基于双向重投影的双目视觉里程计

针对视觉里程计中的特征点漂移与累积误差问题,提出一种基于双向重投影的双目视觉里程计方法。为降低特征点匹配的高错误率及改善匹配效率,提出一种改进的随机采样一致(RANSAC)算法。该算法依据特征点寿命长短、环形匹配、优质匹配等方法选取优质特征点以降低特征点样本容量,从而改善RANSAC算法的效率;为抑制视觉里程计累积误差、提升位姿估计精度,提出一种双向重投影的位姿估计算法,该方法通过解算下一帧图像中的最小化重投影误差得到相机位姿以更新空间点集,更新后的空间点重新投影至当前帧图像以提升位姿解算精度。最后利用KITTI数据集进行了仿真。结果表明该算法的150 m内定位误差在X方向小于1 m,在Z方向小于0.9 m;相对于ORB-SLAM2算法,定位精度提升了约20%,系统的稳定性更好,有效削弱了累积误差,验证了该算法的正确性与可行性。     

惯性导航系统误差方程座标系的研究

本文对惯导系统提出导航座标系和误差方程座标系这两种不同意义的座标系概念。为了便于误差分析或减少惯性组合导航系统的滤波计算量,常采用不同于导航座标系的误差方程座标系来列写惯导误差方程。文申推导了采用地理座标系的游移方位惯导系统误差方程以及采用轨道水平座标系的惯性座标惯导系统(解析式惯导系统)误差方程。讨论了这两种方程各与指北系统以及轨道水平惯导系统误差方程的不同点。指出,在误差方程座标系与导航座标系不同的情况下,必须仔细分清误差状态的含意,才能正确使用误差方程。文申还以某种载体上升段飞行轨迹为例,仿真计算了采用轨道水平座标系的惯性座标惯导系统误差方程,用以验证方程推导方法的正确性。     

粒子滤波在惯导系统非线性对准中的应用

首先介绍了粒子滤波中自举滤波的原理和算法，说明该算法可用于处理非线性系统的状态估计问题。进而列出了捷联惯导系统速度误差方程和姿态误差方程，并将其用于惯导系统非线性对准。最后，通过对仿真结果的分析，指出通过结合粒子滤波和传统的扩展卡尔曼滤波，可以得到一种精度优于卡尔曼滤波，而计算量小于粒子滤波的非线性滤波方法。     

一种改进的水下三阵元辅助惯导系统的定位算法

针对水下惯导系统定位误差随时间发散的缺陷,设计了一种基于DVL、声学定位辅助惯导的组合导航系统。声学定位系统由安装在水下潜器上的换能器阵和布放在海底的三阵元定位基阵组成,传统长基线定位水下至少要布放四个阵元,三个阵元无法直接定位求解。根据三阵元测得的距离信息和惯导系统输出的位置信息建立距离耦合模型,给出了惯导、DVL和声学定位系统的状态方程和量测方程;同时针对水下声速垂直分布特性,提出了一种等效声速的修正方法。仿真结果表明:在三阵元定位基阵作用范围内,组合导航系统能有效修正惯导位置误差,定位误差小于4 m,具有良好的适用性。     

干扰环境下GPS/INS组合模式研究

分析了紧耦合GPS／INS组合结构中GPS接收机的抗干扰性能，以及紧耦合组合的模式、特点和组合中考虑的问题；并指出在干扰环境下，惯导／卫导组合应采用紧耦合组合模式。     

方位捷联惯导平台系统及其误差分析

根据导航系统对高精度的需要,在捷联惯导和平台惯导的基础上提出了一种方位捷联惯导平台,该平台取消了普通平台系统的方位环及其伺服回路,保留了俯仰环和横滚环及其对应的伺服回路,介绍了平台的组成及工作原理,并且推导出平台角误差方程、速度误差方程和位置误差方程.建立状态方程和量测方程后用Kalman滤波的方法对系统进行软件仿真,仿真结果表明,方位捷联惯导平台综合了捷联和平台的优点,具有平台角误差小、收敛速度快等特点.     

