便携式舰船振动监测系统设计与实现

针对武器系统在海上存储、运输和作战使用时舰船振动参数测量的问题,设计并实现了一套便携式舰船振动监测系统。该系统基于PC-104总线设计,计算存储能力强,精度高,集成了高精度传感器,通过主机、传感器、电池分离的设计具备了较强的便携性,适合舰船监测环境。试验数据表明,系统可以有效采集装备全寿命周期的振动参数信息,对舰载武器装备寿命评估、健康管理、故障预测等有重要意义。     

光学遥感器光机结构热变形的高精度测量

空间光学遥感器光机结构在复杂的空间轨道热环境中会产生热变形,影响探测精度.为解决光学遥感器光机结构热变形测量问题,本文提出了基于数字摄影测量和光纤光栅传感的热变形组合监测方法;建立了具有热解耦功能的光纤光栅布局方法和变形测量模型算法,理论分析了光纤光栅光谱变化与应变、温度的关系,采用实验方法标定光纤光栅应变传感器和温度...     

大型飞机风洞试验的三维视频动态变形测量方法和实验研究

正项目负责人:梁晋(E-mail:liangjin@mail.xjtu.edu.cn)依托单位:西安交通大学项目批准号:509752191.项目简介大型飞机模型在风洞试验时变形很大,需要精确测量其三维变形数据。本项目采用三维视频动态变形测量方法,在风洞试验时采用多组相机(两个相机为一组)高速拍摄模型多个部位的视频图像,计算飞机模型关键点各个时刻的三维坐标,从而计算出模型关键点的位移变化和变形数据。项目通过风洞现场试验和分析,获取风洞试验对测量精度的影响规律,建立测量误差模型。研究风洞变形测量的光束平差捆绑调整的模型和算法,实现多相机多时刻的三维变形测量,大大提高风洞试验的     

基于分布式光纤传感器的管道受弯变形监测试验研究

科学合理的管道安全监测技术对管道工程运行具有重要意义,开展了基于分布式光纤传感技术的管道受弯变形监测试验研究。针对现有分布式光纤变形计算方法的不足,提出了分布式光纤监测管道受弯变形计算方法,编写了基于MATLAB的分布式光纤管道受弯变形计算程序。研究结果表明,基于分布式光纤传感技术的管道受弯变形监测方法整体测量精度较高,在变形量小于180 mm范围内时绝对误差小于4 mm,平均相对误差在2%以内;当变形量较大时,绝对误差随之增大,但是平均相对误差在3. 2%以下。初步开展了基于分布式光纤传感技术的管道受力分析,结果表明模拟所得管道剪力模式与理论模式以及实际情况较为吻合。基于分布式光纤传感技术的受弯变形监测方法测量精度较高,误差较小,能够满足管道受弯变形监测要求,具有较好的应用前景,是一种理想的变形监测技术,同时该方法也能拓展应用到管道受力等其他安全分析中。     

基于线结构光的三维垂线位移测量方法

垂线测量法是观测大坝变形位移的一种简便而有效的方法,在实际大坝变形监测中得到广泛应用。 针对现有垂线坐标 仪大多只能测量垂线二维位移且结构复杂的问题,本文提出了一种基于线结构光的三维垂线测量方法。 基于垂线测量中垂线 方向不变,利用线结构光测量原理实现垂线三维位移测量。 首先,本文采用线结构光测量获取垂线二维位移,然后基于垂线上 固定标志点的成像光线和垂线相交于一点的事实,综合垂线二维测量结果和通过相机内参数恢复的固定标志点成像光线方程, 实现垂线三维位移测量。 实验结果表明,本方法在水平面内 Y 方向上的位移测量精度为±0. 1 mm,在水平面内 X 方向和竖直 Z 方向上的位移测量精度达到±0. 05 mm,测量范围为 0~ 80 mm。 相较目前垂线位移测量方法,本文方法垂线位移测量精度和测 量范围更高,且测量结构简单。     

基于曲面变形技术的数据融合方法研究

逆向工程中单一的数据测量方法要么存在测量效率低,要么存在测量精度差等缺陷,其数据测量方法越来越难以满足高效率和高精度的逆向建模要求,因此对多种测量数据进行融合的逆向工程CAD方法已受到研究者的重视。论述了基于能量优化法的曲面变形原理,利用ThinkDesign软件的曲面变形功能特点,结合逆向工程中的接触式和非接触式测量设备的测量数据,提出了基于曲面变形技术的测量数据融合方法,并给出了实例。最后通过Geomagic Qualify软件验证表明此数据融合方法是有效的。     

输电塔架承载变形的三维光学测量

考虑输电塔架结构复杂,需要做承载变形真型实验来检测塔架实际承载能力的问题,本文提出了一种三维全场变形光学测量方法来解决塔架真型试验中存在的大尺寸、大变形、多测点、三维变形、塔架承载形态保持时间短等测量难点.该方法基于工业近景摄影测量技术重建单个状态下塔架测点的三维结构,利用具有身份信息的人工标志点来实现不同状态测量结果的对齐.通过跟踪固定在塔架上的变形点,计算相应部位的位移来获取真型塔架在不同负载下的整体变形.精度评估实验表明,提出的方法测量精度优于0.1 mm/4 m;真型实验显示,测量结果能够为塔架结构力学性能分析和改进塔架设计提供有价值的参考数据.该方法具有现场工作量小、不干扰测量对象、量程弹性大等优点,能够满足各型塔架三维变形测量对效率和精度的要求.     

