基于姿态反馈实现过载跟踪的飞行器控制方法

针对依靠气动力提供控制力和控制力矩的飞行器,在构建俯仰-偏航通道非线性数学模型的基础上,提出一种兼顾机动能力和姿态稳定性能的飞行器控制系统设计方法。基于飞行器过载与姿态的等效转换,将制导律计算的过载指令转化为姿态角指令,进而通过以姿态角反馈为主、过载补偿为辅的控制系统设计实现对过载指令的精确跟踪。通过频域相对稳定性分析,验证该方法的稳定性;通过飞行器6自由度仿真,验证该方法在各项随机误差下既能够实现制导对过载的跟踪要求,又达到对飞行器姿态进行鲁棒稳定控制的目的。研究结果表明,该方法简单可靠,具有良好的动态特性和很强的鲁棒性,已得到工程应用验证。     

对地探测单轴摄像机位置指令的计算及其实现

利用小型飞行器(MAV)探测地面目标活动时一般需采用双自由度光电稳定器.研究了利用机载单轴摄像机探测地面活动目标技术,给出了摄像机俯仰角调整指令以及飞行器航向角调整指令的计算办法.由于俯仰指令与航向指令响应速度的差异,捕获目标时两个方向很难协调同步,提出了动态位置指令的概念,并给出了具体的实现方案.仿真计算表明,在摄像机俯仰角连续调整的基础上,飞行器以一定的飞行轨迹完成航向角调整后,能完成对地面目标的有效探测.     

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。     

红外跟踪与制导系统及其发展

红外系统通过对远距离目标所发出的红外辐射进行响应来确定目标的角位置,这一过程称为红外跟踪;而识别目标并将飞行器(例如导弹等)导向目标的过程,则称为红外制导。通常,这两个过程是结合起来使用的。     

小型飞行器跟踪地面运动目标技术研究

为提高跟踪与探测的能力,研究了利用小型飞行器对地面低速运动目标的跟踪技术.通过对初始盘旋半径、初始盘旋位置以及飞机倾斜角这几个参数之间关系的分析与仿真,表明随初始相对位置的不同,最小初始盘旋半径取值在200m～500m之间不等,飞机的倾斜角就能保持在30°以下,从而有效地实现对运动目标的实时贴近跟踪与探测,仿真结果对实际系统的应用具有重要的参考价值.     

不完全量测下光电跟踪系统中冗余测角信息的攫取研究

针对由激光测距机与精密测角设备组成的光电跟踪系统,为了攫取跟踪系统的冗余测角信息以提升不完全量测下跟踪系统的估计性能,设计了基于验后置信度残差检测的联邦目标跟踪滤波器.依据物理结构将跟踪系统的位置探测通道分解为测距与测角2个探测通道,并对2个探测通道的量测数据分别进行基于验后置信度残差检测的目标状态估计.将估计结果送至...     

考虑几何约束的无人机双机编队相对姿态确定方法

针对无人机常用的领航—跟随双机编队飞行控制模式,提出了一种考虑几何约束的相对姿态确定方法。利用飞行器配备的视觉传感器,获得飞行器间及飞行器到目标的视线矢量信息,该方法不需要考虑目标的位置信息,避免了由位置偏差带来的误差。同时,给出了双机编队模式下视觉传感器的测量模型,分析了传感器量测噪声的统计特性,推导了基于几何约束的确定性相对姿态求解方法。仿真结果表明,考虑几何约束的双机编队无人机相对姿态确定方法可以有效估计出飞行器间的相对姿态,估计精度较高,能够满足无人机协同编队飞行控制需求,解决了远距离编队情况下视线矢量共面不可观测问题。     

基于人工视觉的四旋翼飞行器室内定位与控制

为提高室内四旋翼的定位精度,提出一种基于人工视觉的四旋翼室内定位方法。在地面铺设与地面颜色有差别的参考线,利用机载下视觉传感器采集图像,并进行参考线特征提取,确定参考线与机体的相对位置并与微惯性测量单元数据融合,给出四旋翼飞行器的位置。使用AR.Drone四旋翼飞行器对该方法进行了验证。结果表明:该方案能在室内实现精度较高的定位,可以满足四旋翼航迹跟踪的精度要求。     