一种视觉辅助的惯性导航系统动基座初始对准方法

针对惯性导航系统动基座初始对准问题,提出了一种视觉辅助的惯导系统动基座初始对准方法。建立了视觉与惯导系统测量模型,考虑了特征点位置已知和未知两种情形,分别推导了视觉和惯导系统姿态位置间的关系,设计了EKF滤波器。建立了两种情形下的滤波观测方程,设计了晃动基座初始对准仿真实验,结果表明在视觉特征点位置已知和未知两种条件下,滤波器状态均能收敛,特征点位置已知时收敛时间小于30 s,特征点位置未知时收敛时间约为300 s;在陀螺零偏为0.01(°)/h、加速度计零偏为50μg的仿真条件下,对准精度为水平姿态角优于0.004°,方位角优于0.06°。提出的视觉辅助惯导系统动基座初始对准是一条较新且可行的思路。     

双航海惯导联合旋转调制协同定位与误差参数估计

单轴/双轴旋转调制航海惯导备份配置满足了舰艇对于定位精度、可靠性、成本的综合要求,但系统间缺少信息融合。针对此问题,以单轴旋转惯导的姿态误差、速度误差、位置误差与双轴旋转惯导对应误差的差值以及两套惯导的陀螺常值漂移、水平加速度计常值零偏为系统状态,并以二者间扣除杆臂效应后的速度及位置的差值为观测量,通过联合旋转调制,改变两套系统IMU的相对姿态关系。分段常值可观测性分析表明,所有系统状态完全可观。建立了定位误差预测方程,对单轴旋转惯导方位陀螺漂移造成的定位误差进行预测补偿。实验结果表明,对单轴旋转惯导方位陀螺漂移造成的定位误差预测补偿后,其定位误差减小了30%,不仅满足了高可靠性的要求,而且提高了故障情况下的导航精度。     

基于BDS/INS紧组合的动对动相对导航算法

针对动对动相对定位中卫星观测质量不佳、信号易丢失导致北斗卫星导航系统定位精度不高、无法连续定位的问题,提出了一种基于BDS/INS紧组合的动对动相对导航算法。通过惯导系统与北斗卫星导航系统紧组合的方式,以捷联惯导误差作为组合系统状态量,通过多普勒信息进行伪距平滑,并利用扩展卡尔曼滤波将惯导及卫星观测信息进行融合,解算相对导航结果。通过车载实验对所提出的相对导航算法进行了验证,实验结果表明,所提出的BDS/INS紧组合动对动相对导航算法能够保持分米级相对导航精度,卫星信号短时中断时,能有效保持高精度相对导航结果输出。     

多星座GNSS/INS紧耦合方法

针对可用卫星数目不足、多星座GNSS接收机不能定位条件下,传统GNSS/INS松耦合方式退化为"纯惯性"模式,无法抑制惯导误差发散的问题,提出了一种基于多星座GNSS接收机原始伪距观测量的GNSS/INS紧耦合方法。利用惯导与多星座GNSS接收机搭建硬件平台,开展了车载试验。试验结果表明,当可用卫星数目满足定位条件时,多星座GNSS/INS紧耦合方法与松耦合方法的导航精度相当;当可用卫星数目不足、多星座GNSS接收机不能定位时,多星座GNSS/INS紧耦合方法仍可利用剩余卫星提供的观测信息继续运行,当卫星数减少为5颗时,纬度和经度精度均优于30 m;当卫星数进一步减少为4颗时,纬度精度优于90 m,经度精度优于50 m。     

基于鲁棒滤波的无人机着陆相对导航方法

针对无人机在移动平台上进行起降时的相对导航问题,提出了一种基于鲁棒高阶容积滤波的惯导/视觉相对导航方法。建立了相对导航系统模型,基于无人机与移动平台之间的相对运动给出了系统的相对惯导方程,并针对系统中传感器的量测特性给出了导航敏感器的测量方程。针对相对导航系统非线性较强且量测噪声不符合高斯分布等问题,在高阶容积滤波的基础上,结合Huber-based量测更新方程,设计了鲁棒高阶容积滤波相对导航滤波器,该方法具有较高的估计精度,且对混合高斯噪声有鲁棒性。相对姿态采用四元数表示,为保证四元数的归一化,在设计相对导航滤波器时采用修正的罗德里格斯参数表示姿态误差。仿真结果表明,该方法可以准确地给出无人机与移动平台之间的相对位置、速度和姿态信息,且估计精度高于扩展卡尔曼滤波、Huber-Based滤波以及高阶容积卡尔曼滤波。     

