一种基于红外传感器的无人机姿态测量方法

针对红外温度传感器能灵敏感应天空地面热辐射的特点,提出了一种基于红外传感器测量无人机姿态信息的方法,相比传统姿态测量传感器,红外传感器具有体积小、重量轻、无漂移、成本低等优点;针对该方法介绍了由三对正交安装的红外传感器测量姿态角的基本原理及能获得更好视场角的45°安装方式;并通过场地实验获得了红外传感器的对地倾角和输出电压的函数关系;通过推理得到无人机姿态测量算法,实现了根据红外传感器的差动输出信号计算无人机的姿态角;同时对太阳的干扰问题作了适当的研究;为了验证算法的可靠性,进行了机载飞行实验。实验结果表明,该方法可以有效的测量无人机的姿态角。     

机载相控阵波束指向校正

安装在机翼上的卫星通信相控阵天线,其波束指向角度信息无法由航电系统直接提供。通过三维电子罗盘测量相控阵阵面的姿态参数,结合航电系统提供的飞机姿态参数和卫星角度参数,可以完成卫星相对于阵面角度的校正。校正方法首先把机身坐标系参数转换到地球坐标系,然后再转换到阵面坐标系,从而求解指向角度。计算机仿真证明了校正方法可行,坐标变换方法正确．同时也证明姿态测量参数精度影响相控阵天线最终性能。     

基于MEMS加速度计的飞行器姿态识别技术研究

研究了一种利用多只低灵敏度的微机电系统（MEMS）重力加速度传感器实现对飞行器姿态识别的方法。通过对MEMS加速度传感器的输出信号进行A／D采样，获得相应的数字信号，并将其送进单片机进行处理，实现对飞行器的仰角和倾角的高精度测量，最终得到飞行器的姿态信息。该方法可实现-180°～＋180°范围内的倾角值测量，即使飞行器在旋转时也能进行实时测量，可用于需要进行姿态控制的各类飞行器的实时姿态识别。     

三轴稳定航测正射云台设计与实现

设计了一种用于航空摄影测量的三轴稳定正射云台。该云台搭载高清数码相机、微型电视等传感器,采用角速率闭环和惯性指向位置闭环的控制方式实现惯性稳定下的正射观察与拍照。与传统方位环安装陀螺,并依赖机载惯性导航信息不同,该云台采用独立的微机电GPS组合导航系统实现运动扰动隔离及正射指向。推导了组合导航系统安装于外壳实现稳定所需的角度、角速度稳定补偿方程,详细描述了控制管理模块、图像处理单元、测角模块、稳定伺服模块等控制组件的设计原理、方法以及模型。测试结果表明稳定后的传感器光轴能够垂直于地水平面,正射误差能够控制在3°以内,保证航向重叠率和旁向重叠率,防止出现航空摄影漏洞。     

一种用于高精确度双框架伺服系统的标定方法

为实现对空间动态目标的稳定跟踪，介绍了一种高精确度双框架结构伺服系统，通过标定提高了其指向精确度。利用旋转变压器作为角度位置传感器，通过激光测距机和相机实现远场目标的稳定跟踪。利用高精确度单轴转台、激光测距机和平面反射镜对伺服系统双框架指向精确度进行标定实验测量。针对伺服系统几何误差，对获得的采样数据进行分段直线拟合，并写入控制程序。对测量数据进行分段检索定位，通过拟合直线参数对数据进行修正。实验结果表明，标定后的双框架伺服系统指向精确度优于16"，可有效提高伺服系统指向精确度。     

卫星接收天线的指向及极化倾角的准确调整

卫星接收天线的指向和极化倾角的调整是否准确，直接影响到接收的效果。定量地分析了接收天线的指向和极化倾角出现偏差时对下行信号强度的影响，并介绍了借助于仪器对接收天线进行准确调整的方法。     

GEO卫星波束指向地面轨迹的计算与应用

由于受到各种空间因素的影响,GEO卫星通常工作在小倾角轨道,通过姿态偏置控制可以维持卫星多波束天线的中心视轴对地指向点固定,但除视轴外的其他波束中心以天为单位,进行周期性移动,在工程中会造成地面站指向偏移,影响卫星多波束资源的使用。通过理论分析与公式推导,给出了卫星多波束天线中任意波束中心指向地面轨迹的解算过程,并对其进行了仿真计算与分析,可以作为实际工程应用的理论参考。     

