晃荡

本文列举了诸多工程领域中的液体共振运动现象,详细探讨了船舱中伴有剧烈流动的晃荡问题.描述了基于理论分析的非线性多模态方法,该方法便于波动稳定性分区、多分支解和物理稳定性的研究.强调了方形舱、垂向圆柱舱以及球形舱内伴有旋转和混沌(不规则波动)的三维流动的重要性.晃荡引起的砰击涉及到各种各样的内流条件,这些条件随液体深度与舱体长度之比而变化.针对棱柱状LNG舱,讨论了许多与流体力学和热力学参数、影响砰击载荷效应的水弹性以及模型实验缩尺比的物理现象.     

闭环硅微加速度计非线性补偿（英文）

为了降低闭环硅微加速度计的非线性,分析了其主要误差源并提出了相应的补偿方法。首先,分析了闭环状态下检测质量块偏离几何中心位置所造成的非线性问题,并确定了电路零位是主要误差源;其次,利用闭环反馈控制进行了非线性的优化分析;最后,提出了非线性补偿的工程调试方法。离心试验结果表明,采用该调试方法可将加速度计的非线性减小一个数量级以上。该结果验证了非线性误差分析和补偿方法的有效性,且适用于同批次加工的其它加速度计。     

受迫简谐响应分析中的特征值问题（英文）

无阻尼结构的受迫振动的共振频率与自由振动的特征值直接相关。在频域响应谱中,共振频率对应于响应峰值位置。指出频谱中的低谷(相对最小值)对应的频率也可用特征值问题求解。当最小值为0时,对应的频率是著名的反共振频率。另一种可能是,处于两个共振频率之间存在非零的最小响应,对应的频率称为最小响应频率。基于特征值问题的列式,反共振频率或最小响应频率的灵敏度分析可以直接通过已有的特征值灵敏度分析方法求解。给出了详细的数学推导并通过数值算例验证。     

原煤微生物产气过程的有限元模拟（英文）

简要介绍了我们近年来基于有限元法开展的地学计算研究新进展,重点在于原煤裂隙介质中微生物反应与流体流动耦合过程的数学模型及其在模拟微生物产气过程中的应用。原煤微生物产气过程包括以下四个主要阶段:水解,酸化,有机酸和醇类降解为乙酸,最后生成甲烷。该生化反应的主要成分是固态的煤和微生物,液态的降解煤、中间产物、醋酸和水,以及气态的CH4和CO2。基于质量守恒定律,导出了描述原煤微生物产气耦合过程的偏微分方程,在有限元软件PANDAS平台基础上求解,并应用于模拟和分析原煤中微生物产气过程。数值模拟结果表明了本文提出的算法的有效性。     

空中对准方案的误差分配分析方法（英文）

舰载机进行紧急作战任务时,可能会先快速起飞,然后再进行空中对准。为了保证对准结束进入惯性导航模式后,惯导系统能够达到一定精度指标,对准结束时刻的姿态信息需要达到一定的精度要求。空中对准过程一般可分为粗对准和精对准两部分,对准结束时刻的姿态精度由粗对准结束时刻的导航误差、惯性器件误差、重力场模型误差和对准过程中的飞行机动等多个因素决定。首先利用设计的协方差分析方法,对两种不同空中对准方案进行误差分配,并通过Monte-Carlo仿真技术对误差分配结果进行了验证。仿真结果说明了提出的误差分析方法是正确的,为空中对准方案的改进方向提供了借鉴作用。     

基于输入成型的挠性航天器自适应姿态控制（英文）

针对快速调姿挠性航天器的姿态控制问题,提出一种基于输入成型的自适应姿态控制方法,解决俯仰、偏航、滚转三通道的控制耦合问题,抑制航天器挠性振动、提高姿态控制精度。首先,建立了考虑弹性振动、执行器故障及惯量不确定性的挠性航天器姿态动力学模型。基于欧拉轴角提出一种姿态机动参考轨迹设计方法,避免了俯仰、偏航、滚转三通道的耦合问题。通过多模输入成型方法对姿态机动参考轨迹进行修正,以抑制航天器弹性振动。采用自适应容错控制方法对修正后的参考轨迹进行跟踪,以实现挠性航天器快速姿态机动任务。数值仿真结果表明,与传统PD姿态控制方法相比,所提出的基于输入成型的挠性航天器自适应姿态控制方法可将残余弹性振动幅值和姿态控制偏差降低两个数量级,验证了该方法的有效性。     

斜置IMU两位置零位调试算法（英文）

相对于传统正交安装方式,斜置IMU使得惯性测量信息具有更好的可观测性,却为零位辨识增加了难度。针对斜置安装方式的特殊性,提出了斜置IMU两位置零位调试算法。该算法只需选用2个位置,即可估算出IMU的零位。由于同时考虑了安装误差,理论上具有较高的精度,验证试验结果也表明,"两位置"法与"24位置"法精度相当。该算法可以对零位进行便捷调试,已经在工程中推广应用。     

