超短基线声学定位系统安装误差精确校准

超短基线由于其小尺寸和使用方便而被广泛应用于海洋开发中.超短基线在安装时无法保证其声学换能器基阵的方位系统与载体的方位系统完全重合,从而引入了系统的安装误差.对高精度定位而言,该误差是不容忽略的.利用锚于水底的声学应答器地理位置不随洋流及测量载体的变化而变化的特点,借助外接的高精度GPS和姿态传感器的信息用最小二乘的方法对其安装误差进行校准.理论分析和试验结果证明,该方法有效地解决了安装误差问题,海试结果表明经过安装误差校准后系统的定位精度可达到斜距的5‰,满足系统要求.     

磁传感器阵列安装误差标定与补偿

针对实际工程应用中磁通门传感器与磁传感器阵列安装误差会影响磁场检测精度的问题,提出了一种能够实时有效标定及补偿安装误差角的方法.通过分析安装误差角的产生机理,建立了安装误差模型和误差修正模型,对比不同位置状态下磁传感器阵列输出的磁场三分量,得到基于三位置法求解和补偿安装误差角的方法.通过试验验证了该方法的正确性,结果表明:该方法能实时有效地标定和补偿磁通门传感器与磁传感器阵列之间的安装误差角,安装误差角标定精度在0.2°以内,相同磁场环境下磁传感器阵列输出的正反方向磁感应强度绝对值之差在100 nT以内,比未标定前提升了两个数量级,具有工程应用价值.     

非线性参数估计在超短基线安装校准中的应用

比较了各种非线性参数估计循环解法在超短基线安装误差校准中的性能,并提出一种改进算法,使用循环算法进行估计,然后使用非线性模型参数估计的一种非循环(直接)解法进行修正.构建了安装校准问题所需的观测方程;分别实现牛顿法和信赖域法、最速下降法、高斯牛顿法和改进的高斯牛顿法、循环求解观测方程等,分析各解法的性能;并与非线性模型参数估计的非循环算法进行了比较,提出循环算法和非循环算法结合的改进算法,给出算法流程,并利用海试数据处理结果验证方法的有效性.     

基于组合导航技术的管道地理坐标定位算法

针对长输管道地理坐标定位问题,提出了一种基于组合导航技术并应用管道磁标处地理信息进行分段修正的管道地理坐标定位算法.该算法基于惯导/里程仪组合导航的基本原理,应用误差模型对航迹误差进行修正.通过研究陀螺仪和里程仪的误差特性,建立了陀螺仪和里程仪的误差模型,针对低精度加速度计应用于惯性导航系统时存在速度和航迹解算误差较大的问题,提出了应用加速度信息对里程仪速度进行修正的速度解算方法.实验结果表明,算法解算所得位置误差为0.16%,可为长输管道提供三维地理坐标定位信息.     

数控机床转台位置相关几何误差的快速测量与辨识

为快速辨识数控机床转台位置相关几何误差,提出一种基于球杆仪的转台位置相关几何误差快速测量辨识方法.首先,基于齐次坐标变换建立转台位置相关几何误差模型,得到球杆仪杆长变化量与几何误差的关系;其次,设计球杆仪六次锥形安装方式,推导出误差辨识矩阵,记录球杆仪杆长变化量,快速辨识出转台位置相关几何误差,并提出一种球杆仪安装误差消除方法,有效剔除了安装误差的影响;最后,基于转台位置相关几何误差的辨识结果,对附加实验中球杆仪杆长变化量进行预测,预测精度较高;在此基础上,对转台位置相关几何误差进行补偿,补偿后的精度明显提高.结果表明:该方法可准确快速辨识出数控机床转台位置相关几何误差,对提高机床精度具有重要的意义.     

基于GPS的ADCP流速和流量精确确定方法

根据声学多普勒流速剖面仪(ADCP)流速测量原理,提出了一种基于全球定位系统(GPS)的基准替代方法,即首先利用传统ADCP测量得到的绝对流速加上底跟踪船速,从而得到相对于换能器的相对流速;然后借助GPS罗经提供的外部方位数据替代ADCP内置磁罗经数据,并重新计算相对流速;最后利用GPS实时动态定位数据计算的船速替代底跟踪船速基准,进而实现绝对流速的准确计算.实验结果表明:该方法不但增强了ADCP测量的适用性,同时也提高了流速流量测量结果的精度.此外,给出了一种不动底质下ADCP安装偏角的在航探测方法,实现了0.5°的安装偏角探测精度,实验也验证了该方法的正确性和可靠性.     

