飞行器在高机动条件下迎角、侧滑角的测量

嵌入式大气数据传感(FADS)系统比传统迎角、侧滑角传感器在测量精度、可靠性、隐身性能上都具有较大的优势,因此该系统可被应用于各型飞行器上.但由于该系统在获得大气参数方面存在延时,所以它在飞行器机动飞行状态下迎角和侧滑角的测量精度会下降.针对这一问题,提出了以FADS测量结果为基础,采用惯性导航系统(INS)测量的迎角、侧滑角变化量进行修正的FADS/INS组合迎角、侧滑角测量方法.理论分析和仿真结果表明,该组合系统在飞行器处于平稳和机动飞行时,对迎角、侧滑角的测量均能获得较高精度.     

大攻角下基于信息融合的攻角/侧滑角估计方法

攻角和侧滑角是飞控系统和导航系统的重要参数。针对高性能飞行器在大攻角飞行时攻角和侧滑角不能精确测量问题,引入飞行动力学模型,选取姿态、姿态角速率、气流角和速度等飞行参数作为状态向量,以惯性导航系统提供的姿态、姿态角速率、加速度组成观测向量,构建扩展卡尔曼滤波器,融飞行动力学模型求解和状态估计的过程为一体,实现攻角和侧滑角实时精确估计。利用X-Plane系统的飞行仿真数据对攻角/侧滑角估计方法的可行性和有效性进行了验证。仿真结果表明,该方法不仅具有较高的精度、良好的稳定性和鲁棒性,而且可提高大气数据系统的测量范围和可靠性,能够有效地适用于大攻角飞行环境下攻角和侧滑角的测量。     

基于自适应卡尔曼滤波的飞机气流角估计研究

迎角、侧滑角是飞机重要的飞行状态参数,而大气数据系统在恶劣天气、大迎角或机动飞行情况下是难以准确测量出气流角等数据的.基于飞行数据,研究了一种飞机气流角的估计方法.考虑到飞行数据可能受到外部干扰发生数据突变、各数据采样频率不同以及飞行数据之间的噪声统计特性均未知等情况,建立飞机系统状态方程和量测方程,将非等间隔理论与基于极大似然准则的自适应卡尔曼滤波算法进行融合,以飞机转弯和爬升飞行为实例,施加外部干扰,对飞机迎角、侧滑角进行估计.实验结果表明,该算法的估计精度和抗外部干扰的鲁棒性能均优于扩展卡尔曼滤波算法和无迹卡尔曼滤波算法.     

基于QAR数据的民航飞机侧滑角估算方法

侧滑角是一个重要的飞行状态参数。考虑飞机真实的飞行状态,选取快速存储记录器(QAR)中的磁航向、偏流角、风向、风速、地速和俯仰角等参数,提出一种基于QAR数据的民航飞机侧滑角估算方法。以飞机受西风影响为例,通过分析4种航向范围的航行速度三角形,再利用地面惯性坐标系、机体坐标系和气流坐标系之间的变换关系,推导了侧滑角估算步骤,最后选取一段QAR数据对侧滑角进行估算。结果表明该方法能够有效地利用QAR数据对飞机侧滑角进行估算。     

嵌入式大气数据传感技术的发展现状

嵌入式大气数据传感系统是一种先进的大气数据系统。该系统集成度高,完全可安装于雷达天线罩内,并且能够实时提供现代飞行控制所需的全部大气参数如动压、静压、迎角、侧滑角、马赫数等。在介绍了嵌入式大气数据传感系统原理及技术发展的基础上,总结了当前开展的各项研究工作的热点并对嵌入式大气数据传感未来发展趋势进行了展望。     

髋关节角多模型贝叶斯动态估计

步态分析在健康监测等领域中有着广泛的应用,精确估计髋关节角是步态分析的前提.但是大腿运动的高度非线性和不确定性,以及微型传感器测量噪声的不稳定性等诸多因素,基于微型惯性传感器的髋关节角精确估计面临着巨大的挑战.该文提出利用混合动态贝叶斯网络、多运动模型和噪声模型对髋关节角的非线性变化和测量噪声的改变进行建模,然后基于穿戴在大腿上的微型加速度传感器获得的测量值,通过高斯粒子滤波算法估计髋关节角度.实验结果表明该方法能够有效提高髋关节角的估计精度.     

