一种多飞行器协同的GNC系统飞行模拟平台设计

空间站在轨组装和长期运营阶段涉及到多飞行器独立飞行、飞行器间交会对接、多飞行器组合体融合控制、多飞行器分离过程控制和飞行器返回再入等复杂飞行任务,完整、真实的飞行模拟是必需且至关重要的.基于时间同步、实时数据交换的分布式一体化仿真架构,设计了一种多飞行器协同的通用半物理制导、导航与控制(guidance,navigation and control,GNC)系统飞行模拟平台,可很好地满足复杂系统的飞行模拟需要.平台由若干灵活、可扩展的通用模拟器构成,单个模拟器通过配置可以实现任一飞行器的功能,能够独立对指定飞行器的全任务过程进行仿真.平台通过靶场仪器组B时间码(inter-range instramentation group-B,IRIG-B)信号进行时间同步,利用1553B总线完成动力学仿真数据实时交换,并在多模拟器之间通过协调机制实现热并网后进行协同仿真.该模拟平台成功应用于空间站飞行控制演练.

一种基于光学的水表面微波跨介质探测方法

水下声信号的传播和探测研究主要集中在散射、反射和传播损失等方面,而对其在水面引起的波动关注较少。本文在理论上推导了在水下平面波入射在水-空气界面激励的水表面微波与声源强度和频率的关系。这种水表面微波的振幅在纳米级别,振动频率和水下平面波的频率相同,在水-空气界面的扩散距离则随频率的升高而强烈衰减。基于水表面微波的特性,结合激光探测的工作原理,设计了一套跨介质水下目标检测系统。并为该系统可能受到的低频海浪噪声干扰和反射干扰提供了应对方式。仿真结果表明:该系统分辨率高,具有隐蔽性、易于维护性、无接触性等特点,对低频声源的检测效果较好。该方法结合了声波在水中和光波在空气中传播各自的优点,有望成为水下目标检测的一种新手段。

成山角水域动态自适应自主航行决策方法

为研究成山角分道通航制水域船舶自主航行方法,本文数字化了该水域交通环境,探究了碰撞危险度量化模型和动态避碰机理。建立了耦合船舶航向控制方法、非线性操纵运动模型和航线跟踪方法的自动航行模型。基于时序滚动提出了能适应目标船机动和自校正误差的自主航行决策方法,该方法考虑了避碰规则和良好船艺的要求。实验结果表明:本船可让清所有目标船并按计划航线航行;预设场景中,本船在31 s、3762 s右转14°、5°可安全通过。本文提出的方法可为分道通航制水域的自主航行提供理论基础。

卫星导航实验平台在无人机系统原理导航课程中的应用

为提升无人机系统原理导航课程质量与教学效果,激发学员学习兴趣,奠定无人机专业人才培养专业基础,提出将卫星导航实验平台应用于无人机系统原理导航课程中,给出了该平台的教学应用方法.教学实践表明,卫星导航实验平台在无人机系统原理导航课程中的应用,巩固了学员所学的理论知识,激发了学员对于导航课程学习的兴趣,有效提升了教学质量.

多约束条件下弹体末端制导建模方法研究

针对制导弹体考虑终端落角、攻角回零及飞行过程中最大过载约束的多约束条件下末端制导问题,提出了一种多约束自适应最优导引律的设计方法,详细推导了带落角约束、目标函数加入剩余飞行时间的幂函数拓展得到的一组带制导阶数n的最优导引律,并在此基础上深入分析导引律解析特性寻求制导阶数n与末端攻角回零、最大过载约束的关系。根据研究分析提出了一种可在制导初始时刻在线确定制导阶数n应用于导引律的制导方法满足多种约束条件。仿真结果表明,该制导方法适用于制导火箭弹多约束制导问题,并具有较强的鲁棒性。

基于生成对抗网络的轻量级全局-局部水下图像增强算法

为解决光在水下传播过程中由吸收与散射效应导致的水下图像产生色偏、对比度低、细节缺失和噪音等问题,设计了一种融入注意力机制的轻量级全局-局部生成对抗网络水下图像增强算法。算法通过改进GAN网络以及设计新的损失函数,提高图像增强效果。实验结果表明,所提出的方法在校正色偏、提高对比度、增强细节和消除噪音等方面较现有流行的水下图像增强算法均取得了很大的进步,同时也进行了时间测试以及应用测试,实验结果表明,提出的水下图像增强方法能够快速有效地提高水下图像的质量。

轮式移动机器人轨迹跟踪的预测控制

自动导航小车 (AGV)是一种移载用轮式移动机器人 (WMR) ,主要用于现代化的无人生产车间中实现物料的搬运。为完成搬运任务 ,其控制系统必须具备定位、路径规划和导航等功能。考虑到其工作任务的特殊性 ,作者设计了一种运动控制系统———组合导航预测控制系统。理论分析和仿真结果均表明 ,该控制系统是有效可靠的。