一种TAEM段结合迭代校正的轨迹快速生成算法

重复使用运载器(RLV)到达末端能量管理段(TAEM)接口处时,其位置、航迹倾角等初始状态存在大范围摄动的情况,为了使其在此情况下顺利进入自动着陆窗口,提出了一种结合迭代校正法的轨迹快速生成算法.首先根据高度与速度约束生成参考动压-高度剖面,通过跟踪此剖面实现纵向制导;通过跟踪由3个参数定义的轨迹地面投影实现侧向制导,纵向制导和侧向制导可以保证RLV的速度、航迹倾角、航迹偏角、侧向位置满足末端约束.提出的迭代校正算法可以快速确定航向校准柱的位置与最终半径这两个参数用以调整航程,从而保证末端所有状态均满足自动着陆段接口处的边界约束.仿真结果表明:该算法可以根据RLV具体的初始状态,自动选择直接或者间接进场策略,并快速生成可行的参考轨迹,轨迹生成时间4~12 s.该算法使用的数值方法非常成熟与稳定,易于工程实现;与航天飞机的策略相比,该算法不依赖离线计算并存储的若干参考轨迹,可根据当时的状态自主生成新的参考轨迹.仿真结果验证了算法的快速性、鲁棒性与实用性.     

一种液压式测力仪的研制

冲压设备的冲模速度一般难以调节到任意低速,导致其力值难以进行现场或在线校准。采用变被动测量为主动测量的技术方案,研制出一种液压式测力仪,解决了对该类设备力值的校准难题。经测试,所研制的测力仪的主要技术指标符合0.3级的要求。     

弹丸质心偏心测试设备的标定与校准方法研究

质心偏心对弹丸的飞行稳定性有着较大的影响.为测量弹丸的质心偏心量化特征量参数,研究出了弹丸质心偏心测试设备.该设备属于非标设备,需要一套完备的标定与检验方法.本研究通过使用标准样柱的方法,对三点式质心偏心测试设备的质心传感器距离L、偏心传感器距离Le、传感器系数以及传感器与测量基准面L1值进行了标定与校准.在系统误差存在的条件下,本研究所提出的方法的质心误差和偏心误差均远小于设备精度,可准确的为三点式质心偏心设备进行标定与校准.     

用GPS进行空速校准的试飞方法

飞机上的空速系统依赖于对外界静压和总压的精密测量.在无扰动自由流中,当静压管与流线平行时,可给出真实读数.然而如果把静压管连接到飞机上,在飞行中,飞机静压管周围就会产生一个压强,飞机总压和静压读数会受到飞机压力场和流场的影响而产生误差.由于误差的大小和符号是静压管在飞机上所处位置的函数,所以需要通过试飞,确定飞机空速系统的位置误差.常用的确定飞机空速系统位置误差的方法有:拖曳弹法、拖曳锥法、速度历程法、GPS法、标准机法、塔测飞行法等.本文主要描述用GPS方法进行空速校准飞行试验的试飞方法.     

星敏与磁力仪间安装矩阵的一种地面标定方法

为了在地面准确标定卫星地磁测量系统中的磁力仪与星敏感器间的安装矩阵,设计了基于单轴无磁转台的标定系统,该系统由无磁转台、地磁场监测设备等组成.首先分析了系统中的误差源,建立了相应的坐标系进行误差传递,结合磁力仪的误差模型得到磁力仪的输出方程.据此提出了一种利用单轴立式无磁转台标定安装矩阵的方法.该方法采用谐波分析法辨识出磁力仪的输出方程中各误差系数,并得到了初始位置下磁力仪坐标系在地理坐标系下的姿态,通过星敏感器观星确定星敏感器坐标系在惯性空间的姿态,并根据当地经纬度与格林尼治恒星时,得出了初始位置下星敏感器坐标系在地理坐标系的姿态.最后以地理坐标系为桥梁,解算出了磁力仪与星敏感器之间的安装矩阵.结合Monte Carlo方法和不确定度合成公式对该方法进行仿真试验与误差分析,研究结果表明,在磁力仪观测误差为1 nT,星敏感器测量精度为1SymbolrB@下的安装矩阵各个元素不确定度在1.14×10~(-5) rad以内,验证了标定方法的正确性.     

无人机磁罗盘校准与航向解算实验系统设计与实现

针对无人机磁罗盘校准和航向解算缺乏专用实验系统问题,依据磁罗盘校准与航向解算相关理论,设计了以单片机为核心的实验系统.该实验系统使用永磁体模拟磁干扰,实现了磁场的采集、存储和显示;采用最小二乘法处理磁场数据,解算出硬磁干扰系数;利用姿态传感器,获取俯仰角、滚转角,以辅助无人机空中任意姿态飞行时航向的解算.经测试,该实验系统符合精度要求且易于使用.     

