基于Cortex-M4F内核的无人机载解算硬件加速技术

无人机进行飞行姿态测量解算的过程中,高采样率、较大解算量造成CPU负载过重,会影响姿态解算的实时性和准确性。针对此问题,提出一种基于Cortex-M4F内核的机载算法硬件加速技术。在分析无人机姿态解算算法特点的基础上,通过Cortex-M4F内核集成的DSP与浮点运算单元,对算法中三角函数、矩阵运算以及浮点数解算进行加速优化,并利用内核中CCM存储器代替SRAM,保证CPU数据存取时总线数据传输带宽的相对独立,实现无人机算法的高更新率与实时解算。实验结果表明,在实际机载飞行过程中进行算法的硬件加速,单周期解算时长减少至原时长的63.4%,数据更新率提高至500 Hz以上,在保证无人机姿态解算精度的同时,能够满足高动态数据采样的实时性要求。     

飞行体姿态测试及仿真技术研究

本文针对飞行体姿态测试及仿真问题,阐述了无陀螺捷联惯性系统的应用,并提出其在弹体姿态测试上的优势,重点分析了采用九加速度计组合的姿态解算方法,进行了算法误差分析和比较,并探讨了可以采用的最优化解算方法以尽可能真实地解算出飞行体在各时刻的真实姿态.     

基于无迹卡尔曼滤波的四旋翼无人飞行器姿态估计算法

针对四旋翼无人飞行器姿态测量问题,提了一种基于无迹卡尔曼滤波的飞行器姿态估计算法.采用欧拉角法描述了飞行器的姿态解算模型,并在此基础上建立了飞行器的系统状态方程和观测方程;采用无迹卡尔曼滤波算法实现飞行器姿态角的解算.理论分析和仿真表明:与采用扩展卡尔曼滤波算法获得的飞行器姿态角信息相比较,虽然无迹卡尔曼滤波算法的计算时间稍有增加,但无迹卡尔曼滤波算法的计算精度和收敛速度比扩展卡尔曼滤波算法有显著的提高.     

基于地磁测量的火箭弹滚转角解算误差补偿方法研究

为实现火箭弹弹道修正,需实时解算弹体的滚转角。根据地磁场基本特性,采用两轴磁传感器测量地磁场分量,并同时测量弹道倾角以解算弹体姿态角。提出一种火箭弹弹体滚转角解算的误差补偿方法,进行某型火箭弹打靶试验,利用该方法对火箭弹飞行试验过程中的姿态角数据进行实时解算,并与陀螺测量到的滚转角数据进行比较。试验结果表明:利用该方法解算滚转角准确度在4°以内,能够满足火箭弹弹道修正的要求。     

基于MEMS传感器的高精度姿态角测量研究

针对传统姿态参考系统姿态解算容易受到载体运动加速度的干扰,导致系统精度变低、稳定性变差等问题,提出一种改进的卡尔曼滤波算法。该算法建立基于四元数的惯性系统姿态解算数学模型,并根据载体运动加速度的大小,适时调整卡尔曼滤波器的量测噪声方差的大小,以此减弱卡尔曼滤波过程中运动加速度对姿态角解算精度的影响。采用MEMS三轴陀螺仪、加速度计和磁阻传感器完成载体在电梯升降过程中的测量,对实验测量数据进行姿态解算,结果表明改进后的卡尔曼滤波算法能够有效减小运动加速度对姿态解算的影响,姿态角的均方根误差相对于传统的姿态参考系统降低约40%。     

油井套管中测斜仪方位角精确解算方法

本文提出了一种基于牛顿迭代法的方位角解算方法,该方法解决了钻井姿态测量过程中铁磁性套管的磁化作用导致方位角解算不准确的问题.在分析了磁测斜仪环境磁场和建立磁性套管磁干扰模型的基础上提出了利用牛顿迭代法解算钻具方位角和套管干扰磁场模型参数.同时利用误差传递原理对影响方位角解算精度的因素进行了分析.最后针对该方法进行了一系列的仿真验证,仿真结果表明:相比于传统解算算法,该方法能够更准确地解算出钻井的方位角.同时,当外界条件一定时,方位角误差主要受顶角θ的影响,当θ=arctan(tanIcosφ)时,误差最大,所以在实际测量过程中可以通过尽量避免θ=arctan(tanIcosφ)来减小误差.     

