北斗定位系统在飞行试验中的应用研究

鉴于美国GPS种种技术限制以及我国自主研发北斗系统的技术日趋成熟,在国防建设中使用北斗系统已迫在眉睫。本文从四个方面介绍了北斗系统在飞行试验中的应用,包括短报文通信应用,单点定位、事后差分应用以及实时差分应用。文章对飞行试验中的北斗数据及GPS数据结果进行比对,验证了北斗数据的准确性。最后介绍了北斗定位系统未来在国防、民用、飞行试验中的技术应用展望。     

基于小电流二次放电法的蓄电池内阻在线检测研究

北斗伪距单点定位具有易于实现、不存在整周模糊度、速度快等特点,具有很大的研究和应用价值。传统最小二乘法由于引入了线性误差、对初始值依赖性强而导致定位精度低。为了提高北斗伪距单点定位的精度,通过分析最小二乘法和粒子群算法的优缺点,提出了一种LS-PSO组合算法。首先利用最小二乘法定位计算接收机的大约位置,作为粒子群算法解的基准值并建立解的搜索空间,然后利用粒子群算法得到全局最优值,解算出精度更高的结果。经过实验验证,LS-PSO组合算法可以稳定的解算出m级精度的定位结果,并且三维方向偏差都在大约5m以内。最后通过与遗传算法的收敛情况和最小二乘法的定位精度进行对比,证明LS-PSO组合算法可以快速的收敛到最优解并且有效的提高了北斗伪距单点定位精度。     

基于LS-PSO的北斗伪距单点定位算法

北斗伪距单点定位具有易于实现、不存在整周模糊度、速度快等特点,具有很大的研究和应用价值;传统最小二乘法由于引入了线性误差、对初始值依赖性强而导致定位精度低;为了提高北斗伪距单点定位的精度,通过分析最小二乘法和粒子群算法的优缺点,提出了一种LS-PSO组合算法;首先利用最小二乘法定位计算接收机的大约位置,作为粒子群算法解的基准值并建立解的搜索空间,然后利用粒子群算法得到全局最优值,解算出精度更高的结果;经过实验验证,LS-PSO组合算法可以稳定的解算出m级精度的定位结果,并且三维方向偏差都在大约5 m以内;最后通过与遗传算法的收敛情况和最小二乘法的定位精度进行对比,证明LS-PSO组合算法可以快速的收敛到最优解并且有效的提高了北斗伪距单点定位精度。     

高功率微波在电离层中传播的折射率研究

 高功率微波在电离层中的传播特性主要由其折射率的变化决定，而高功率微波的大气折射率与相应传输层面的电子浓度有关。结合电离层电子浓度分布模型对电子浓度和大气折射率进行了数值模拟，对电离层折射率以及折射率垂直梯度相对于高度的变化特性进行了分析。结合射线描迹法对高功率微波波束传播高度、仰角和距离进行了修正，并在低功率微波下进行实验验证，证实修正值更接近实际值。     

直升机旋翼三维动态变形测量与可视化分析

针对直升机旋翼动载荷飞行试验测试需求,提出一种直升机旋翼三维动态变形测量与可视化分析方法。首先,根据直升机旋翼的结构特点和高速旋转特性,设计了以一组双目高清摄像头为核心的旋翼动态变形影像测量与监控及分析系统;其次,基于双目立体视觉测量理论,论述了测量系统标定、实时单点变形测量、散斑影像匹配、旋翼表面三维重建与三维动态变形可视化分析原理/方法;最后,在地面进行了模拟实测环境的仿真试验,实现了试验系统搭建、试验数据采集、处理与分析。试验结果证明,该方法可获得最大误差优于4 mm的定位测量精度,能很好地实现直升机旋翼三维动态变形测量,为飞行试验旋翼载荷测试数据分析等提供直观、可靠的数据与技术支撑。     

机载卫星制导武器直接瞄准攻击研究

 介绍了卫星制导武器直接瞄准攻击方式在对地精确打击中占据的关键位置,阐述了卫星制导武器直接瞄准攻击方法的原理。由于卫星制导武器直接瞄准攻击对目标定位要求较高,采用常用定位手段已不能满足系统对目标定位的要求,分析了使用相对GPS制导成为卫星制导武器直接瞄准攻击的关键的原因。相对GPS制导误差主要包括采用载机和武器相对GPS定位误差以及传感器对目标的相对定位误差,分别对两者的定位精度进行了分析和推导。仿真结果表明：这两者的综合误差理论值小于7.5 m,满足卫星制导武器在直接瞄准攻击中对目标定位的需求。     

