滚转条件下单天线GPS跟踪算法设计

提出了一种滚转条件下的单天线GPS跟踪算法。该算法能够在较低转速下,对间断的GPS信号进行跟踪,同时能够准确地计算出弹丸的滚转速度。该方法首先对单天线滚转条件下的接收信号进行分析与建模。然后,基于滚转对接收到的卫星信号的幅度调制特性的影响,利用旋转时信号幅度的对称性进行解旋,从而得到弹丸的滚动速率和角度。实际测试结果表明,利用信号的I/Q幅值信息,可以实时计算滚转弹丸的滚动速率和滚动角度,并且计算精度可以满足大多数实际应用的要求。     

常规弹药滚转角磁测算法中偏航角干扰分析

在常规弹药利用地磁场信息制导中根据其弹道特点通常将偏航角设为零进行弹体滚转角解算,这就会导致偏航角变化时滚转角解算精度受到影响.针对滚转角磁测算法中假设偏航角为零时偏航角变化会引起滚转角解算误差的特性,采用非线性系统小扰动线性化的方法求出偏航角对滚转角解算精度的具体影响规律.首先分析了利用地磁场信息进行滚转角解算的原理并说明算法中偏航角引起滚转角解算误差的原因,然后推导了滚转角解算的系统误差方程并分析影响解算精度的因素,最后进行仿真和半物理实验验证.仿真和实验结果表明,此误差方程能够计算出偏航角变化对滚转角解算误差造成的具体影响,从而为后续常规弹药制导中弹体发射条件提供理论依据.     

基于虚拟现实的火炮外弹道仿真方法

针对火炮发射实验具有不可重复性、周期长、人力耗费大、技术要求高等问题,本文提出了火炮外弹道虚拟仿真方法.本文根据火炮射击过程特点,分析火炮质点外弹道方程组,建立弹丸外弹道运动过程数学模型;结合虚拟现实技术及Unity3D引擎,采用3ds Max建立火炮和弹丸实体模型,以C#作为开发语言对弹道进行计算,控制弹丸运动,实现对火炮发射过程的仿真模拟;通过仿真实验数据与弹道表数值分析比较表明,本方法不仅在视觉上能够较好的展现火炮发射和弹丸的飞行状态,同时误差控制在可接受范围内,为火炮外弹道的研究提供了便利.     

弹丸任意角度入射弹着点声学检测模型

声学靶被广泛应用于弹着点自动检测系统中,常规声学立靶测量系统要求弹丸垂直靶面入射,否则弹着点测量精度较低.基于声学定位技术,分析弹丸沿任意角度入射过程,根据弹着点和传感器阵列之间的几何关系,利用传感器阵列接收激波的时间差,建立一种针对弹丸任意角度入射的弹着点检测数学模型.应用上述数学模型对立体七点布阵的传感器阵列进行仿真研究,仿真结果表明立体阵列模型在整个靶平面的弹着点误差均值为0.8821 cm,标准差为0.6104 cm.实弹射击实验表明基于七点立体阵列的弹丸任意角度入射弹着点声学检测模型具有较高的精度.     

基于迭代的旋转视觉元件针脚位姿估计精度优化

高效率型插件机通过同步带拖动旋转轴,插件模块紧凑重量轻,但大角度转动时旋转角定位误差偏大,针对旋转角定位误差影响针脚位姿估计精度的问题,提出基于位置约束和迭代拟合的位姿估计精度优化方法;元件针脚的相对位置固定,因此旋转测量时所有针脚转过相同角度,且针脚轨迹为圆周,该方法根据这两种约束构造了圆轨迹拟合方程和旋转角拟合方程,通过迭代实施这两种拟合得到旋转角的精确估计值,从而实现了元件针脚位姿精密估计;为了验证本文方法的有效性,进行了理论分析和仿真,仿真结果表明该方法可抑制大角度转动时旋转角的定位误差的增大,在常用针脚元件及工作参数下,迭代仿真的位姿误差控制在±0.018mm之内,耗时低于65ms,精度和实时性均能满足异形插件机的实际需求。     

铰接式装载机铲斗运动轨迹仿真

铰接式装载机铲斗运动轨迹的计算是铲斗运动仿真,铲斗铲土处的土壤表面变形计算,工作装置自身几何运动干涉,以及装载机与地面物体碰撞检测的基础性工作.通过建立描述铲斗垂直方向旋转运动坐标系,装载机底盘运动的车坐标系和作业场地坐标系,导出了铰接式装载机和铲斗运动轨迹的仿真计算公式.针对实际运动轨迹与仿真运动轨迹存在的误差问题,分析了装载机仿真计算公式运动轨迹的精度,给出了仿真画面切换周期Tc与装载机旋转角度△α的对应关系.通过对ZL-40装载机仿真运动计算表明,文中建立的铲斗仿真运动轨迹与实际运动轨迹基本相符,且有较高的仿真计算精度.     