舰载平面相控阵天线安装倾角的设计方法

利用舰载惯性导航系统提供的姿态信息,对处于静态和动态姿态下的舰载平面相控阵天线的波束指向变换进行了分析,得到了平面相控阵天线的扫描角。在此基础上,以相控阵天线最大扫描角度最小为目标,给出了天线随舰载安装平台处于运动姿态条件时的安装倾角的设计方法。该方法能够在给定的舰船纵摇和横摇范围内,针对相控阵天线需求的空域扫描覆盖范围,实现对任意多面旋转布阵的平面相控阵天线安装倾角的计算。由该方法计算得到的天线安装倾角能够使平面相控阵天线有最小的最大扫描角,从而提高相控阵天线的电气性能。     

数字摄影测量技术在连续波雷达天线指向精度测量中的应用

连续波雷达的天馈分系统通常采用收发分置天线,因此在该类雷达天线装配过程中保持天线的指向精度对保证该类雷达性能尤为重要。传统的非接触式测量技术难以同时测量多个天线反射体的指向精度,而数字摄影测量技术能够同时对多个天线反射体在不同姿态下的指向精度进行测量,并提供测量结果及修正数据,指导连续波雷达天线装配过程中的姿态调整。     

动态空间激光通信系统视轴初始指向建模及验证

捕获、对准、跟踪系统是空间激光通信重要组成部分,是通信正常进行的前提与保障。针对捕获系统中的初始指向内容进行了详细研究,给出初始系统指向系统模型,应用坐标转换矩阵补偿由于位置不同、姿态变化、安装基准轴差异、初始零位不一致等对初始指向方位角和俯仰角的影响。提出初始指向系统视轴标校方法,根据误差分析方法确定了指向精度及捕获不确定区域大小。在飞机-飞机动态演示实验中,应用双天线全球定位系统/捷联导航系统(GPS/INS)组合器件实时得到位置、姿态等参数,实现初始指向系统性能测试。借助观靶相机实际测量本系统捕获不确定区域大小为10mrad,与理论分析结果基本一致。     

射电望远镜天线的指向精度测量系统设计

指向精度是衡量大口径射电望远镜天线电轴指向准确度的重要指标,如何准确地测量出天线的指向精度对使用者而言尤为重要。针对射电天文望远镜的工作特点,提出了采用射电星作为发射源进行天线指向精度测量的方法,以方位轴为例介绍了测量基本原理,根据测量需要对系统软硬件进行了设计,对实际测量和处理过程进行了描述,给出了测量结果和分析。结果表明该方法可以快捷、准确地测出天线在全天区的指向精度。     

地籍测量中光纤陀螺倾角测量技术及误差分析

针对全站仪测量技术存在作业周期长、劳动强度大和受观测环境影响严重等不足,将光纤陀螺寻北技术,倾角测量技术应用于地籍测量中,降低了地籍测量对控制点及水平度的依赖,有效地提高了测量效率。推导了全站仪在倾斜状态下界址点测量和定向的计算公式。结合全站仪可水平旋转180°特点,给出了光纤陀螺安装误差自补偿的操作步骤;对影响定向精度的主要误差源进行仿真分析,结果表明：光纤陀螺精度与水平传感器精度对定向精度影响较大,在光纤陀螺精度为0.05°/h情况下,当倾角测量误差为1′时,定向误差为26.51″。     

分布式测量系统的分级几何约束定向方法

分布式测量系统借助辅助装置来构建几何约束条件以完成定向,而约束精度和数量易受到现场条件环境的制约。针对测量空间欠约束定向的问题,研究一种基于倾角传感的基准长度定向方法,该方法引入高精度的倾角传感器与测量单元结合,通过倾角传感的水平约束建立相对位姿定向模型并将系统定向过程进行分级处理,借助高精度的测角仪器提供内部角度约束,可以减少外部基准长度的约束条件个数。以室内空间测量定位系统作为实验平台,搭建组合系统样机,验证外部欠约束条件下的定向条件数目及分布对系统精度的影响。实验结果表明,所提方法在保证定向精度的同时,能够有效减少定向过程中所需的空间约束条件个数,并具有较好的稳定性,而且可以提高分布式测量系统的组网效率和复杂环境适应能力。     