管道内的三维地理坐标检测

研究了利用管道清管器(PIG)搭载惯性测量单元(IMU)实现管道三维地理坐标测量的方法。该方法以捷联惯导系统(SINS)定位为主,并辅以校正信息的Kalman滤波估计算法来解决SINS计算的发散问题。首先,将测量装置搭载在PIG上,PIG在管道中运动的同时记录惯性信号。然后,经离线计算得到管道的三维地理坐标,并利用IMU的姿态倾角和里程轮速度对SINS计算的误差进行校正。最后,建立了9维状态量Kalman滤波模型方程,并利用扩展Kalman滤波算法进行求解。实验结果显示,该系统对于30m管道的测量精度为0.28m;表明通过加入校正算法,可以实现内检测条件下对管道三维地理坐标的精确测量。

北斗QPSK调制信号多星联合捕获算法

传统的接收机捕获方法仅针对单颗卫星码相位及载波频率进行搜索与捕获,为了提高接收机傅里叶变换及相关运算模块的使用效率,提出了一种面向北斗B1频点信号的多星联合捕获算法,并在此基础上建立了联合捕获相位参量与相应卫星编号间的映射关系。最后,利用采集的卫星中频信号对多种捕获算法进行了实验对比与性能分析,实验结果表明,多星联合捕获算法可成功对多颗卫星进行并行搜索及快速捕获,平均运行速度相对于传统捕获算法提高了约23%,改善了北斗接收机中信号捕获的处理效率。

基于脉冲星和太阳敏感器的日地系Halo轨道组合导航研究

为提高平动点轨道探测器的自主导航能力,提出一种利用X射线脉冲星和太阳敏感器的导航算法.利用X射线脉冲星导航理论,用X射线探测器测量X射线脉冲到达时间,同时利用太阳敏感器测量太阳视线方向矢量,建立导航系统观测方程.在高精度星历模型下,对日地系Halo轨道建立数学模型,利用二级微分修正方法获取地球质心惯性系下的标称轨道,利用基于UD分解的联邦Unscented卡尔曼滤波方法进行状态估计,并研究了摄动因素对导航结果的影响.仿真结果表明,该方法能够完成日地系平动点轨道的自主导航,并且比X射线脉冲星单独导航具有更高的导航精度.

一种阈值动态调整的仿生同步自主定位方法

针对仿生导航中鼠类同步定位与构图(RatSLAM)算法对连续经历场景出现漏匹配和错误匹配的问题,提出一种阈值动态调整的仿生同步自主定位与构图(DT-RatSLAM)方法。该方法在局部视图细胞生成阶段,引入阈值增强项和阈值衰减项,将前几帧图像的识别结果作为激励,实时动态地调整当前帧图像的模板识别阈值,并根据阈值判断是否生成新的局部视图细胞,然后综合连续场景的模板识别结果,对经验图进行闭环修正。仿真实验结果表明,与固定阈值条件下的RatSLAM算法相比,基于阈值动态调整的DT-RatSLAM方法在模板识别方面不仅能够保证不出现错误的匹配,而且正确识别率达到了99.6%,促使运行体能够对生成的经验图及时进行修正,提高了经验图的准确性,在算法运行时间方面比最优固定阈值的RatSLAM算法平均减少了13.5%。

采用扩频技术的数字天线跟踪系统设计

在介绍雷达领域传统目标跟踪方式基础上,设计了一种基于扩频体制并有效融合"模极值捕获跟踪"和"数字导引"的数字天线跟踪系统。通过精心设计通信帧格式,并采用具有良好正交性的PN码(Walsh)序列"携带"GPS信息用于数字导引,使得系统在具有30 dB高同步捕获增益的前提下同时具有可控的扩频抗干扰增益,在初始捕获和抗干扰通信过程中发挥重要作用。系统采用具有快速算法的自适应滤波技术对数字导引信息进行置信度分析。建模仿真与飞行试验表明,该方法相对传统体制具有更高的灵活性和可靠性。

低空空域通用航空飞机机载导航监视终端设计

针对通用航空飞机低空雷达监视存在盲区及广播自动相关监视(ADS-B)设备成本高的问题,提出以"北斗"卫星导航系统和移动公共网络通信相结合的低空空域通用航空飞机导航监视系统。系统利用"北斗"/GPS双模导航接收机获取载体位置等信息,通过移动公共网络通信系统和"北斗"卫星导航系统相互补充的通信机制可靠地将机载信息发送至地面指挥中心,并能够接收地面指挥中心的指令。考虑到"北斗"卫星导航系统通信资源的问题,系统设计了在移动公共网络通信处于盲区时导航位置等信息存储功能。系统具有成本低、与其他机载设备无电气交联等特点。相关成果对我国在低空空域通用航空飞机导航监视终端的研究具有一定的参考价值。