一种基于椭圆形断层图像分析的左心室模型

建立了一个新的基于椭圆断层图像的左心室模型。该模型将左心室的断层面采用椭圆来描述,整个左心室就等价于足够密集的椭圆断层之和。将C臂进行多次旋转,获得左心室在不同角度下的投影图,以数值方法求解出最佳的断层参数,从而计算出左心室的体积。实验证明了在左心室造影术中,该模型能够明显地提高左心室定量分析的计算精度,优于传统的椭圆体模型。本文详细讨论了该模型中存在的误差。     

滚转隔离结构制导火箭弹蒙特卡洛法仿真研究

研究一种滚转隔离结构制导火箭弹动力学建模与蒙特卡洛打靶仿真。根据改造后的制导火箭弹前后两部分的相对运动关系,建立了滚转隔离结构制导火箭弹的质心动力学方程组,并基于Simulink平台建立了蒙特卡洛打靶动态仿真模型。在各种初始干扰和阵风干扰的情况下,进行了300次仿真试验,计算了落点样本数据的均方差和圆概率误差。仿真结果验证了所建模型的正确性,同时也证明了改造后制导火箭弹具有高精度的打击特点。     

底部凹陷对弹丸气动特性的影响

对于底部结构复杂的弹丸,在用数值仿真方法研究其气动特性时,往往需要在底部构建大量的网格来描述复杂的弹体结构。结合某型弹丸运用数值仿真的方法针对底部凹陷对弹丸气动特性的影响进行研究,以Navier-Stokes方程为理论基础,运用CFD软件分别对带有底部凹陷和不带有底部凹陷的模型在不同飞行速度和攻角下进行数值仿真。仿真结果发现,底部是否凹陷所引起的气动参数的变化小于5%。在误差允许的前提下,对底部结构复杂的弹丸进行气动仿真时,可以对这部分几何结构进行简化,这可以有效地提高计算效率,对弹丸外形设计有一定的指导意义。     

椭圆拟合的非线性最小二乘方法

为了在图像中确定椭圆目标精确的位置和边界,提出了一种基于非线性最小二乘的椭圆拟合方法。该方法在得到目标边界点的基础上,通过最小化拟合椭圆与边界点之间的欧氏距离,确定出由椭圆中心坐标、长半轴和短半轴长度、旋转角度共5个参数定义的椭圆,使得这一椭圆在非线性最小二乘意义下是最优的。在实际应用中,特别是人眼图像的瞳孔提取中,这种方法能够排除反光、睫毛、眼皮等的干扰,得到较为精确的瞳孔位置和边界。仿真实验和实际数据计算的结果表明,提出的方法有良好的准确性和鲁棒性。     

一维弹道修正弹射程扩展量计算及计算机仿真

为提高炮弹密集度,一维弹道修正弹采用增阻方式对射程进行修正,在射击距离的基础上增加射程扩展量确定瞄准射程,计算射击诸元,确定最佳射程扩展量对提高密集度具有重要意义。建立了射程扩展量计算模型,提出了当可靠性较低时对射程扩展量进行系数修正的观点,进行了仿真计算,得出了最多平均命中弹数与目标纵深、可靠度和修正系数的关系。研究成果可以为一维弹道修正弹射击诸元的计算提供参考。     

基于星敏感器的卫星对地定姿误差分析

风云三号气象卫星上携带的一台星敏感器解算出的卫星对地姿态呈现出非正常的幅值约为0.15°的正弦周期性偏差。为解决上述问题,分析了影响卫星对地姿态的误差因素,对星敏感器本身的主点偏差、焦距误差、光轴不垂直、CCD面旋转、星表位置误差等对卫星对地姿态误差的影响规律进行了仿真和分析。结果表明:对于CCD为512×512、象元大小为17μm、视场为16°×16°、安装方位角、高角分别为107°、29°的星敏感器而言,主点偏差5像素,会对卫星对地姿态带来最大约为0.17°的固定系统偏差;焦距误差0.1mm、光轴不垂直0.1°、CCD面旋转0.1°等对卫星对地姿态的影响较小,误差不超过30";星表中恒星位置在不加岁差、章动修正的情况下,会造成卫星对地三轴姿态误差呈正弦周期性变化,且周期与卫星轨道周期一致。风云三号气象卫星的对地姿态周期性偏差现象是由于星敏感器的星表恒星位置未进行岁差、章动等修正引起的。     

二维弹道修正机构方案与修正控制算法综述

二维弹道修正弹是对制式弹药的智能化改造,是一种低成本且具有一定打击精度的新型“简易制导”弹药.在此,介绍近几年主流的二维弹道修正机构方案,分析各机构的适用条件和实施难点所在.对于修正控制算法方面,总结应用非智能算法进行修正控制的优缺点,着重介绍近年来发展迅猛的智能控制算法在制导控制方面的应用,并简述智能算法在弹道修正控制领域应用时需进一步研究的方向和问题.     