抗加速度干扰的气流式水平姿态传感器的研究

提出了一种能够抗加速度干扰的气流式水平姿态传感器。根据气流式倾角敏感元件和气流式倾角敏感元件的输出特点，建立了抗加速度干扰的数学模型；根据抗加速度干扰的数学模型，设计了抗加速度干扰的程序，实现了载体振动、角振动和摇摆等在运动状态下抗加速度干扰的目的，抗加速度干扰能力在95％以上。该传感器不仅能够进行静态倾角测量，而且能够抗动态情况下加速度对摆式倾角传感器的干扰。     

电致定向红外靶标指向误差优化技术研究

为了提高电致定向型红外靶标在挂载飞行过程中动态指向精度,在硬件限制的位置信息更新频率难以提高的条件下,提出了卡尔曼滤波算法对靶标的位置信息进行预测从而提升更新速率的解决方案,利用全球定位系统和惯性导航系统的数据,建立了基于飞行速度、姿态和位置信息采样频率等因素的动态指向误差模型,并进行了理论分析和实验验证。结果表明,对红外靶标系统在匀速直线飞行过程中将位置采样率由5 Hz提升至10 Hz时,指向角误差减小了54.66%。此研究基于现有条件,为减小定向辐射型红外靶标动态指向误差提供了一种有益的尝试。     

月基极紫外相机指向机构控制系统

为了保证月基极紫外相机能够准确地对地指向，实现对地球周围等离子体层产生的30.4 nm辐射进行全方位、长期的观测研究，设计并研制了指向机构控制系统。首先介绍了指向机构控制系统的构成及工作原理；其次对系统的关键模块进行详细设计；然后提出了一种基于霍尔传感器定位的控制算法；最后对系统的误差源进行详细分析。误差计算和月球表面工作的结果表明:基于霍尔传感器定位的控制算法正确、有效，指向机构控制系统对地指向的控制误差 0.1，满足极紫外相机技术指标要求。     

GEO SAR天线波束指向定标中的误差分析

GEO SAR因其超宽测绘带和超长的合成孔径时间,导致低轨SAR波束指向定标方法不再适用,进而采取基于多脉冲分时比幅的波束指向定标方法。本文针对该指向定标方法,结合GEO SAR星地几何关系,对卫星姿态变化、三维系统性误差以及波束指向定标方法中接收机信噪比和通道增益稳定性引入的指向误差进行了详细的推导和仿真分析。仿真结果表明,0.003°的姿态测量误差会引入0.003°的距离向指向误差和0.0033°的方位向指向误差;三维系统性误差是导致天线波束指向变化的主要误差源;当SNR≥35 dB、通道增益稳定性优于1 dB时,GEO SAR波束指向定标方法引入的指向误差小于0.001°。     

基于雷达图像特征的空间目标载荷指向估计方法

载荷指向信息是空间目标在轨工作状态感知的重要依据，文中提出了一种基于逆合成孔径雷达（inverse synthetic aperture radar，ISAR）图像中的轴向特征匹配与重建的空间目标载荷指向估计方法，可以反演出空间目标天线载荷的具体指向及观测区域.该方法首先利用Randon变换和极值点检测等从ISAR图像中提取出天线载荷的两个轴线方向，然后再将该轴向特征与仿真特征模板库进行匹配，实现天线载荷轴向姿态角的粗略估计，同时利用三维矢量到二维平面的几何转换关系，建立载荷轴向在轨道坐标系与ISAR成像坐标系之间的姿态解算公式，根据姿态角粗略估计结果及三维重建矩阵实现载荷轴向及指向姿态的优化求解.基于动态仿真数据验证了该方法的有效性.     

空空通信中定向天线指向求解

利用坐标变换方法,结合载体和目标的位置信息和姿态信息,求解定向天线对准目标时的指向角,该指向角可以作为空空通信中伺服系统的输入,控制天线转动。     

机载多普勒激光雷达指向影响分析及定标

通过分析机载多普勒激光雷达测量模式特征,考虑飞机姿态测量精度的影响,仿真分析了径向速度误差,以及多视线反演水平风场的反演精度,按照文中仿真系统的输入参数,不考虑雷达系统频率检测误差,风速测量误差小于0.3 m/s。该结果为机载多普勒激光雷达平台设计和测量模式的选择提供了参考。在此基础上,提出了一种基于地面散射信号测量的激光指向定标方法,并通过激光雷达实测数据进行验证,指向定标精度优于0.2°。