具有角速度测量的光电跟踪系统分析

采用球坐标位置测量的传统光电跟踪系统，在充分利用模型先验信息而不增加其它测量信息的前提下，很难进一步改善目标运动参数的估计性能。在传统光电跟踪系统基础上，引入俯仰和偏航两个角速度测量装置来提高跟踪系统性能的设计思想，尚未见文献报道。本文借鉴扩展卡尔曼滤波器(EKF)思想，建立了新的测量模型，并从理论上分析了跟踪偏差的渐进性质。对原有位置测量和附加角速度测量的序贯滤波处理保证了工程实现的可行性和实时性。仿真结果表明，附加角速度测量后，光电跟踪系统收敛速度加快，估计误差均方差减小，系统跟踪性能得到全面提升。     

基于目标轴线的成像引信测距算法

针对智能弹药对地面车辆的测距问题,提出了一种基于目标轴线的成像引信测距算法。将弹目相对姿态表示为测量坐标系和目标坐标系之间的相对位置角,利用目标轴线长度和夹角的透视投影关系完成弹目距离解算。算法采用弱透视透视投影模型简化了解算过程,利用相对位置角提高了解算精度。误差分析给出了弹目距离和相对位置角对测量误差的影响。对不同相对位置角和弹目距离下的图像仿真结果表明,测距相对误差小于3%,结果稳定。     

Research on Airborne Electro-Optical Tracking and Sighting System Based on Fuzzy PID and H∞ Control

Airborne electro-optical tracking and sighting system is a three-degree-of-freedom angular position servo system which is influenced by multi-disturbance, and its control system consists of stabilizing and tracking components. Stabilizing control is applied to track angular velocity order and control multi-disturbance under airborne condition, and its robustness should be very good; tracking control is applied to compensate tracking error of angular position. A mathematical model is established by taking the control of yaw loop as example. H∞ stabilizing controller is designed by taking the advantage of H∞ control robustness and combining with Kalman filter. A fuzzy control is introduced in general PID control to design a decoupled fuzzy Smith estimating PID controller for tracking control. Simulation research shows that the control effect of airborne electro-optical tracking and sighting system based on fuzzy PID and H∞ control is good, especially when the model parameters change and the multi-disturbance exists, the system capability has little fall, but this system still can effectively track a target.     

基于专家PID的滚转导弹控制系统

针对滚转导弹俯仰和偏航通道较强的气动不确定性和运动耦合,设计了一种专家PID控制系统。建立了滚转导弹的动力学模型,并采用十字舵来控制俯仰和偏航通道,利用专家PID控制方法设计该导弹的控制系统,并在Matlab中对控制系统进行仿真。仿真结果表明:该控制器能满足良好的性能要求,具有较强的鲁棒性和自适应性,能有效应对俯仰和偏航通道产生较强气动和运动耦合。     

基于立体视觉的非合作航天器超近距离相对导航

为实现空间中无法直接获取位姿信息的非合作航天器的相对导航,在充分考虑目标星在空间中做自由翻滚的前提下,提出一种基于立体视觉的超近距离非合作航天器相对导航理论。根据相对位姿动力学模型推导其状态方程,利用立体视觉系统提供观测数据,在此基础上设计扩展卡尔曼滤波器,确定目标卫星相对于追踪星的相对位置,相对速度和角速度,从而优化和引导机械臂捕获目标航天器,并通过实例进行仿真验证。仿真结果表明:该方法对相对位置的估计精度优于0.01 m,相对姿态精度优于0.02?,能有效提高超近距离非合作航天器相对导航的精度。     

