DUAL QUATERNION CURVE INTERPOLATION ALGORITHM FOR FORMATION SATELLITES

The traditional algorithms for formation flying satellites treat the satellite position and attitude sepa- rately. A novel algorithm combining satellite attitude with position is proposed. The principal satellite trajectory is obtained by dual quaternion interpolation, then the relative position and attitude of the deputy satellite are ob- tained by dual quaternion modeling on the principal satellite. Through above process, relative position and atti- tude are unified. Compared with the orbital parameter and the quaternion methods, the simulation result proves that the algorithm can unify position and attitude, and satisfy the precision requirement of formation flying satel- lites.

航天器位置姿态的光学测量方法研究

航天器间相对状态 (相对位置和姿态 )的准确测量是编队飞行的航天器实现自主控制的重要基础。介绍了一种基于计算机视觉理论及相机成像原理的航天器间相对位置姿态的光学测量方法 ,测试系统结构及工作过程 ;推导了航天器间相对状态的测量算法 ,并对可能存在的误差源进行了分析。由于采用四元数法描述姿态、CMOS相机作为图像传感器 ,从而使得测量系统结构简单、体积小、重量轻、功耗低 ,算法简单、速度快 ,近距离测量精度高 。

村寨居民旅游影响感知与态度的差异性研究——基于贵州不同旅游生命周期的民族旅游村寨的对比分析

选取贵州西江苗寨与肇兴侗寨两个处于不同旅游生命周期的民族旅游村寨作为研究对象,基于问卷调查数据,借助社会统计学分析方法,对两地居民的旅游影响感知及态度进行差异性对比研究。研究发现:两地居民对旅游发展的影响感知和态度均以正面效应为主,但两地居民对旅游的影响感知与态度又表现出较为显著的差异性。肇兴侗寨处于旅游发展起步阶段,居民对旅游影响的正面感知度较强,负面感知度较弱;西江苗寨处于旅游快速发展阶段,居民对旅游负面感知度较强;从两地外部差异性来看,西江居民对旅游发展的正面和负面效应感知度均要强烈。此外,对旅游发展的态度感知上,两地居民的旅游态度均持赞同态度,差异性不明显。针对研究提出了相关建议。

地面目标特征识别与无人飞行器位姿估计

针对小型无人飞行器位置姿态估计问题,提出了一种基于视觉图像目标特征的相对位姿估计算法。应用Camshift算法获取目标初始位置,利用非线性尺度空间下的KAZE特征进行跟踪区域特征点提取,与源目标特征点进行匹配,得到精确的目标位置信息,实现了在图像平面内的目标快速跟踪,并得到机体轴系下无人飞行器与目标间相对位置和姿态角的估计值。对算法进行了实验验证,具有优良的跟踪性和实时性。

基于视觉信息的航天器位姿估计迭代算法

基于视觉信息的空间目标相对位姿估计问题是未来空间操作的关键所在,正交迭代算法是一种具有实时性好且全局收敛特点的单目位姿估计算法。为了有效利用多个摄像机获取的数据,进一步提高位姿估计算法的综合性能,提出了一种双目正交迭代融合算法,取两个摄像机获取的所有特征点的目标空间共线性误差平方和作为误差函数,推导得到使两个摄像机总的目标空间共线性误差最小的迭代求解过程,进而采用单位四元数法求解算法中的目标函数得到目标位姿的估计值,从根本上解决传统算法旋转矩阵计算误差大的问题。最后通过仿真算例验证了该算法在计算精度、抗噪性能以及稳定性等方面具有的优势。

双目立体视觉的无人机位姿估计算法及验证

针对无人飞行器在未知复杂环境下的导航问题,提出了一种基于双目立体视觉的无人飞行器位置和姿态估计算法.用双目摄像机采集立体图像序列,对图像进行立体校正后使用Harris算法提取特征角点,用NCC算法获取匹配特征点,导出摄像机坐标系下的特征点坐标,得到三维立体特征信息,使用RANSAC算法与L-M迭代算法得到无人飞行器姿态和位置估计值.实验结果表明,基于双目立体视觉的位姿估计算法能适应未知环境变化,计算结果与实际位姿量相比误差小,能满足无人飞行器导航要求,可为无人飞行器的导航实现提供一套新途径.

激光陀螺捷联惯导系统导航算法设计

结合工程实际应用,充分考虑激光陀螺捷联惯导系统(RLG SINS)的特性,设计出了一套完整的RLGSINS导航算法,包括姿态更新算法、速度更新算法和位置更新算法。在姿态更新算法中考虑圆锥补偿算法,推导了等效旋转矢量的递推算法;在速度更新算法中考虑划船误差补偿算法,推导了划船误差补偿递推算法。大量的车载实验表明,所设计各部分的算法能协调一致工作,解决了RLG SINS高速姿态和速度更新与导航计算机速度间的矛盾,保证了系统在高动态条件下的导航算法精度,可充分发挥激光陀螺的优势,提高RLG SINS的导航精度。

