基于测量预估高速弹丸随动摄影方法研究

提出了一种的弹丸姿态进行实时跟踪拍摄的新方法,能够解决对高速弹丸飞行姿态的实时随动拍摄问题。通过高速线阵CCD阵列预测弹丸的运动信息,利用分光镜和高速面阵CCD组成图像位置检测系统来实时校正反射镜扫描速率,实时获得清晰的炮弹等高速目标的运动姿态,跟踪拍摄范围可达到100～200m。并着重对拍摄系统的组成和拍摄方法作了研究,对拍摄误差做了一定的分析并进行了数值仿真研究。该方法对研究弹丸的飞行和尾翼张开、发动机点火控制等问题的研究有重要意义。     

数字式相机在靶场中的测试研究

在国防科技研究领域，爆炸、燃烧、穿甲、弹道、飞行姿态等的研究都离不开高速摄影。近年来数字式高速相机的研制成功为兵器测试技术提供了一种得力的工具，其技术性能，已逐步取代了胶片式相机在试验中的运用。在兵器研究过程中，它是对弹体的飞行姿态和速度测试不可缺少的一个重要手段．它将炮弹瞬息即逝碰靶前后的高速现象进行“冻结”，进行真实的记录和“再现”，以供事后进行深入细致的分析．获取重要的试验参数。     

弹体飞行过程中攻角测量的图像处理技术

飞行弹体的弹速、攻角和飞行轨迹等运动参数是研究弹体飞行姿态的重要数据,通过对飞行弹体的序列数字图像研究,利用焊缝边缘提取中用到的分形理论和快速模糊边缘检测算法等数字图像处理技术测量出了弹体飞行过程中的攻角.     

空中飞行目标的三维姿态参数测量

在航天测控靶场中,空中飞行器三维姿态测量具有不可替代的作用。利用数字摄影测量的严密理论和计算机视觉的前沿成果,提出利用光电经纬仪拍摄的序列影像确定飞行器三维空间姿态的方案,改变以往将飞行目标当作质点处理,无法获取飞行目标三维姿态参数的现状,充分利用光测图像中的姿态和形状信息,通过建立经纬仪摄像机模拟成像系统,实现飞行器目标的姿态预测。     

基于面阵CCD的激光高速摄影技术在弹道测试中的应用

为了验证由高分辨率CCD像机和脉冲激光器组成的激光高速摄影系统的性能,通过对高速飞行弹丸进行弹道测试,用相互正交的照相方式,拍摄到了弹丸的姿态图像,并由此计算出弹丸的飞行速度和空间姿态角,其中速度的测试精度达到了0.1%.此结果表明:本系统结构简单,测试精度高.     

四旋翼姿态检测及数据处理系统优化设计

姿态角作为四旋翼飞行器重要飞控参数,对稳定飞行起着至关重要作用.针对姿态的检测问题,搭建了以STM32F407VG、MPU6050和AK8975组成的姿态检测系统.采取四元数法描述飞行器姿态,通过共轭梯度法对加速度计和电子罗盘测量数据做最优处理,得出的数据融合参数修正陀螺仪累积漂移误差,从而达到最佳融合效果.结果表明该检测及数据处理系统简单可靠,性能稳定,计算量小,能够满足四旋翼飞行器对精度和实时性的要求.     

基于强跟踪滤波器的滚转弹姿态估计

给出一种基于强跟踪滤波器( STF)的滚转弹飞行姿态获取方法。为了得到试验弹的飞行姿态,使用一个双轴角速率陀螺构成滚转弹飞行姿态遥测系统,利用STF滤波器对遥测数据进行处理,以重构弹体飞行姿态,为进一步的弹体飞行动力学分析及制导系统的效能分析提供依据。利用低速滚转弹姿态运动模型,导出一组基于多重次优渐消因子扩展Kalman滤波器(SFEKF)的迭代滤波方程。由于SFEKF对模型参数失配的鲁棒性及对状态变化较强的跟踪能力,改善了算法的姿态估计精度。仿真计算结果验证了算法的有效性。     

模拟爆炸成形弹丸对大间隔靶的侵彻实验研究

为考察爆炸成形弹丸(EFP)的飞行特性及侵彻威力，用火炮发射长径比为1．5的钢EFP模拟弹丸，其着靶速度在1300m/s左右。对大间隔的多层A3薄钢靶板进行侵彻，利用高速摄影了EFP在靶间飞行姿态变化，对其侵彻过程及机理进行了分析，实验结果和分析表明，所设计的EFP具有较为理想的飞行稳定性，对多层间隔靶的侵彻能力强，为设计攻击舰艇等装甲目标的战斗部提供了较重要的参数。     