移动卫星通信低成本姿态估计算法

移动卫星通信(动中通)是卫星通信的重要分支,低成本化是动中通的发展趋势。为有效加速动中通的推广和应用,该文提出了基于微机械惯性传感器的低成本动中通工作模式,并将传统姿态估计领域的传感器融合姿态估计算法、互补滤波姿态估计算法与新兴的组合导航姿态估计算法进行了对比,结果表明,侧滑角和机动加速度是限制传感器融合姿态估计算法估计精度的主要因素,航向角可观性低是限制组合导航算法的主要因素。3种算法经过改进后,姿态估计误差均在0.5°内,3种算法均满足移动卫星通信的需求。组合导航算法无需考虑外界干扰对姿态估计的影响,具有更好的应用前景。     

图像增强的自适应网格交互式多模型算法

自适应网格交互式多模型算法(AGIMM)单纯依靠目标的模型后验概率来调整模型集,因此造成了在目标机动时刻跟踪性能不高的问题。基于图像传感器对目标机动的快速检测性能,首次将图像中的目标姿态角信息引入到该算法中。通过建立AGIMM估计的模型角速度与姿态角蕴含的模型角速度之间的隶属度关系,修正了目标的模型后验概率,增强了模型辨识能力,提高了该算法在目标机动时刻的跟踪性能,从而实现了图像传感器与雷达传感器两种异类信息的有效融合。     

基于EM算法的极大似然分布式量化估计融合新方法

该文针对水下目标探测中的多传感器分布式量化估计融合问题,建立了分布式量化估计融合模型,在考虑信道噪声且其统计特性不完全已知条件下,充分利用EM算法在观测数据缺失时参数估计的优越性,提出了一种基于期望极大化(EM)算法的极大似然分布式量化估计融合新方法。该方法将未知的水声信道噪声参数以及局部量化器量化概率建模为EM算法中二元高斯混合模型参数,利用极大似然估计方法的估计不变性得到目标参数的估计融合结果。仿真实验表明:该方法在局部传感器观测样本数目大于5000和信噪比大于6 dB时与已有理想信道条件下的估计方法性能相当,该方法为水下目标探测中分布式量化估计融合系统的工程实现提供了理论依据。     

高超声速无人机的BTT自适应控制器设计及仿真

结合BTT控制与特征建模思想,将黄金分割自适应控制应用于高超声速无人机的横侧向机动控制。对一类高超声速无人机进行了BTT自适应控制器设计和仿真,仿真结果表明,基于特征模型的自适应控制,较好地实现了矢滚角和侧滑角的信号跟踪,验证了该方法的有效性。     

基于模糊滑模控制的车辆稳定性研究

针对车辆在转弯或变道引起的车辆稳定性控制问题,建立了用于稳定性控制的3自由度非线性动力学模型。文中将车辆横摆角速度、质心侧偏角作为主要控制变量。基于模糊滑模控制理论,采用直接横摆力矩控制方法控制横摆角速度和质心侧偏角,其中考虑到质心侧偏角难以通过传感器测量,设计了基于递归最小二乘法的质心侧偏角估计方法。同时,在基于Matlab与ADMAS联合调试的环境下进行了仿真分析,仿真结果表明该控制器能有效地使横摆角速度和质心侧偏角跟踪其期望值,使汽车保持在安全稳定的范围内。     

Robust energy-to-peak sideslip angle estimation with applications to ground vehicles

In this paper, the observer design problem for the sideslip angle of ground vehicles is investigated. The sideslip angle is an important signal for the vehicle lateral stability, which is not measurable by using an affordable physical sensor. Therefore, we aim to estimate the sideslip angle with the yaw rate measurements by employing the vehicle dynamics. The nonlinear lateral dynamics is modeled firstly. As the tyre model is nonlinear and the road adhesive coefficient is subject to a large variation, the nonlinear lateral dynamics is transformed into an uncertain model. Considering the variation of longitudinal velocity, an uncertain linear-parameter-varying (LPV) system is obtained. Based on the LPV model, a gain-scheduling observer is proposed and the observer gain can be determined with off-line computation and on-line computation. The off-line computation includes the calculation of a set of linear matrix inequalities and the on-line computation contains several algebraic operations. The proposed design methodology is applied to a four-wheel-independent-drive electric vehicle in simulation. It infers from different maneuvers that the designed observer has a good performance on estimating the sideslip angle.     