一种粗略辅助条件下的北斗接收机快速定位方法

为提升GNSS接收机定位速度，采用网络服务器的信息辅助（A-GNSS）方法，研究了粗略辅助条件下的北斗接收机快速定位问题，从基本伪距观测方程求解位置和时间信息出发，详细分析了粗时辅助对基本伪距方程求解带来的误差以及时间和位置不确定度较大时毫秒模糊问题产生的机理，推导了含粗时误差的伪距方程和毫秒模糊度求解方程，给出了全伪距重构的方法流程及其准确重构条件。实验表明，该算法及流程可以准确可靠的解决北斗接收机的快速定位问题，性能优良，具有极强的工程实用价值     

一种新的GPS/SINS组合测姿模型

针对多天线GPS/SINS组合测姿中存在的精度不够和难以实现的问题,研究了一种新的GPS/SINS组合测姿模型。利用GPS载波相位高精度相对定位技术,在传统“速度+位置”松组合的基础上,加入了基于基线向量误差的姿态量测方程,提出了一种精度较高并且较易实现的GPS/SINS组合测姿模型。基于某飞行仿真航迹对模型的测姿性能进行了数值仿真,并与传统测姿模型进行了对比分析。仿真结果表明,与传统模型相比,新的测姿模型可以显著提高导航系统测姿精度和滤波收敛速度,偏航角、俯仰角测量精度可达0.02°,滚动角测量精度可达0.1°,可为飞行器的高精度组合测姿提供一定的参考价值。     

近场浅海舰船目标定位精度实验研究

根据聚焦波束形成声图处理方法在实际海上测量的特点,提出用系统时延差校准、基阵倾角修正、深度测量、分频段目标定位等多种方法克服测量系统及环境的各种不利因素,实现舰船目标高精度定位。采用声图计算结果与GPS记录值对比、声图计算结果与GPS记录值的正横距对比两种方法进行了聚焦波束形成声图法精度的实验验证,经验证聚焦波束形成声图处理方法在浅海测量区有较高的定位精度。其最大正横距差值可以达到2.9 m,均值0.93 m,从而实现舰船目标高分辨精确定位。      

一维弹道修正弹飞行稳定性研究

为分析一维弹道修正弹阻力片不同修正能力下,其打开后对弹丸飞行稳定性的影响大小,以某型100mm一维弹道修正弹为研究对象,运用Simulink软件建立了6自由度刚体弹道模型,通过设置不同仿真条件,利用阻力片打开后弹丸攻角变化、陀螺稳定性判据、动态稳定性判据判断弹丸飞行稳定性。求出了在阻力片分别产生原来弹丸阻力系数3倍、4倍、5倍阻力下,为保证弹丸飞行稳定应控制阻力片打开后产生的新的静力矩的极限值应分别小于原弹丸静力矩的3倍、3.5倍、4倍。通过研究阻力片打开时间对弹丸飞行稳定性的影响,结果表明,阻力片打开时间越晚其对弹丸飞行稳定性的影响越大;分析了阻力片一定修正能力下,以不同射角射击时为保证阻力片打开后弹丸飞行稳定性,阻力片最晚打开时间。     

GPS伪随机码的软件和硬件仿真实现

摘要：目前四大全球卫星导航定位系统中,美国的GPS是发展最早也是应用面最广的系统,GPS提供民用的标准定位服务和军规的精确定位服务。为研究GPS卫星导航电文的产生机理和针对GPS的导航对抗技术,本文在详细介绍GPS伪随机码的基本原理和C/A码生成电路的基础上,通过MATLAB和FPGA分别对C/A码进行了软件和硬件仿真实现。基于MATLAB的软件仿真采用循环程序实现了m序列和C/A码,基于FPGA的硬件仿真首先构建一个D触发器元件,然后利用该元件通过并行指令实现m序列,最终生成C/A码。两种方法虽然采用不同的思路和技术,但是得到了一致的C/A码信号样式。伪随机码的产生是GPS实现扩频通信的重要环节,通过对GPS伪随机码的仿真实现,有助于对GPS卫星信号的捕获研究和针对GPS的欺骗式干扰研究。     