制导炮弹末端弹道空中姿态遥测方法研究

介绍了利用摄影测量学的方法对末制导炮弹末端弹道上的飞行姿态进行遥测的方法：在目标区布置3～10个均匀分布的控制点,当炮弹飞至目标区上空后抛掉鼻锥,将目标区图像通过图像发射机传回到地面,地面接收到传回的图像后根据图像上分布的控制点坐标信息,利用单像空间后方交汇法解算出炮弹当前时刻的空中姿态参数;进而综合所得到信息,推导出该型制导炮弹末端弹道上的运动规律。     

基于平方根无迹滤波的滚转弹姿态估计

给出一种基于平方根无迹卡尔曼滤波器(SR-UKF)的滚转弹飞行姿态获取方法.使用一个双轴角速率陀螺构成滚转弹飞行姿态遥测系统,利用SR-UKF对遥测数据进行处理,以重构弹体飞行姿态.针对低速滚转弹姿态运动模型的强非线性,运用SR-UKF算法进行姿态运动估计,避免了扩展卡尔曼滤波(EKF)产生的线性化误差.运用低速滚转弹姿态运动模型,导出了一组基于SR-UKF的迭代滤波方程.将基于SR-UKF算法与EKF及UKF的估计结果进行了对比,仿真结果验证了算法的有效性.     

基于Sobol和EFAST法的枪弹转动角速度全局灵敏度仿真分析

为开展外弹道测试、动力学特性研究等需要，经常在枪弹外部安装各种用于飞行状态测量的装置。由于枪弹在发射及飞行中的状态受到各种随机因素的干扰，直接影响测量输出。为更好地开展试验设计及相关数据处理工作，采用姿态测量装置测量枪弹转动角速度的方案，以5自由度刚体弹道方程组为基础，采用基于蒙特卡洛打靶的Sobol全局灵敏度分析方法和傅里叶幅值灵敏度检验扩展法（EFAST），就姿态测量的输出对初速跳动、起始扰动等因素的敏感程度开展定量研究。定量分析结果表明：1)初速和初始攻角对姿态测量装置沿弹体径向的输出影响较大，初速对姿态测量装置轴向输出的影响较大；2)Sobol法和EFAST法均可定量分析参数对输出变量的贡献率，但EFAST法的计算更为稳健、高效。     

引入角加速度测量的柔性飞行器姿态控制方法

讨论大气层外细长型柔性飞行器的姿态控制问题,该问题的本质是在测量器件附加柔性影响的情况下控制刚体姿态跟踪指令。提出动态面姿态控制方法,以实现姿态指令跟踪。建立柔性形变的2阶动态模型,结合刚体角速度与柔性形变的关系建立非线性模型并设计卡尔曼滤波器。针对轨控发动机质心偏移等因素产生的干扰力矩,引入角加速度计的测量,经过陷波滤波器处理后得到各轴向的估计力矩,将其作为卡尔曼滤波器的输入。仿真结果表明,对于柔性飞行器,采用所提出的状态估计及控制方法,可以保证姿态跟踪误差在0.5°以内。     

基于单目视觉的制导炮弹位姿参数测量方法

为了给制导炮弹末端弹道的精确控制提供有效依据,根据弹丸飞行弹道特性,借鉴计算机单目视觉技术和摄影测量方法,提出了一种基于四元数的炮弹位姿参数测量的新方法.该方法通过分析摄像机采集的目标区图像序列,利用4个已知空间坐标的非共面控制点,建立过渡坐标系,分两步来计算炮弹的空间位置和姿态参数.仿真结果表明,测量误差随着相对距离减小而收敛.提出的新方法可以精确测量炮弹的位姿参数,作为构建弹道控制模型的基础.     