基于卫星导航系统的导弹姿态测量算法研究

弹体姿态测量是导弹飞行试验的重要组成部分,对于评估导弹控制系统性能、分析导弹飞行状态、改进飞控系统设计都具有重要作用。导弹自身惯性系统可进行姿态测量,但其误差随时间增加而累积且发散,在远距飞行时误差明显。卫星导航系统具有精度高、误差不随时间积累的特点,利用多天线阵列相对精密定位技术,可实现导弹姿态的高精度测定,为导弹姿态测量提供一种全新的思路。

煤矿巷道修复重载作业机器人现状与发展趋势

煤矿重载作业机器人是替代高危岗位工人作业的智能装备,面临作业空间狭小局促、作业环境复杂多变等挑战。总结了重载工业机器人现状及煤矿巷道修复装备的发展历史,指出目前煤矿巷道修复装备仅实现了遥控和自动卷缆功能,智能化水平不高,需研发煤矿巷道修复重载作业机器人;提出了煤矿巷道修复重载作业机器人的概念及功能定位,指出煤矿巷道修复重载作业机器人研制面临狭长封闭巷道空间内位姿精确感知、行走路径规划与行走控制、作业轨迹规划与运动控制等关键技术问题;阐明了煤矿巷道修复重载作业机器人发展方向为提高煤矿巷道修复重载作业机器人的可靠性、稳定性和智能化水平,加强与其他机器人施工工艺的匹配。

面向智能碾压机的位姿感知算法

解决智能碾压机控制精度不达标的难题之一在于位姿信息的精确感知.为了改善智能碾压机在复杂环境下的位姿感知效果,解决现有位姿感知算法存在精确性和普适性较差的问题,本文提出了用于智能碾压机位置测量和航向测量的联合算法框架.首先,为了改善智能碾压机在复杂环境下的定位精确性,基于姿态传感器(AHRS)的加速度计和陀螺仪测量值构建运动学预测方程,基于GPS的测量值和一组速度运动约束关系构建测量方程,在此基础上设计基于EKF的松耦合算法对东向位置和北向位置进行精确输出.其次,为了解决碾压机铰接式结构带来的前后车身航向角不一致的问题,通过分析AHRS输出磁方位角的原理以及输出数据构建航向角估计的经验方程式,并通过反向传播(BP)神经网络模型进行变量值标定,对后车身航向角进行有效输出.最后,基于改装的智能碾压机平台对位姿感知算法进行实验分析.实验结果表明:智能碾压机在路面波动下依靠GPS定位出现定位偏差时,该算法有效地将偏差量进行补偿;在GPS短期失效3 s时,该算法输出坐标值与真实值的均方根误差为10.9 cm;在低速状态下,该算法输出航向角与GPS测量值的最大误差为0.45°,有效解决了后车身航向角测量问题;说明位姿感知的联合算法框架展现了较好的精确性和有效性.

三轴转台初始位姿对准误差的测试方法

雷达仿真实验用卧式三轴飞行仿真转台的三轴交汇中心与射频阵列仿真系统球面的球心同心,转台的初始姿态满足一定要求,以减小雷达仿真时的误差。为了三轴转台位姿的精确对准,提出了一种能补偿经纬仪竖直轴线铅垂度误差和俯仰轴零位误差的对准方案,首先根据精确的已知基点的坐标,通过经纬仪对各基点的观测结果采用最小二乘迭代处理方法,确定了经纬仪的三轴交汇中心的位置,再通过经纬仪对转台的内、中环轴轴端安装的靶标进行观测,确定了三轴转台的位置与初始姿态。通过实际测试与调整,解算出了三轴转台的三轴交汇中的坐标为-0.485,0.203和-0.475mm,外环轴指向误差为-59″。该测试结果在位置误差1mm,姿态误差2′的要求范围之内,实现了三轴转台的位姿对准任务。

面向五轴数控加工仿真的机床运动位姿算法研究

数控加工仿真是制造业发展过程中数字化与智能化的集中体现,然而现有研究在机床运动位姿计算精度上还存在不足,如未考虑数控系统指令模式、加减速控制以及机床几何误差等约束条件。针对上述问题,本文对五轴机床仿真运动算法进行研究,首先对五轴数控机床拓扑结构、模型和坐标系进行了完整定义,在此基础上探索了基于数控系统指令模式的刀具轨迹仿真密化以及相应的时间标记计算方法,并结合五轴数控机床几何误差模型,得到了更符合实际几何状态的机床模型运动位姿。通过对仿真机床实例的拓扑结构建模、刀位轨迹仿真密化以及机床模型位姿计算,对所提出的机床运动位姿算法进行了验证,证明该算法的可行性和有效性。

基于高斯-牛顿法的水下导航系统校准算法研究

多正交信号水下导航系统可以实现对水下及水上目标的导航与定位,系统的校准算法是其定位准确性的一项关键技术。基于高斯-牛顿法的多正交信号水下导航系统的校准算法,可以将非线性的问题近似线性化。利用不同坐标系之间的转换关系,通过迭代计算得到水下发射源信标的地理坐标和姿态偏角。通过仿真表明,水下信标位置估计的精度与GPS测量误差和声学测距精度有关,小角度水下信标的姿态估计稳健性强。