Robust Tracking Control of a Quadrotor Helicopter

In this paper, a robust tracking control method for automatic take-off, trajectory tracking, and landing of a quadrotor helicopter is presented. The designed controller includes two parts: a position controller and an attitude controller. The position controller is designed by the static feedback control method to track the desired trajectory of the altitude and produce the desired angles for pitch and roll angles. By combining the proportional-derivative (PD) control method and the robust compensating technique, the attitude controller is designed to track the desired pitch and roll angles and stabilize the yaw angle. It is proven that the attitude tracking error of each channel can converge to the given neighborhood of the origin ultimately. Experimental results demonstrate the effectiveness of the designed control method.     

一种新型高旋弹体滚转角测量系统

利用常规方法直接测量高速旋转弹体的滚转角测量精度较低,针对该问题,提出了一种基于微惯性测量组合(MIMU)与光电编码器综合测试的弹体滚转角测量系统.通过MIMU实时测量半捷联惯性测量平台内筒的姿态信息,利用光电编码器测量半捷联惯性测量平台内筒与弹体之间的相对转角,采用FPGA作为主控芯片来实现弹载环境下光电编码器输出脉冲的抗抖动干扰设计,结合MIMU数据,实现了弹体滚转角的准确测量.经试验验证,该系统能够完整有效地记录弹体滚转角信息,测量精度稳定在3°以内.     

高速射弹流体动力特性及空泡形态数值仿真

准确获得流体动力特性和空泡形态是研究水下高速射弹运动稳定性优化控制问题,由于攻角的影响,对空泡形态产生扰动,并影响航行器的稳定性。为研究攻角引起的流体动力特性和空泡形态变化强耦合性对射弹的同时作用,建立了射弹自然空化的三维仿真计算模型,在射弹可变攻角下的流体动力特性及空泡形态进行了数值仿真,得到了二者随攻角的变化规律。结果表明:在小攻角条件下射弹流体动力参数处于线性变化工作域,射弹临界攻角大于自力超空泡航行器,说明数字仿真方法正确,模型合理,为研究射弹弹道稳定性提供了理论基础。     

旋转弹用滚转角磁测系统设计

针对传统捷联式惯性测量系统存在积累误差导致滚转角测试误差较大的问题,设计一种新型的基于纯地磁场信息的滚转角磁测系统。该系统以磁测姿态原理为基础,以嵌入式微控制器STM32F415为控制、解算核心实现对滚转角的测量。通过高精度三轴速率转台的飞行仿真实验结果表明,该滚转角磁测系统能够实时准确地解算出载体滚转角,测量误差保持在 3度以内,具有较强的可行性和较高的测试精度。该滚转角磁测系统具有体积小、测量误差不随时间积累等优点,为旋转弹的滚转角测量提出了新的思路,具有一定的工程应用价值。     

基于多项式拟合的扩展卡尔曼滤波算法

弹道修正弹内的弹载计算机必须实时对卫星定位接收机获取的弹丸状态数据进行滤波降噪,用于预测弹丸落点,传统滤波方法滤波时间长,滤波实时性差,提出一种基于多项式拟合的方法。通过适当降低卫星定位接收机数据更新频率,并用多项式拟合插值出的数据代替数据更新时间间隔内的弹丸状态数据。仿真实验表明,该算法在不降低滤波效果的前提下,较普通扩展卡尔曼滤波时间降低7/8,提高了滤波实时性,对于弹道修正弹关键技术的研究提供了重要参考。同时该方法可推广应用到其他滤波算法当中,具有很强的可移植性。     

基于双转式直流电机的固定鸭舵滚转控制研究

提出一种基于双转式直流电机作为控制执行机构的固定鸭舵弹道修正方案,即弹丸飞行过程中存在弹道偏差时,通过控制双转式直流电机的转速控制固定鸭舵修正舵面相对大地的位置,以消除弹道偏差,提高落点精度.基于双转式直流电机的原理,设计了相应的控制电路及控制算法,通过半实物仿真实验验证了双转式直流电机的控制效果.     

非同轴两轮机器人自平衡与转向闭环控制

针对车速、车身侧倾角和前轮转角变化较大工况下的非同轴两轮机器人在基于前轮转角的自平衡控制中,因动力学模型准确性对自平衡控制带来的影响,设计了基于RBF神经网络模糊滑模控制的自平衡控制器,利用RBF神经网络的逼近特性,对动力学模型中非线性时变的不确定部分进行自适应逼近,从而提高动力学模型的准确性,并借助模糊规则削弱滑模控制中产生的系统抖振;以及因前轮转角用于自平衡控制中难以实现转向闭环控制,建立了基于纯跟踪法的轨迹跟踪控制器,并设计利用车身平衡时车身侧倾角与前轮转角的耦合关系,将转向闭环控制中的目标前轮转角替换为目标车身侧倾角,从而将自平衡控制器与轨迹跟踪控制器相结合,在保证车身平衡行驶的前提下,实现带有轨迹跟踪的转向闭环控制。实验结果表明,凭借动力学模型的较高准确性,RBF神经网络模糊滑模自平衡控制器具有鲁棒性好、超调量低和响应迅速的优点,并且利用车身平衡后车身侧倾角与前轮转角耦合关系,实现转向闭环控制是可行的,具有良好的轨迹跟踪效果。