基于嵌套网格的超声速子母弹分离数值分析

为研究超声速下子母弹分离流场和气动特性,采用嵌套网格技术和有限体积法离散求解三维黏性可压缩流的Navier-Stokes方程,同时建立6自由度刚体的运动学方程与动力学方程。将6自由度刚体运动与计算流体力学耦合,数值模拟超声速下子母弹分离过程,研究子母弹分离过程的流场特性和子弹初始分离状态（如子母弹初始分离时子弹飞行速度及其初始姿态角等）对其分离过程的影响。结果表明：嵌套网格技术可以很好地模拟超声速下子母弹分离的复杂干扰流场;超声速条件下,子弹脱开母弹时的飞行速度和子母弹初始分离速度越大,分离攻角越小,各个弹体之间可以更安全快速地分离。     

炮弹飞行运动状态的全局灵敏度分析

出于外弹道测试或导航控制等需要,常在炮弹上安装各种用于飞行状态测量的装置。由于炮弹在发射及飞行中的状态受到各种随机因素的干扰,直接影响弹载测量装置的输出。为了更好地开展试验设计及相关数据处理工作,采用三轴陀螺仪测量炮弹转动角速度、三轴加速度计测量弹丸加速度、磁力计测量炮弹姿态角的方案,以五自由度刚体弹道方程组为基础,采用基于蒙特卡洛打靶的Sobol’全局灵敏度分析方法,就3种传感器的输出对初速跳动、起始扰动等因素的敏感程度开展定量研究。定量分析结果表明,初始偏航角速率和初始俯仰角速率对陀螺仪沿弹体径向的输出、加速度计沿弹体径向的输出和磁力计轴向输出的影响较大,初速对陀螺仪轴向输出和磁力计沿弹体径向的输出的影响较大,阻力系数对加速度计轴向输出的影响较大。     

基于随机森林的HRGV滑翔段飞行状态识别

针对临近空间高超声速再入滑翔飞行器(Hypersonic Reentry-Glide Vehicle,HRGV)滑翔段飞行状态识别问题,提出了一种基于随机森林的识别方法。首先将目标的飞行状态分为6类,通过运动方程生成具有代表性的飞行数据;其次分析了目标运动特性,利用运动参数构造特征属性并对其进行处理和筛选,得到最终样本数据。为实现雷达跟踪轨迹的飞行状态识别,将雷达跟踪数据进行平滑处理,经坐标变换后得到运动参数估计结果,并用训练好的分类器识别目标的飞行状态。试验结果表明,所设计的随机森林分类器识别精度较高,但当运动参数的估计存在误差时,识别精度会有一定程度的下降。     

基于XML的航天飞行概念模型

航天飞行过程概念模型(CMSF),基于XML技术以数据为核心的建模思路建立,并将飞行主体与测控设备行为分离开.建模时,在CMSF中增加轨道数据模块将飞行主体与测控行为动态相联系.实例通过起飞、测控设备搜索获得目标、目标跟踪、数据交互、测控设备接力、入轨等航天活动验证了该模型结构的正确性.     

基于弹道精确测量的射表编拟方法研究

射表试验弹药消耗大、试验周期长是长期存在的问题。针对此问题,根据刚体弹道理论,建立了弹箭六自由度弹道微分方程。开展了飞行诸元关于各气动参数的灵敏度分析,通过仿真计算,对弹箭气动参数准确辨识方法和全弹道符合计算方法进行了研究,初步形成了基于弹道精确测量的射表编拟新方法。仿真结果表明,新方法能够较准确辨识出弹箭气动参数,计算弹道与实际弹道一致性更好,更能反映弹箭的真实飞行状态。研究成果为改变射表试验消耗大、周期长的问题,进一步提高射表精度和射表编拟技术奠定了理论基础。     

基于无迹变换的协同探测与速度方向控制制导律一体化设计

飞行器协同探测相比于单飞行器探测具有精度更高、抗干扰能力更强的优势。传统制导控制设计过程中通常将目标定位跟踪和制导算法进行解耦设计,但实际上制导算法需要实时估计的目标位置等参数作为输入,而制导算法也会影响目标跟踪状态和测量方程的构建以及观测条件,两者存在较高的耦合度。解耦分别设计会造成一定的信息缺失,降低估计和制导精度。针对这一问题,本文构建了一种基于无迹变换的协同探测与制导一体化设计方法,一方面将协同探测目标定位算法引入制导律中,利用融合的目标位置估计均值和方差作为制导算法的输入,将制导过程作为一个随机矢量的非线性传播过程,利用无迹变换获取飞行控制角的均值和方差。仿真实验验证了该方法与传统的速度方向控制滤波算法定位相比,既能提升探测精度,同时满足较低的过载,较好地对飞行器的速度方向和姿态进行控制。