基于直线稀疏光流场的微小型无人机姿态信息估计方法研究

针对无人飞行器视觉导航系统的需求,提出一种基于直线稀疏光流场的微小型无人机姿态信息估计方法。研究了图像直线稀疏光流场的概念,并推导出该种稀疏光流场的计算方法;在直线稀疏光流场的基础上,建立了地平线投影模型,并提出一种基于直线稀疏光流场的飞行器俯仰角速度、滚转角速度和偏航角速度等姿态信息的估计方法;分别使用文中提出的直线稀疏光流场的计算方法和Horn算法对一组测试图像进行数值仿真,仿真结果显示在图像边缘附近,直线稀疏光流场的计算方法与经典的Horn算法具有相近的精度,但时间开销减小到后者的6%;使用无人机航拍图像序列对于基于直线稀疏光流场的飞行器姿态信息算法进行离线仿真,并对比同时搭载的角速度陀螺的测量结果,结果显示,使用文中所述的基于直线稀疏光流场的无人机姿态提取方法可以估计飞行器的俯仰、偏航、滚转三通道角速度信息,其最大绝对估计误差除滚转通道小于±10°/s外, 其余两通道均小于±5°/s,并对于误差产生的原因进行了进一步讨论。     

给定辐射时间限制下的雷达辐射时机最优规划研究

研究了给定辐射时间限制下的雷达辐射时机最优规划问题,以目标状态估计误差协方差的迹为优化目标函数,建立了雷达辐射时机最优规划模型,推导出了最优规划准则。研究结果表明,给定一段时间内辐射时间限制下,雷达辐射时机点越集中于该段时间终点,目标状态估计误差越小。在该准则下,提出了一种基于协方差控制的雷达实时辐射控制方法,利用预测协方差门限和滤波协方差门限对雷达的辐射进行实时控制。仿真结果表明,提出的方法能很好的控制雷达辐射对目标进行跟踪,雷达辐射时间与预测协方差门限和滤波协方差门限有关,可以根据跟踪需求设置不同参数来控制雷达辐射。得出的结论对雷达辐射控制及提高目标估计精度有一定的理论和实际意义。     

基于收敛方差跟踪的水下目标运动分析

水下目标的被动跟踪由于隐蔽性好, 有着很强的需求背景。本文提出了基于收敛方差跟踪的水下目标运动分析算法, 由于采用方位频率Kalman滤波, 可以得到速度渐近无偏估计, 利用速度估计值对目标位置初值进行线性估计, 进而估计目标运动状态, 采用该方法可以有效消除直接应用伪线性Kalman滤波算法引起的初值偏差, 仿真结果表明, 该方法对目标运动要素具有良好的估计性能。     

一种改进的机动目标跟踪算法

针对“当前”统计模型算法中加速度极限值预先设定对算法造成的不利影响，提出了一种改进的机动目标跟踪算法，即位置偏差估计自适应算法．该算法利用位置预测估计与位置估计之间的偏差对噪声方差进行自适应调整，从而避免了加速度极限值的预先设定问题，提高了机动目标的跟踪性能．仿真结果也表明了该算法的良好跟踪性能．     

机载火控雷达高重复频率线性调频测距模式目标跟踪方法研究

通过多假设的方法,把机载火控雷达高重复频率线性调频测距模式下的目标距离估计和模糊分辨问题转变为静态多模型估计和判决问题。同时给出了基于这种方法的目标跟踪脉冲重复频率的选择方法。通过仿真把本文方法和传统的跟踪方法进行了比较,结果表明,本文方法具有跟踪维持性能好、收敛快,跟踪精度高的特点。     

挖掘机反铲铲斗电液比例位置控制器设计

介绍反铲铲斗电液比例位置全闭环控制系统的构成,对挖掘机反铲铲斗电液比例位置开环控制系统广义被控对象进行建模分析。针对挖掘机反铲铲斗电液比例位置控制系统非线性及负载变化大等特点,提出一种非线性函数构造PID控制器的方法,实现系统的位置控制。分别对传统PID控制器与非线性PID控制器的电液比例位置控制进行系统仿真,仿真结果表明:采用非线性PID控制器可提高速度,减小超调,满足系统设计要求。     

雷达时差和系统误差的联合估计方法

提出一种联合估计雷达时差和系统误差的方法.该方法假设公共目标做匀速直线运动,建立了不同雷达对公共目标的探测位置差与时差和探测系统误差的关系,并以此给出了线性最小二乘法估计.针对多雷达组网的应用场景,设计了基于方差加权的估计融合算法,提高了公共目标较少情况下的联合估计性能.通过仿真验证,该联合估计算法在航迹相关算法容忍的...