基于数字全息技术的变形测量

全息技术在测量、防伪中有大量应用.数字全息技术采用数字记录和计算机处理,实现测量的方法上有其特点.本文重点对数字全息技术实现变形测量的方法和具体算法开展了研究.论文首先总结了数字全息技术应用中的基本问题,包括数字全息算法问题和噪声抑制问题等.叙述了基于数字全息技术的变形测量基本思想,及相位恢复算法,同时分析了几种变形测量的实现方法,并提出了"2+2"步变形测量方法.该方法相对于"1+1"步变形测量方法,提高了测量精度,同时比"4+4"步变形测量法提高了动态性.本文建立了实验系统,获得了硬币的数字全息图,实现了常用的"1+1"步变形测量方法、相移算法的变形测量方法以及"2+2"步变形测量方法,给出了"2+2"变形测量的实验结果.实验结果表明在数字全息技术中结合相移技术进行测量,可以提高物波再现精度,进而提高变形等的测量精度.     

高速高精垂线坐标仪

为了准确、快速地对大坝的变形进行测量,设计了一种基于引张线测量方法的大坝变形测量仪器,该仪器采用激光发射接收进行位置检测,使用光栅尺进行距离测量.文章首先对仪器测量原理进行介绍分析,详细介绍仪器的机械结构设计方案和控制系统设计方案,给出了仪器样机的测试方法和测试结果.结果表明,仪器能准确快速地进行测量,并且能够实现大坝变形测量的自动化和网络化.     

空间测量定位网络的典型布局

空间测量定位系统在多站协同作用下实现测量,测站布局对系统测量精度、测量范围及使用成本影响很大.本文从wMPS网络布局和定位误差的关系入手,重点研究了测站分布几何对定位误差的影响.首先,建立了系统的定位误差模型,分析了测站单向通讯几何约束以及测站数目对改善测量精度的影响;然后,设计了两到四测站的多种典型布局形式,分析了典型布局的误差分布特性;最后,利用实验室样机对典型布局的误差特性进行了验证.实验结果表明,O_4型布局整体测量精度最高,L_3型布局对I_2型布局测量精度的增强幅度约为40％,O_4型布局对L_3型布局测量精度的提高幅度大部分处于20％以内.本文的研究为全局测量网络优化提供了有效的理论支撑.     

印度洋季风观测船载气象站控制系统设计

船载气象站是通过船舶的走航获得实时、准确气象数据的一种主要设备。用于科考工作的船载气象站不但要求其机械结构在恶劣环境下安全可靠,更是对其数据采集与控制系统的采样种类、精度及数据处理与传输能力有极高要求。为了获得更多印度洋热带季风爆发过程中的气象数据,从而能更好地研究印度洋热带季风爆发原因及其海气相互作用过程,文章基于DT80数据采集器设计了一款适用于恶劣海况下工作的高精度多气象参数采样与控制系统。对其主要传感器进行选型及标定,并完成其控制系统硬件设计。文章重点研究各传感器采样特性及其数据处理方法,以获得可靠的长短波辐射、湿度、气温、海表皮温等气象参数,并对船载气象站真风计算方法作了初步研究。基于上述研究,编写完成控制系统软件。整套船载气象站数据采集控制系统被应用于为期半个月的印度洋MOMSEI航次实测中。对所得数据处理分析发现,该船载气象站所测气象参数与真实情况吻合,证明本系统的软硬件设计尤其是气象数据处理算法符合项目要求。     

Modeling and analysis of landing collision dynamics for a shipborne helicopter

A Lagrange dynamic model is established based on small-angle approximation to improve the simulation model for shipborne helicopter landing collision. To describe fuselage motion effectively, the proposed model considers ship motion, the interaction of the tires with the deck, and tire slippage. A mechanism of sliding motion is built, and a real-time reliability analysis of the algorithm is implemented to validate the proposed model. Numerical simulations are also conducted under different operation conditions. Results show that the proposed dynamic model can simulate the collision motion of helicopter landing in real time. Several suggestions for helicopter pilot landing are likewise provided.     