光纤陀螺姿态系统信号处理方案

光纤陀螺输出信号中存在较大的高频噪声，这降低了光纤陀螺姿态系统的解算精度。为此对信号进行多重积分，求取一个计算周期内载体姿态变化的旋转矢量表达式，从而得到一种新的信号处理方法，并讨论了其工程实现方案。仿真表明，与传统四元数算法比较，该方法在解算系统姿态的同时，能够较好地平滑噪声的影响。     

旋转载体锥形运动的两轴旋转表征方法研究

针对旋转载体因旋转表征方式不同出现姿态解算诱导误差问题,通过分析旋转特点,提出两轴旋转表征方法。定义锥形运动的姿态角,建立角运动方程及姿态解算方程,并给出与常规姿态角的关系式,仿真分析不同表征方式的角速度和姿态解算的差异,并通过试验设计进行对比验证。综合仿真和实验结果表明:在相同的锥形运动条件下,两轴旋转表征方法与三轴旋转表征方法的差异随着锥形运动条件的恶劣而变大,但两轴旋转表征方法解算姿态误差较小,因此采用两轴旋转表征方法更为有效。该表征方法不但为旋转载体的抑制姿态误差提供理论基础,还能为攻角和侧滑角测量提供新思路。     

基于EKF的地磁/陀螺信息融合姿态测量算法研究

针对智能弹药机动飞行中仅利用地磁信息制导时无法实现全姿态角解算的问题,提出一种采用三轴陀螺仪角速率信息辅助三轴磁传感器信息进行弹体姿态角解算的EKF融合算法。算法利用磁传感器测量模型和四元数微分方程建立观测方程和状态方程,并分别对非线性的系统进行线性化得到卡尔曼滤波方程。通过在高速飞行仿真转台上进行半物理仿真试验,最终全姿态角的解算实现对地磁/陀螺信息的融合。经过对仿真信号的处理,在弹体俯仰角±30°变化的情况下,该EKF融合算法解算滚转角和俯仰角比传统单纯依靠地磁信息进行滚转角和俯仰角解算的精度提高近一个数量级,并且解算偏航角误差在1°以内。     

基于修正EKF的微小型飞行器姿态估计

分析了常用飞行姿态估计方法在微小型飞行器上应用的局限性,针对基于微机电系统(MEMS)惯性器件的姿态测量方案,构建了以MEMS陀螺仪姿态矩阵解算为状态更新、以MEMS加速度计重力矢量解算为观测更新的扩展卡尔曼滤波器(EKF),推导了相应的卡尔曼滤波方程.为了提高该滤波器抵抗机动加速度干扰的能力,设计了基于M估计的新息修...     

直线导轨滚转角测量误差自校正方法

提出一种具有滚转角测量自动校正功能的五自由度运动误差测量系统,解决了平行双光束法在测量滚转角误差时受光束平行度影响较大的问题。介绍了平行双光束法测量五自由度运动误差的原理,建立了关于双光束平行度误差与滚转角测量误差间的模型,提出了基于双自准直单元的双光束平行度误差测量方法。实验结果表明:双光束之间存在15.4″的平行度误差时,可以将滚转角测量误差的残差由44″减小到2.7″。该校正方法有效提高了双光束测量滚转角的准确性,可用于直线导轨运动误差的在线监测。     

角度的图像测量法

为提高角度测量的精度、速度以及扩大角度测量方法的应用领域,提出一种采用基于计算机视觉的图像测量技术进行角度测量的方法。通过对采集到的被测工件图像进行边缘检测、细化处理和霍夫变换,从而确定出其角度。实验结果表明,角度的图像测量法在测量精度、速度、抗噪声等方面具有很大的优势。     

新型滤棒激光测径仪测量角的确定

目的 滤棒成型的不规则性,导致了新型激光测径仪测量滤棒直径时传感器会产生入射角差异, 这就会带来测量误差。如何消除激光测径仪测量误差, 得到与滤棒真实直径最相近的测量值便是关键。方法 使用最优直径估计方法获得了最优的测量组合角度, 然后通过求不同组合角度的平均值进行估计, 以减小入射角差异带来的误差。结果 通过最优直径估计法, 在滤棒15°~165°间选取每间隔45°的4个值的平均值, 作为滤棒的测量估计值, 此值与滤棒真实直径的差值满足测量精度 （±0.01 mm） 要求。有效减小了入射角差异带来的误差, 也是最优的测量角分布数值。结论 最优直径估计法能指导合理选取测量角的分布, 并且能有效减小激光测径仪入射角差异带来的测量误差。     