盾构姿态测量中基于边缘检测的中心定位算法

振动对盾构测量系统的影响较大,提出了基于光阑的测量方案对原系统加以改进。鉴于光斑存在随机噪声污染,采用中值滤波技术,有效地降低了其对光斑中心定位的影响。对多种边缘检测算子作了比较研究,并利用其对激光光斑进行边缘检测,实现了聚焦光斑的准确定位。

基线平面布局的GPS定姿算法

ＧＰＳ定姿线性化算法需要载体的姿态初值和迭代运算，提出一种适用于基线平面布局的矩阵元素求解算法，它不需初值和迭代计算，计算量小，运算速度快，特别适用于载体大角度姿态机动的情形。用ＴＡＮＳＶｅｃｔｏｒＧＰＳ接收机进行了实验，取得了较满意的结果。

航天器姿轨耦合自适应同步控制

航天器动力学模型的精确建立,对于成功完成空间任务来说必不可少,而单独考虑轨道或姿态的模型无法满足任务高精度要求,因此从相对轨道动力学方程和修正罗德里格斯参数(MRP)表示的姿态运动学方程出发,建立了航天器六自由度的相对耦合动力学方程。为了给出姿轨运动的基准,分别设计了航天器理想姿态和椭圆加指数接近轨道。针对航天器参数不确定问题设计了自适应同步控制律,并通过Lyapunov直接法证明闭环系统的全局渐近稳定性。从仿真结果可以看出,自适应同步控制算法能使轨道和姿态误差逐步趋于零。

平面自由运动半物理仿真系统的初始条件实现

提出了一种平面自由运动半物理仿真系统的设计,对系统仿真试验的初始条件形成过程进行了具体阐述。系统中应用了一种平面两自由度直角坐标运动装置,用于完成系统驱动及速度和位置控制,同时这种运动装置能够进行直角坐标跟随运动,并与其末端测量机构共同实现对平面自由运动物体的高精度大范围位姿测量。建立了系统的运动学模型,并设计相应的控制算法实现试验所需的运动过程,采用半闭环和闭环相结合的方法有效控制系统的末端累积误差;针对提出的复合测量方法,建立了测量原理的数学模型,并进行了精度分析和仿真计算。实验证明这种设计和相应的控制测量方法合理可行。

基于自适应滤波的头部姿态跟踪方法研究

针对视觉式头部定位系统存在着噪声统计特性掌握不充分的问题,设计了一种新的基于自适应滤波的头部姿态跟踪方法,其综合了视觉测量算法和自适应滤波算法。在获取n对2D/3D(图像点/空间点)匹配对的基础上,先利用正交迭代算法(OI)解算头部姿态,然后应用自适应滤波器估计精度更高的头部姿态,最后针对带有时变噪声且噪声统计特性掌握不充分的测量值,应用头部姿态跟踪方法进行了仿真测试,结果显示该方法的测量精度有很大提高,并且验证了所设计的头部姿态跟踪方法是合理且有效的。

基于组合方式的掘进机导航系统研究

掘进机时走时停的迈步式工作特点导致其难以实现定向掘进,这一直是国内外面临的技术难题。为实现煤矿巷道掘进机的位姿测量,提出一种基于组合方式的掘进机导航系统(即组合导航系统)。首先,以十字激光指向仪的激光束为识别特征,结合自主研制的激光接收标靶,组建光电传感器导航系统,并构建掘进机机身位姿解算模型;然后,通过递推最小二乘(recursive least square,RLS)算法将光电传感器导航系统和光纤惯性导航系统的测量数据融合,解算出掘进机机身的位姿;最后,根据掘进机机身位姿的测量结果,通过PLC(programmable logic controller,可编程逻辑控制器)实现掘进机的纠偏控制,以有效解决其定向掘进问题。以MB670型掘锚一体机为实验对象,通过现场实验对所设计的组合导航系统进行测量误差分析。结果表明:该组合导航系统可以有效实现煤矿巷道掘进机机身的位姿测量;掘进机机身的位置测量误差在±20 mm以内,姿态角测量误差在±0.15°以内,满足煤矿巷道施工精度要求。基于组合方式的掘进机导航系统具有精度高、可靠性好的优点,弥补了单一导航系统的测量缺陷,可为掘进机的定向掘进智能控制提供理论基础。

特征速率方法用于微型共轴直升机姿态控制

微型共轴直升机因对控制输入和外在扰动较敏感,且本身具有较高的动态脉宽,使得其难于控制。提出一种基于特征速率配置(characteristic ratio assignment,CRA)的多项式设计方案来控制直升机的姿态回路。因CRA综合考虑时域稳态指标、系统鲁棒性以及广义时间常量来配置系统特征多项式,从而设计控制器。针对CRA设计控制器阶次的不明确,提出依据CRA设计满足一定性能指标的定阶次的类PID控制器。仿真分析证实了提出的控制方法简单可行。