甲板上浪船舶的横摇运动

应用数值方法研究甲板上浪时船舶的横摇运动特性。基于修正的伯努利方程,建立了船舶甲板上浪水量的计算模型。根据甲板上浪水的不同横截面形状,推导了甲板上浪水重心及上浪水高度的计算公式。考虑甲板上浪水引起的横倾力矩,建立了规则波浪中船舶的横摇运动方程。以一条艉滑道拖网渔船为例,计算了在不同初始甲板积水量、波浪频率和波浪激励幅值时船舶的横摇响应,分析了甲板上浪对船舶横摇运动的影响。研究结果表明,在初始积水量大于零、波浪激励频率较低时,甲板上浪使船舶的横摇幅值大幅增加。     

航天测量船船体变形数据处理方法[中文稿]

为了克服船体变形对航天测量船船载设备外测数据的影响,须对船载设备外测数据进行船体变形修正,为此建立船体变形修正数学模型。从航天测量船船体变形测量系统的基本构成、测量原理和测量元素入手,建立变形测量坐标系,讨论变形测量角与欧拉角的关系,详细推导船体变形数据处理计算公式,给出变形数据处理数学模型。工程应用结果表明：船体变形对飞行器初轨半长轴a的影响是比较大的,对于近地近圆轨道,影响是几百米的量级,最大达到800～900m,而对于大椭圆轨道,影响则达到20多km,经船体变形修正后可以消除这项影响。建立的变形修正数学模型反映了船体变形的客观规律,能有效消除其对船载设备外测数据的影响,提高测量船外测数据处理的精度。     

航天测量船船体变形的数据处理

为了克服船体变形对航天测量船船载设备外测数据的影响,需对船载设备外测数据进行船体变形修正,为此建立了船体变形修正数学模型.从航天测量船船体变形测量系统的基本构成、测量原理和测量元素入手,建立变形测量坐标系,讨论变形测量角与欧拉角的关系,详细推导了船体变形数据处理计算公式,给出了变形数据处理的数学模型.工程应用结果表明:船体变形对飞行器初轨半长轴a的影响比较大,对于近地近圆轨道,影响值是几百米的量级,最大达到800～900 m,而对于大椭圆轨道,影响值则达20 km,经船体变形修正后可以消除这项影响.建立的变形修正数学模型反映了船体变形的客观规律,能有效消除船体变形对船载设备外测数据的影响,提高测量船外测数据处理的精度.     

基于高精度星敏感器的船载雷达海上精度鉴定

航天测量船海上航行时主要通过精度校飞进行雷达精度鉴定,针对其周期长、耗费大和组织协调困难的缺点,提出了一种采用高精度星敏感器与雷达捷联跟踪测量空间目标进行海上精度鉴定的方法。雷达在跟踪空间目标的同时,星敏感器实时拍摄天线指向附近星图。首先,星敏感器利用雷达输出的编码器角度计算视轴的初始指向,通过快速星图识别和目标定位获取天线地心坐标系精确指向;然后,经坐标变换到地平系,根据蒙气差模型修正地平系俯仰角,再经过船摇修正转换到甲板坐标系;最后,进行轴系误差及脱靶量修正,实现雷达指向精度鉴定。试验结果表明:利用该方法测量的船载雷达相对于星敏感器方位、俯仰随机残差优于50″,满足雷达精度鉴定要求,证明该方法的可行性。     

Application of unscented R–T–S smoothing based on novel mathematical model in SINS/GPS integrated system post processing

The integrated system of Strapdown Inertial Navigation System (SINS) and Global Positioning System (GPS) has become widely-applied equipment in airborne remote sensing for getting the motion information. For the SINS/GPS integration used estimation theory, the mathematical model plays an important role in the optimal estimation of state. In this paper, the main factors that affect the precision of SINS/GPS integrated estimation in IMU calibration errors are considered and a novel nonlinear mathematical model is proposed. An unscented Rauch–Tung–Striebel smoother (URTSS) is implemented based on this model, and Monto Carlo simulation and flight test with a loaded SINS/GPS integrated system are conducted to verify the performance of this model. The comparison results indicate that the proposed nonlinear model can effectively improve the attitude estimate precision.     

基于GSM与ARM的船用设备远程监控系统

基于全球移动通信系统GSM的成熟通信技术,采用相关通信模块与ARM处理器相配合,使用MDK软件进行程序编写,完成了船用设备工作参数与故障信息的收集、打包以及发送工作。基于VC++语言所编写的信息处理与监控界面,使监控人员可以通过屏幕上的指示灯和提示信息,对设备的工作参数、故障问题加以掌控,提高了船舶智能化管理的水平。     

One new onboard calibration scheme for gimbaled IMU

In most cases, a gimbaled inertial measurement unit (IMU) can provide more accurate navigation information than a strap-down IMU when there is no navigation aiding of global positioning system (GPS) or other equipments. The gimbaled IMU is still used in self-contained precision navigation systems such as launch vehicles, missiles and vessels.     

靶载雷达遥控分系统的设计与实现

海上武器试验时,靶船上的测控系统工作是通过陆上远程遥控实现的。介绍了靶载测量雷达遥控分系统的设计思路和具体实现方法。经过海上试验验证。该遥控分系统操作方便,遥控功能准确可靠,达到了预期目的。