海洋水下井口封堵装置技术研究与发展建议

介绍了海洋水下井口封堵装置及其技术发展现状,尤其对当前美国OSRL、MWCC、Wildwell及英国OSPRAG等几家联合公司的典型封堵装置的结构技术参数和性能特点进行了重点分析研究。最后提出搞好深水相关装备技术研究、实施联合开发与集成创新、加强装备研发和人才培养力度及加快海洋工程试验基地建设等4点海洋水下井口封堵装置国产化发展建议。

消除激光水下目标探测中后向散射的方法研究

为了消除激光水下目标探测中后向散射包络，压缩接收信号的动态范围，对后向散射的特性进了分析和模拟，证明了光电倍增管增益控制方法自适应实现的必要性，并就其物理实现作了探讨。

水下量子密钥分配的误码率和成码率

水下量子密钥分配可以为水下通信提供绝对安全的保密手段。水下量子密钥分配系统的误码率和成码率受到海水信道的光学性质、天气环境和通信系统硬件参数等的影响。本文从理论和实验上分析水下量子密钥分配的信道特性和系统硬件特性,估算其误码率和成码率,并给出系统参数的门限值,结果表明可在百米范围内进行绝对安全的水下量子密钥分配。

基于随机信标的水下SLAM导航方法

研究了基于随机信标的水下同时制图定位(simultaneous localization and mapping,SLAM)导航定位方法。信标导航是目前导航领域的研究热点,但往往需要提前对信标位置进行标定。对此文中提出一种无需位置标定的随机信标导航方法,即在信标随机散布的情况下,通过量测信标和航行器间的距离和方位,用SLAM方法对随机信标位置进行估计,从而实现对航行器的导航,并在不同的信标密度和观测误差下分析了其导航精度。仿真结果表明,该导航方法具有良好的收敛性和定位精度。

一种基于Si-APD的X射线单光子探测电路设计

X射线单光子探测电路是将入射X射线单光子转换成电信号,进而测量入射光子到达时间和能谱特性的电路,是X射线脉冲星导航的关键技术之一。文章通过分析X射线脉冲星的辐射特性提出了一种基于硅-雪崩光电二极管(Si-APD)的探测电路,Si-APD探测器通过外置偏置高压对入射X射线单光子电离出来的电子进行雪崩放大,偏置电压随着温度的变化自动调节,保证Si-APD增益的稳定性。雪崩抑制电路的作用是对探测器进行复位以探测下一个X射线单光子,文章给出了雪崩抑制电路的工作原理和设计方法,并进一步讨论了在单光子探测应用条件下的前置放大电路和主放大电路设计,合理设计电荷灵敏前置放大器是实现电流电压转换、高增益、低噪声和高时间精度的关键技术,整形带通主放大器作为Si-APD的放大电路,设计合适的带宽和增益可以提高系统信噪比、稳定性、时间分辨率和能谱测量精度。该电路相比于正比计数器、硅漂移探测电路等,具有体积质量较小、可靠性高、造价低廉等优点,可实现高速、高信噪比的X射线单光子探测电路设计。

基于模糊补偿的深海作业级远程操控潜水器自适应位姿控制

针对参数变化、流以及其他未知干扰对深海作业级远程操控潜水器(ROV)位姿控制的影响,设计了基于模糊补偿的ROV自适应位姿控制器.从大地坐标系下的ROV系统模型中分离出由于参数变化、流以及其他未知因素所产生的干扰力/力矩,并分析了干扰力/力矩的变化特性,利用模糊逻辑系统(FLS)进行逼近,设计基于干扰力/力矩模糊补偿的ROV自适应位姿控制器;同时,为了消除逼近误差的影响,设计了稳健自适应控制律.结果表明:FLS能够以较高的精度逼近ROV所受到的干扰力/力矩;所设计的基于模糊补偿的深海作业级ROV自适应位姿控制器具有良好的跟踪性能、抗干扰能力和稳健性.

水声语音通信体验质量的实时测量方法

水声语音通信质量的实时测量是保障通信质量的重要环节,利用实时测量结果可及时调整语音业务的调制参数,提高链路的自适应能力。本文提出了一种基于参数表示的语音通信质量实时估测模型,该模型提取语音3个特征参数,即:Mel频率倒谱系数(Mel-frequency cepstum coefficient,MFCC)、线性预测倒谱系数(Linear predictive cepstrum coefficient,LPCC)及加权对数谱(Log spectral deviation,LSD),构建3种特征参数的权重谱失真测度。利用失真测度与接收语音质量(Perceptual evaluation of speech quality-mean opinion score,PESQ-MOS)之间的映射关系,建立语音质量估测模型。引入动态MFCC(Dynamic Mel-frequency cepstrtum coefficient,DMFCC)的谱失真测度作为质量估测模型的调节因子,使估测系统具有更好的适应性。实验及海测结果显示,利用本模型估测的语音MOS值与人主观感受误差较小,具有一定的实用性。