多普勒频移修正在测定直升机飞行噪声固有频率中的应用

对于噪声信号采集系统采集的某型直升机的飞行噪声信号,提出了结合机载GPS数据,进行多普勒频移修正,然后叠加多个多普勒频移修正结果,以得到直升机旋翼、尾桨和减速器噪声固有频率的新方法,可以大大减小单次多普勒频移修正的误差。这种方法为确定飞行器飞行噪声固有频率提供了有效的途径。     

斜入射非线性电离层Langmuir扰动的电磁波传播特性

基于广义Zakharov模型,结合斜入射等离子体的时域有限差分(FDTD)方法与双流体力学方程,通过由二维麦克斯韦方程等价转换的一维麦克斯韦方程,与等离子体流体力学方程建立了一个电磁波以不同角度入射电离层传播的数值模型.分析推导出TE_z波在斜入射非线性电离层等离子体的支配方程,然后推导了适用于计算电离层电磁波传播特性的FDTD算法.通过仿真来证明该方法在较小倾角下,电磁波对电离层加热形成Langmuir扰动及其传播特性的准确性和有效性.结果表明,在小角度入射下,大功率高频电磁波在电离层等离子体中的O波反射点附近激发出了Langmuir波,同时波粒相互作用导致O波转换为Z波并向电离层更高区域传播.本文进一步研究了基于电离层等离子体的电磁波传播特性,为全面深入分析电离层Langmuir扰动对电离层电波传播特性影响奠定数值算法的基础.     

磁梯度张量不变量的椭圆误差消除方法研究

基于磁梯度张量不变量定位方法, 可以实现对目标的单点实时定位, 且定位目标不限于静止目标, 这一方法目前得到了人们的广泛关注, 但该方法由于存在着椭圆系数导致目标定位误差较大的问题. 针对该问题, 提出了一种基于正六面体磁梯度张量测量系统的单点实时定位改进方法, 该方法通过消除原定位方法中不变量存在的椭圆系数, 从而克服椭圆误差对定位精度的影响. 具体做法是通过求解测量系统中正六面体的六个平面中心点处磁梯度张量的特征值, 并把这些特征值按照一定关系进行组合来消除椭圆系数, 来获得六个平面的新不变量, 再对这些新不变量求其梯度值, 根据这些梯度值对目标进行定位, 这样该定位方法可以有效的克服椭圆误差, 可对目标进行单点实时定位. 对改进定位方法进行了仿真实验分析, 结果表明改进方法可以实现目标的单点实时定位, 定位的平均相对误差较现有方法减少10.9%. 改进方法对所搭载平台的机动性要求较低, 其平台可做直线或曲线运动对目标实现单点实时定位.     

基于像差影响的星间角距修正方法EI北大核心CSCD

为了有效地提高星模拟器的精度,针对经典星间角距数学公式没有考虑光学系统像差影响的问题,提出了一种基于像差影响的星间角距修正方法,建立了相关的数学模型并推导了相应的数学公式。并以球幕投影的星模拟器平台为例进行分析和实验测试,结合所建立的星间角距数学模型,对各星点的方位角和俯仰角进行曲线拟合,得到像差影响的星点位置误差拟合曲线,从而完成星间角距修正。实验结果表明,修正前星间角距误差为27.56″,修正后星间角距误差为16.96″,相对于修正前减小了10.60″。本文方法为有效提高星模拟器的仿真精度提供了理论基础。     

遥测振动信号EMD-WVD分布应用研究

飞行器飞行试验采集的遥测振动信号频段丰富、成分构成复杂,合理有效地解读其包括的时频信息在分析飞行器结构和环境特性方面至关重要。依托经验模态分解(EMD)方法将复杂信号分解成准单分量信号,借助相关系数法将伪分量信号剔除,保证分解信号的有效性。通过EMD和 WVD方法的结合,将保留的准单分量信号进行WVD变换并做平滑伪处理,从而获得复杂信号的时频分布。EMD-WVD组合模型经在仿真信号上的应用检验,能够检测信号自身的时频特性,进一步应用其在遥测振动信号上,同平滑伪WVD抑制交叉项方法进行了比较,结果表明EMD-WVD组合模型更加有效,能够反映复杂工程信号的时频分布特性。     