GB／T15749-2008《定量金相测定方法》的修订情况介绍

从定量金相测定原理、定量金相测定方法以及测定技术要求（包括各种测定方法的适用范围、放大倍数的选择、测定角度的选择和测定视场数的选择）等方面对GB／T15749—2008《定量金相测定方法》的修订情况进行了介绍,并对标准修订时新增加的定量金相测定方法——图像分析仪测定法进行了重点介绍,以使GB／T15749-2008能更好地运用于实际工作中。     

等腰三角形路径扫描声强法测量声功率误差分析及参数优化

以单极子、偶极子和四极子声源为例,研究了在包围声源的四面体等腰三角形测量面上采用等腰三角形扫描路径应用扫描声强法测量声功率的收敛特性,并以扫描声强测量误差为目标函数,以等腰三角形扫描测量面的大小、测量面到声源的距离和扫描线密度为设计变量,应用遗传算法进行了优化.依此优化方法确定测量面的各几何参数,保证了测量精度,提高了测量效率,为快速准确地测量声功率提供了依据.     

双光束法测速度时测量角产生的影响

本文讲述了利用双光束法进行无接触流速的测量。并着重讨论和分析了不同测量角所带来的不同影响,以及最佳测量角的选定。     

数字舰炮随动系统精度测试分析

对数字舰炮随动系统跟踪精度的角差量测试方法及全角量测试方法进行了分析,并用典型的SDC(Synchro-to-Digital Conversion,同步机数字转换器,1700/2系列)模块,对角差量测试方法在MATLAB平台上进行了仿真试验,发现传统的角差量测量方法用于采用SDC模块的舰炮随动系统存在不可忽略的测量误差.提出了采用全角量测量方法,利用误差相消原理对舰炮随动系统输入信号进行变换、测量的方案,仿真试验结果表明:该方法可大大减小数字舰炮随动系统精度测试误差.     

Evaluating environmental stress cracking thresholds by contact angle measurements

This work probes a hypothesis for predicting a critical stress associated with of environmental stress cracking (ESC). The hypothesis is based on a thermodynamic criterion for localized swelling induced by stress on the polymer. The surface-active liquids chosen for study are oleic acid and dibutyl phthalate and the polymer is polycarbonate (PC). An experimental technique involving contact angle measurements of a sessile drop as a function of stress is used to probe the hypothesis. A new method for measuring contact angle using refraction is also introduced. No significant change in contact angle as function of stress is observed in either system, though the kinetics of craze initiation and inelastic strain at craze initiation do show a shift in response to stress at levels similar to those predicted by the hypothesis.     

High-resolution rotation-angle measurement of a cylinder using speckle displacement detection

A new method for measuring the rotation angle of a cylinder is described, based on the speckle displacement detection caused by the cylinder surface rotation. It is shown that this method is effective for measuring the small rotation angle with high resolution. The accuracy, sensitivity, and resolution of this method are determined by the speckle size, detector pitch, and magnification of the speckle displacement. The configuration to obtain an accurate, sensitive, stable measuring system is discussed. The usefulness of this method is confirmed by experiments.     

Optical method for measuring optical rotation angle and refractive index of chiral solution

Based on the phenomena of Brewster's angle and the principles of common-path heterodyne interferometry, we present an optical method for measuring the optical rotation angle and the refractive index of a chiral solution simultaneously in one optical configuration. A heterodyne light beam and a circularly polarized heterodyne light beam are separately guided to project onto the interface of a semicircle glass and a chiral solution. One of the beams is transmitted through the solution, and the other is reflected near Brewster's angle at the interface. Then the two beams pass through polarization components respectively for interference. The phase differences of the two interference signals used to determine the rotation angle and the refractive index become very high with the proper azimuth angles of some polarization components, hence achieving an accurate rotational angle and a refractive index. The feasibility of the measuring method was demonstrated by our experimental results. This method should bear the merits of high accuracy, short sample medium length, and simpler operational endeavor.