Estimation of sideslip angle and cornering stiffness of an articulated vehicle using a constrained lateral dynamics model

In this paper, a constrained lateral dynamics model of articulated vehicles and an algorithm for estimating sideslip angle and cornering stiffness are proposed. The articulated vehicle was modeled using the bicycle model, linear tire model, and modified Dug-off model. The normal force of each axle included in the model was estimated based on the longitudinal load transfer model. Physical constraints were applied to reduce model states. Accurate sideslip angle and cornering stiffness are essential for vehicle control safety and autonomous driving performance. The sideslip angle and cornering stiffness were simultaneously estimated using a dual linear time-varying (LTV) Kalman filter. The observability matrix guaranteed the convergence of the proposed estimation algorithm. The estimation performance was verified by simulation with TruckSim and an experiment using an articulated bus.     

平飞时内埋导弹弹射分离仿真与研究

利用应用计算流体动力学软件FLUENT的二次开发功能和RNG k-ε湍流模型建立了载机投弹流场数值模拟和弹道仿真相结合的仿真模型。运用动网格技术更新导弹与载机发生相对运动而导致的计算域变化。将整个流场的解与六自由度运动方程的解进行耦合,模拟计算了超音速条件下内埋导弹与载机分离的过程。结果表明,气动干扰对弹的纵向运动影响非常大,随着马赫数的增加,仿真结束时导弹下落距离减小,俯仰角曲线波动幅值增加。     

采用频闪成像技术的柔性气动外形运动物体SIFT特征跟踪(英文)

近年来,有关微型飞行器的结构动力学、材料气动弹性以及飞行控制方面的研究受到了高度的重视。为了提高飞行器的空气动力学检测能力,提出了一种基于频闪成像技术的柔性气动外形物体跟踪方法。利用尺度不变特征转换(SIFT)算法提取出的特征对于图像的尺度变换、旋转以及光照变化和局部图像变形等具有的不变特性,提出了一种利用感兴趣区域中SIFT特征对柔性气动外形运动物体进行探测与跟踪的方法。该方法在获取物体的状态、位置以及空间转换关系等方面表现出良好的性能,并且为同一场景中同一物体在不同位置之间的相互匹配提供了可靠保证。实验表明:在该实验系统中,基于频闪成像技术、利用SIFT特征作为柔性气动外形物体探测的方法具有一定的可行性。     

稀疏表示框架下无需参数配对的二维到达角估计

现有二维到达角估计算法大多基于子空间理论及需要参数配对,针对这一问题,在稀疏表示理论框架下提出了一种参数自动配对的二维到达角估计新算法。该算法在L阵列下构建阵列互相关矩阵的稀疏表示模型,利用奇异值分解降低复杂度并基于群LASSO(Least Absolute Shrinkage and Selection Operator)获得方位角估计。在方位角估计的基础上,基于向量化操作构建稀疏空间谱匹配模型,然后利用LASSO 获得俯仰角估计。与参数配对ESPRIT 和改进的传播算子方法相比,所提算法不仅无需参数配对过程,而且可以提供改进的估计精度。计算机仿真结果验证了所提算法的有效性。     

光纤法珀压力传感系统设计与风洞初步实验

针对航空领域对大气压力的测量需求,基于光纤法珀传感和低相干干涉技术,搭建了光纤法珀多通道压力传感系统。介绍了系统解调算法及工作原理,对光纤法珀压力传感器的标定和温度补偿方法进行理论分析,将非恒温条件下的传感器拟合误差降低至0.134% F.S.。在风洞环境中,在侧滑角-4~4变化范围内,对飞机实体模型的三个监测点进行压力测量实验,并将压力测量结果与Ansys-Fluent软件模拟仿真结果做对比。结果显示,光纤法珀压力传感系统与模拟仿真数据变化趋势相同,全量程误差为0.38% F.S.,证明此系统能够提供可靠的压力数据,真实反映飞机模型被监测位置在风洞中的受力情况。     

炸弹投放模型的建立与数值模拟

数值模拟方法是研究机弹分离问题的一种高效且经济的手段,它为研究炸弹与载机的安全分离、气动干扰等问题提供了参考依据.应用计算流体动力学软件FLUENT的二次开发功能和RNG k-ε湍流模型建立了投弹流场数值模拟和弹道仿真相结合的炸弹投放仿真模型;运用动网格技术更新投放物与载机发生相对运动而导致的计算域变化;将整个流场的解...