基于动态加权的光电经纬仪交会方法

武器飞行试验中，初始段的弹道参数主要依靠光电经纬仪两站交会定位，平滑（滤波）求速获取。速度参数的精度高度依赖定位的精度。在现有定位模型的基础上，通过函数误差传递关系，推导了弹道参数的误差表达式。分析了误差来源和典型情况下的误差情况，提出了在不等精度经纬仪交会测量中，实时确定两台光电经纬仪在解算结果中的权重，动态改变权值的方法。仿真结果表明：在不等精度光电经纬仪交会定位情况卞，该方法能够提高两站定位的精度。     

电离层O~+83.4 nm日辉辐射传输特性研究

电离层极紫外波段(10～100 nm)日辉辐射主要是由太阳光电离激发以及光电子碰撞电离激发过程产生的,利用天基遥感探测手段对极紫外日辉辐射进行观测,可以获得白天电离层F层的电子密度、离子密度及空间分布等信息。极紫外波段日辉的天基遥感探测技术在国外起步较早,尤其是欧美、日本等国家,目前已经处于相对成熟的阶段。而我国对极紫外波段气辉辐射的研究几乎为空白,对电离层的探测也主要集中在夜间,如2017年我国发射的风云三号气象卫星D星上装载的电离层光度计可以获得夜间电离层峰值电子密度。对极紫外气辉进行遥感观测,特别是对电离层中O~+ 83.4 nm日气辉辐射的辐射特性进行探测,是获得白天电离层辐射特性的重要手段,也是国际上电离层光学遥感探测技术的研究热点。首先介绍了极紫外日辉的辐射传输理论,对日辉辐射的激发过程、碰撞过程以及共振散射过程进行了介绍,在此基础上重点分析了O~+ 83.4 nm日气辉辐射的产生机制及辐射特性。该辐射是太阳光电离激发低热层中的O原子而产生,为电离层极紫外气辉中辐射强度较强的信号之一, 83.4 nm气辉的高度分布情况可以提供电离层O~+密度扩线以及电子密度扩线,为白天电离层探测提供了一种有效手段。其次分析了O~+ 83.4 nm日辉辐射的谱带特性,以MSIS-00大气模型为基础,利用由美国计算物理公司与空军实验室联合开发的AURIC v1.2模型计算83.4 nm气辉辐射的初始体发射率、共振散射作用下的体发射率和临边柱辐射强度的分布情况,探究O~+83.4 nm日辉谱线与高度、纬度、太阳活动和地磁活动等电离层物理参量的相关性。基于极紫外日辉辐射算法,同时根据氧离子83.4 nm辐射传输特性,考虑该辐射的多次散射效应,提出了氧离子83.4 nm日辉辐射的计算方法。假设电离层呈现电中性,获得氧离子83.4 nm日辉强度可以反演白天电离层O~+密度,进而获得白天电离层F层电子密度的分布情况,为探究白天电离层特性提供了重要依据。     

动磁式直线压缩机电磁特性分析及实验

设计开发了一种动磁式直线压缩机样机,利用磁路分析法对直线压缩机的静态特性进行定性分析,得到了电磁力、磁链关于电流、位移以及直线振荡电机结构参数之间的函数关系.又利用电磁场的二维有限元参数化分析进行定量分析,精确计算了不同位置和电流下的电磁力和磁链.修正了磁路分析的计算结果.为研究其动态特性,将有限元静态分析与状态方程法相结合,建立了动力学模型,并利用4阶Runge-Kutta法求解状态方程.实验证明,此动态特性仿真方法是有效的,样机的性能能够满足冰箱压缩机的前求.     

机载激光测深系统中海面波浪影响的改正

针对研制的新型机载激光测深系统的海上飞行试验数据,进行预处理、信息提取、数据同步和坐标转换后,开展波浪改正研究.对海底高程的GPS高程信息无波浪改正、GPS高程信息改正飞机航高变化计算波浪和加速度信息改正飞机航高变化计算波浪三种技术进行了分析.数据处理结果表明,采用加速度信息改正飞机航高变化计算得到的波浪信息的方法,结果较好,可满足研制的机载激光测深系统的要求.