精密线振动台输出误差建模与分析（英文）

精密线振动台作为惯性元件的专用测量设备,用来生成惯性元件测试所需的高过载加速度。精密线振动台的设备误差会影响测试精度,为了在现有设备条件下进一步提高测试精度,对振动台输出误差进行了建模。通过对振动台误差源的分析和误差传递的研究,建立了振动台输出误差模型,并通过对实测数据的分析验证了模型的有效性,提出了使用误差模型提高振动台测试精度的相应建议。     

基于自适应遗传算法的三轴磁强计校准（英文）

针对MEMS磁强计的精度无法满足姿态测量系统的航向角测量要求,对磁强计的误差来源进行了模型化分析,设计了一种基于自适应遗传算法的空间椭球磁强计校准方法。首先,采取自适应遗传算法,对磁强计测量的原始数据进行空间椭球的拟合,用估计的参数进行刻度系数、软磁干扰、硬磁干扰与零位偏置的综合误差补偿。其次,利用最小二乘法求解出非正交轴的方向余弦,进行非正交误差和安装误差的补偿。最后,将该方法应用到某姿态测量系统中,分别用未补偿和补偿后的数据进行姿态测量实验,实验结果表明该方法准确计算出磁强计的误差参数,使补偿后的航向角精度提高了6.8倍。     

基于新的圆锥补偿结构的姿态算法（英文）

提出基于一种新的圆锥补偿结构的捷联惯导姿态算法。与传统的姿态算法不同,新算法中同时引入了角速率和角增量用于圆锥补偿(适用于角速率输入或角速率和角增量同时输入)。基于所提出的圆锥误差补偿结构,引入时间泰勒方法进行圆锥误差补偿优化设计,并定义了两种性能评价模型,以分别用于一般圆锥和机动环境下的姿态算法性能评估。将新的姿态算法与传统角增量输入的姿态算法通过仿真进行了对比分析,结果表明,在相同的采样频率和姿态更新周期以及相同的圆锥和机动环境的条件下,新的五子样姿态算法的性能明显优于传统角增量输入的五子样姿态算法。     

面向多目标跟踪的多传感器优化布局算法（英文）

为解决多目标跟踪中的多传感器布局问题,提出一种基于均匀设计和区域划分的多传感器优化布局算法。鉴于每一架无人机配有多个传感器以得到测量数据,因此可将每一架无人机视为一个移动传感器节点。提出的多传感器优化布局算法主要分为传感器的一次优化、二次优化和实时路径规划三步,实现了传感器的最优部署,为每个传感器实时分配最佳可观测目标群,并引导每个移动传感器以最佳方式跟踪运动目标。仿真结果验证了该算法的可行性,且与传感器一次优化布局相比,二次优化可获得更合适的传感器位置,当目标机动时不易丢失目标,实现了传感器的复用,节省传感器资源。     

自适应交互式多模型AUV组合导航算法（英文）

提出了一种基于期望模式修正(EMA)的改进交互式多模型(IMM)算法。该算法主要解决自主水下航行器(AUV)复杂工作环境下量测噪声统计特性未知或易发生变化时的状态估计问题,其核心思想是将期望模式修正机制和交互式多模型滤波算法相结合,利用状态估计过程中的获取的模型概率进行决策,得到更加接近与系统真实模式的期望模型集合,再通过期望模型集合滤波结果对固定模型集合滤波结果进行修正。与传统的交互式多模型算法相比,提出的基于期望模式修正的交互式多模型算法可以捕捉到系统模式更细微的变化。仿真结果表明,该算法可以大幅提高AUV组合导航系统的估计精度和稳定性。     

陀螺电机动压气体轴承刚度测试方法改进（英文）

动压气体轴承陀螺电机的气膜刚度是评价轴承承载能力的关键指标。针对H型动压气体轴承陀螺电机气膜刚度测试方法存在测量精度和重复性差的问题,提出了刚度测试工装是保证刚度测试重复性精度的一个重要方面,刚度测试工装的加工和装配精度、材料的热变性和应力变形都是影响气膜刚度测试准确性的主要因素,在设计时必须考虑。通过对现有刚度测试工装材料、结构和方法的优化改进和仿真分析,验证了采用改进后的刚度测试工装和方法更有利于提高了轴承刚度测试的重复性精度。     

基于MEMS惯性传感器的高精度步长估计算法（英文）

针对传统计步算法精度低适用性不高的问题,提出了一种基于MEMS足部定位模块的高精度自适应步长估计算法。首先通过分析行人步态的周期特征,精确地判断每个步态周期中单脚离地和落地的时间差值,采用零速更新法结合时间阈值、加速度阈值和加速度方差阈值进行步态检测;然后对转换后地理坐标系下传感器信号进行双重积分,计算出行人每一步的空间轨迹,无需进行前期步长数据采集或者生物模型参数提取,即可实现对行人步长的精确估计。在AHRS_box惯性传感器模块上进行了实验,结果表明该算法估计得出的步长和行走距离误差均小于2.5%,证实了该算法的有效性。     