5G相控阵近场多探头OTA校准

为解决1.8~6.0 GHz频段内5G相控阵的大批量、快速、高效的幅相校准,该文提出一种新型近场多探头空口幅相校准方法。该方法先用多探头阵列,从校准阵获取基准的校准参数,然后利用校准阵近/远场之间的传递函数关系,对待测阵各通道进行幅相校准。文中分析了校准误差的来源与影响,并用4×4多探头近场测量阵列,研制出了测试系统,对方法的可行性与准确性进行了实测验证。仿真与实测结果表明,幅度校准误差在±0.5 dB之内、相位校准误差在±5°之内。相比已有空口校准系统,该系统体积更小、效率更高,校准精度与远场校准基本相当,展现出对大批量小型5G相控阵进行产线快速幅相校准的能力。     

基于相对精度指标的机器人运动学校准

针对工业机器人在激光切割、弧焊等应用领域对相对精度的指标要求,结合鲁棒的极小极大优化理论,提出基于相对精度指标的运动学结构参数校准方法. 通过最小化3个靶球对应的最差相对定位误差,保障前、后两位型间的相对定向精度,构建包含约束的非线性优化问题;使用二次序列规划方法对原问题进行近似,通过主二元子梯度算法在满足不等式约束的条件下快速搜索局部最优解,实现对由于部件制造和装配等环节引入机器人结构参数误差的辨识. 进行补偿并精度验证后的实验结果表明,六轴机器人IRB2600的相对定位及定向精度分别提升了67.98%和24.32%,七轴机器人IRB14000分别提升了90.61%和74.61%.     

汽流偏角对蒸汽湿度测量的误差分析

为了准确研究汽流偏角对湿度测量误差的影响,采用计算流体力学软件FLUENT模拟分析了一定排汽压力和颗粒尺寸下,不同蒸汽流速和汽流偏角对测量误差的影响。结果表明:当汽流偏角较小时,测量误差受蒸汽流速的影响较小,受汽流偏角的影响较大,测量误差小;当偏角较大时,误差不仅与汽流偏角有关,而且受蒸汽流速的影响明显,测量误差偏大。减小谐振腔的安装偏角,能有效减小湿度测量的误差;汽轮机处于变工况运行时,通过进行测量误差修正,能使湿度测量达到较高的精度。     

基于大气数据棒系统和最小二乘的迎角校准试飞

本文介绍了某改型飞机迎角校准的方法;通过理论分析,并选择在飞机上安装大气数据棒,设计了迎角校准的试飞方法;在此基础上对该型机001架进行了相关的飞行试验,并利用最小二乘法对迎角校准的试飞数据进行处理,得到该型机的迎角校准曲线.     

阵列天线相位中心的校准方法及误差分析

为精确标定阵列天线的相位中心,提出一种校准阵列天线相位中心的方法.首先推导出阵列天线相位方向函数与天线位置偏移量的关系式,再根据阵列天线相位中心的定义和校准步骤,运用最小二乘法计算出相位中心的精确值,并对提出的校准方法进行了模拟实验验证.实验证明该校准方法可以有效地计算出阵列天线相位中心的位置.对计算结果的误差分析表明,较宽的阵列天线波束宽度和较高的相位测量精度都可以提高相位中心的校准精度.     

航天器间相对状态光学测量系统焦距动态校准

提出了一种航天器间相对状态光学测量系统焦距的动态校准方法。利用恒星相对于观测点的方位角和高低角实现对焦距的动态校准。介绍了焦距校准方法,推导了夹角测量公式、焦距校准公式、方位角和高低角测量公式。以大犬星座α星为目标星,利用地面原型试验系统对校准方法的正确性及可行性进行了验证。结果表明,用该方法对焦距校准后,航天器间相对状态测量系统对角度的测量精度有大幅度提高。     

航迹预测的多无人机任务规划方法

为提高无人机自主控制性能,实现任务分配与航迹规划整体架构,提出一种基于航迹预测的多无人机任务规划方法.首先,将禁飞区考虑为更接近真实场景的多边形模型;然后,使用改进A*航迹预测算法生成任意两个航迹点间障碍规避后的最短路径,利用该路径近似航迹航程作为任务分配过程的输入信息,建立目标函数,采用改进PSO算法求取最优结果;最后,使用B样条曲线平滑分配后的路径组合,生成无人机可飞行航迹.仿真结果表明,该方法能够以较高的计算速度和精度生成近似最优的任务分配结果和满足飞行约束的平滑航迹.     

超短基线纯方位定位的目标搜索航迹规划

超短基线纯方位定位可在缺乏斜距信息的条件下实现对声信标的定位,以实现对丢失声信标的打捞.针对该方法定位误差与测量船航迹有关的问题,探讨了对搜索航迹的规划,以在保证定位精度的条件下提高搜索效率.从两测点纯方位定位模型出发,分析了纯方位定位算法定位误差的空间分布情况,确定了此方法的定位高精度区域.据此分别研究了采用直线航迹与圆弧航迹进行定位的误差特点,将两者的定位性能进行比对后,得出在相同误差条件下圆弧航迹定位精度优于直线航迹的结论,并通过计算机仿真与外场实验进行了验证.最后结合分析结果与两种航迹的大范围搜索效率规划出采用“直线-圆弧”航迹联合搜索定位丢失信标的方案.