大型结构变形实时摄像测量方法

本文对实时测量大型结构静力变形实验中如何应用摄像测量方法展开研究。针对实时摄像测量的两个主要难题研究解决方法,即图像特征点自动提取和多像机图像特征点自动对应。通过在待测结构表面粘贴LED发光灯或使用激光光栅投影做为合作标志点,提出NNLOG(normalnized negative laplacian of gaussian)算子用于图像上合作标志点的实时提取与跟踪;根据多摄像机约束关系,构造对极几何约束代价函数,解决多像机图像特征点之间的对应问题。设计实现了精度实验,表明位移测量误差小于1mm,相对误差小于1%,基于本文方法实现的测量系统已应用于某型飞机静力变形实验。     

基于一种免疫算法的结构动态参数识别

受生物免疫系统的启发提出了一些基于免疫概念的优化算法。该方法有效地避免了传统遗传算法易于出现早熟、搜索效率低及不能很好保持个体多样性等问题。本文将免疫算法应用于结构动态参数识别领域,通过其在VC环境下调用ANSYS有限元程序中的APDL语言,并在后期引入加速循环操作,从而实现了对结构动态参数快速而精确的识别,仿真算例表明其正确性、有效性和较好的抗观测噪声能力。该方法特别适合于对大型复杂结构的参数识别计算。     

Extracting micro air vehicles aerodynamic forces and coefficients in free flight using visual motion tracking techniques

This paper describes a methodology to extract aerial vehicles’ aerodynamic characteristics from visually tracked trajectory data. The technique is being developed to study the aerodynamics of centimeter-scale aircraft and develop flight simulation models. Centimeter-scale aircraft remains a largely unstudied domain of aerodynamics, for which traditional techniques like wind tunnels and computational fluid dynamics have not yet been fully adapted and validated. The methodology takes advantage of recent progress in commercial, vision-based, motion-tracking systems. This system dispenses from on-board navigation sensors and enables indoor flight testing under controlled atmospheric conditions. Given the configuration of retro-reflective markers affixed onto the aerial vehicle, the vehicle’s six degrees-of-freedom motion can be determined in real time. Under disturbance-free conditions, the aerodynamic forces and moments can be determined from the vehicle’s inertial acceleration, and furthermore, for a fixed-wing vehicle, the aerodynamic angles can be plotted from the vehicle’s kinematics. By combining this information, we can determine the temporal evolution of the aerodynamic coefficients, as they change throughout a trajectory. An attractive feature of this technique is that trajectories are not limited to equilibrium conditions but can include non-equilibrium, maneuvering flight. Whereas in traditional wind-tunnel experiments, the operating conditions are set by the experimenter, here, the aerodynamic conditions are driven by the vehicle’s own dynamics. As a result, this methodology could be useful for characterizing the unsteady aerodynamics effects and their coupling with the aircraft flight dynamics, providing insight into aerodynamic phenomena taking place at centimeter scale flight.     

基于微通道构型的微流体流动控制研究

微通道不仅仅是作为流体流动的单元, 更是进行流体控制的工具,微通道自身特性和特征用在实现微流体的驱动、进样、混合、分离以及液滴的产生、控制等方面已经表现出了良好的效果.由于微通道中比表面积非常大, 表面效应极大影响流体流动,近年来多数研究集中在应用表面效应来实现微流体驱动与控制,而以利用微通道结构特征实现流体流动控制为目标的研究成果相对较少.为了提高对通道构型作用的认识,主要介绍了基于微通道构型的无可动部件的流体微阀和基于微通道构型微小液滴的产生及流动控制器两个方面的发展情况,表明微通道构型在微流体控制中同样可以发挥重要作用,甚至有望带来微流控技术的突破.      