偏振光传感器与微惯性器件组合导航技术（英文）

微惯性系统由于成本低,可靠性高,尺寸小等等优点成为目前研究的热点。但是微惯性系统不能提供正确的航向角,所以无法单独完成初始对准。而仿生偏振光传感器通过计算可得到航向角,并且偏振光传感器的误差不发散可以抑制微惯性器件的误差发散,所以把偏振光传感器和微惯性系统进行组合有很多优点。实验结果验证了偏振光导航传感器的数据是不发散的,并根据偏振光导航传感器提供的航向角完成了初始对准。在导航状态中,里程计用来提供水平速度,并通过卡尔曼滤波将偏振光导航传感器、微惯性系统和里程计组合。最后,通过实验验证了该组合导航系统的可行性。     

用于MEMS陀螺阵列信号处理的OBE平滑算法（英文）

为提高MEMS陀螺的精度,提出了一种基于最优定界椭球(OBE)的平滑算法,并将其用于陀螺阵列信号的处理。首先,利用多个相同型号的MEMS陀螺构成阵列,测量同一角速率信号,并建立数据融合模型。对于融合问题而言,噪声统计特性的不确定会导致传统融合方法精度下降。为解决该问题,引入仅要求噪声未知但有界的集员估计理论,结合RTS平滑思想,提出一种新的平滑算法作为融合方法,它由前向滤波和反向平滑两个过程构成:前者采用集员估计理论中的OBE滤波估计角速率,后者则逆序执行OBE算法进一步提高估计精度。实验表明:该方法能够将陀螺的静态漂移由0.5130(°)/s降低到0.1368(°)/s;动态条件下,在有效跟踪载体角度变化的同时,将漂移由0.5343(°)/s降低到0.1704(°)/s,显著提高了陀螺的使用精度。     

伪静态环境凝固惯性系快速对准算法（英文）

惯性导航系统在开始工作时需要进行初始对准从而确定初始姿态。提出了一种与经典的对准算法如陀螺罗经或卡尔曼滤波技术不同的凝固惯性系快速(IF3)对准算法。可在任意初始误差条件下进行对准,且能适应高频扰动环境。将姿态矩阵分解成地球自转、惯性速率和对准矩阵三个部分。对准矩阵依靠两组分别处于不同惯性系里的观测向量确定。通过采用前置平滑滤波、层叠采样和二重积分技术,对准精度显著改善。在载车发动机怠速运行和人员上下车扰动条件下,60 s 对准误差优于 1 mil (1s ),180 s 对准误差优于 0.6 mil(1s ),300 s 对准误差优于 0.4 mil(1s )。实验结果证明了 IF3 对准算法的快速性、准确性和鲁棒性。     

基于虚拟圆球模型的横向极区导航方法（英文）

为减小传统横向极区导航中地球模型引起的主要误差,通常采用椭球地球模型以及复杂的横向转换。基于惯性导航计算中地球半径与速度密切相关的事实,提出利用虚拟圆球模型简化横向转换,通过速度补偿减小因模型简化而导致的原理性误差。在载体位置处以卯酉圈半径为半径,构造了一个虚拟圆球,提出了基于虚拟圆球模型的极区横向导航算法。详细推导了采用虚拟圆球模型的改进横向极区导航的姿态、速度和位置微分方程。同时,采用扩张系数来补偿载体的速度。对基于圆球模型、椭球模型以及虚拟圆球模型的三种横向导航方法进行了比较。数值仿真结果表明,该方法简化了椭球模型方法的复杂编排,其导航精度优于传统圆球模型方法,与椭球模型方法一致。     

捷联惯导系统改进回溯快速对准方法（英文）

快速性是捷联惯导系统初始对准的一项重要指标。回溯算法通过存储一段时间的陀螺仪和加速度计的数据,并反复加以利用的方式,有效缩短了对准的时间。为了进一步提高初始对准的快速性,设计了一种快速回溯对准方法(FBA)。优化对准方法被用于算法的粗对准阶段,为回溯罗经法精对准提供较为准确的初始姿态,进而提高罗经回路的收敛速度。分析了回溯算法的基本原理,设计了快速回溯对准算法的实施过程。实验结果表明,提出的算法能够降低回溯次数,大大减少对准所需的数据量,使得对准的快速性进一步提高。     

基于GNSS的列车定位信号完好性提高方法（英文）

全球导航卫星系统(GNSS)应用于铁路领域,能够为列车运行控制系统提供实时的位置信息。同时列车定位应当满足一定的安全标准,因此如何提高基于GNSS列车定位的完好性就显得尤为重要。首先,介绍了目前传统的列车定位方式和应用方法;其次,基于D-S证据理论和列车轨道卫星数据库提出了一种新的提高列车定位完好性的方法。最后,通过仿真和实验验证表明:该方法对GNSS在铁路领域的应用具有重要的参考价值。