的扇翼机简化配置控制技术研究

扇翼机兼具固定翼飞机和直升机的优越性能,通过在厚机翼前缘嵌入横流风扇代替传统固定机翼,可同时提供升力和推力,并会附加一定的低头力矩,使得扇翼机纵向高度控制和姿态控制存在强耦合。独特的动力结构使扇翼机具有较高的静稳定性,但扇翼机机载空间有限,基于此提出基于角速率陀螺的扇翼机简化配置控制技术研究,并分析了控制系统的频域和时域特性。通过非线性仿真对比分析,验证了简化配置控制方案的有效性,且纵向简化配置相较于全配置更适合扇翼机纵向的飞行控制。

基于准则的战斗机大迎角飞行品质分析

战斗机大迎角飞行特性极大地影响着战斗机的近距空战能力,而如何评价大迎角情况下的飞行品质,是当今研究的热点。该文根据大迎角情况下飞行品质评价的特殊性,通过建立不同的模型,纵向频率-阻尼准则、横向滚转角速率准则评价,并给出模型结果与准则的对应关系,有效地拓展大迎角飞行品质的评价方法。

一种基于卡尔曼滤波的姿态信息融合方法

针对卫星平台上存在的由高频微角颤振引起的载荷光轴指向精度降低,提出了一种基于卡尔曼滤波的姿态信息融合方法,提高姿态确定指向精度。建立基于星敏感器与陀螺的低频带姿态确定系统和MHD-ARS(magneto-hydro-dynamics,MHD,angular-rate-sensor,ARS)高频姿态信息测量系统的数学模型,采用卡尔曼滤波进行宽带宽的姿态信息融合。仿真结果分析表明当存在高频微角颤振时,采用卡尔曼滤波的姿态信息融合方法的估计精度要优于传统的低频带姿态确定系统,且在频域上能够实现扩展姿态测量带宽的目的,验证了姿态信息融合方法的有效性和精确性。

光纤航姿小角速率误差建模及标定技术研究

文章主要基于某型光纤捷联航姿研制过程中出现的转位后纯惯性姿态发散快的问题开展研究,分析定位问题原因,针对光纤陀螺小角速率标度因数存在的非线性特点,通过误差建模及标定补偿技术,提升小角速率标度因数线性度、航姿对准精度及纯惯性姿态精度,以满足长时间精度保持的系统要求。工程实测数据表明,该标定补偿技术的应用能够使光纤捷联航姿准确测量地球自转角速率,有效减小对准零位误差,提升长期姿态精度,实现优于4 h 0.5°的姿态指标要求。

基于有限元分析的高弯曲度电泵机组计算方法

针对全角变化率较大的油田,应用等效物理模型结合有限元分析的手段,提出了一种新的电泵机组高弯曲度油井的计算方法。通过建立等效物理模型,确定分析边界条件,并进行应力分析,得出电泵机组通过较大弯曲度井口时的安全系数。