航空遥感用惯性稳定平台动力学耦合分析

航空遥感用惯性稳定平台承载重量较大的成像载荷,系统相对复杂,耦合明显。根据航空遥感用三轴惯性稳定平台的结构特点,应用矢量叠加原理推导了平台环架运动学方程,建立了欧拉动力学模型,并分析了基座运动情况下各环架间的动力学耦合误差。仿真结果表明,基座对平台环架耦合较大,环架交叉耦合相对较小,且在外界干扰下基座及环架间的耦合加强。研究结果为稳定平台控制系统设计提供了依据。     

一种惯性测量单元非正交安装的单轴转位方法

针对单轴旋转式捷联惯导系统中旋转轴方向惯性器件误差导致系统误差积累的问题,提出一种惯性测量单元非正交安装的单轴转位方法,该方法不但可消除旋转轴垂直方向惯性器件误差对导航精度的影响,而且可减小旋转轴方向惯性器件误差引起的导航误差。基于单轴旋转调制原理,推导了非正交安装方法和正交安装方法的陀螺常值漂移和加速度计零偏在单轴旋转下引起的姿态误差,并对其进行分析,结果表明,在陀螺仪和加速度计常值漂移及零偏相同的情况下,非正交安装方法与正交安装方法相比,安装斜角为10°时72 h的定位误差降低约50%。     

基于视觉测量与神经网络的工业机器人位姿补偿

为提高六轴工业机器人的绝对定位精度，本文提出了一种利用视觉测量数据通过ELM(Extreme Learning Machine)神经网络实现机器人位姿补偿的新方法．利用固定在机器人末端的手眼相机获取机器人的末端位姿，并借助ELM实现机器人末端执行器从目标位姿到预测指令位姿之间映射，用修正转角代替原转角使机器人末端执行器运行至修正位姿，实现补偿．特别的是，对于使用的ELM，以网络预测均方误差为指标定量选取了网络的最佳参数．相比之前的方法，本文提出的算法具有能够同时高精度补偿姿态角及位置误差的显著优点．为验证该位姿误差补偿方法的有效性，本文进行了实验验证．结果表明，相比较于未补偿前的机器人末端位姿误差，经该方法补偿后的位姿误差被稳定控制在较低水平，平均位置误差降低89.1 %；平均姿态角误差降低96.8 %．除此以外，位置误差与姿态角误差的标准差也分别降低了85.66 %和93.24 %．     

基于多点动态捕捉的机器人关节位移与几何参数标定

机器人关节位移及几何参数误差是导致位姿出现误差的主要原因,对二者进行高精度标定可提高机器人的绝对精度．传统标定方法的精度受机器人位姿的影响,且需多次实验．本文提出一种基于多点动态捕捉测量的标定方法,可通过单次实验,同时标定串联机器人的关节位移和几何参数．首先基于多点动捕测量获取机器人各连杆上靶标点的3D坐标,结合罗德里格斯变换实现关节位移的求解．其次结合机器人运动学模型和坐标转换关系,实现几何参数误差小量的标定．对方程线性化处理以提高计算效率,并用最小二乘法降低噪声对结果的影响．最后通过对6自由度串联机器人进行仿真,验证了该标定方法的可行性．     

Creep Properties and Recoverability of Double-wall Corrugated Paperboard

This paper deals with the characterization of creep properties and recoverability of double-wall corrugated paperboard with A and B flutes at different combined conditions of the ambient temperature 20°C with four kinds of relative humidities and five kinds of constant compression loads. The main feature of this paper is the evaluation on the creep properties and recoverability of double-wall corrugated paperboard with A and B flutes by a series of experimental studies on creep testing apparatus, the analysis of effects of relative humidities and constant compression loads on creep properties and recoverability, and the establishment of mathematical model of creep and time curves. By using Method of the Least Square and Method of Nonlinear Regression, the piecewise experimental formulas of creep and time curves have been obtained. The work provides basic data and introduces important mathematical relationships relevant to design applications for protective packaging for transportation and storage of goods.