基于智能滤波技术的抗高过载陀螺信号处理方法

陀螺作为捷联惯性导航系统的关键传感器,其测量精度直接决定了整个系统的性能和精度指标。针对舰船高过载环境下捷联惯性导航系统陀螺输出信号出现畸变的问题,提出一种基于BP神经网络技术的陀螺信号智能模拟滤波方法。该方法根据系统加速度计输出值对舰船运动状态进行判断,当其输出小于设定阈值时,视为非过载环境,此时将陀螺输出用于导航计算并作为BP神经网络在线训练样本,以保证网络参数与当前舰船运动态势的一致性;否则视为进入高过载环境,并利用之前最新训练好的BP神经网络模拟当前陀螺信号输出,保证捷联惯性系统的平稳工作。采用智能模拟的优点是:数据并行计算速度快,不需要改变系统硬件条件。半物理仿真试验结果表明:该方法在加速度计输出为5⁵0g的高过载环境下,可有效改善陀螺输出信号出现畸变的问题,实现舰船运动状态的实时模拟。     

蜂窝夹层板撞击极限方程预测能力的提升

蜂窝夹层板撞击极限方程是空间碎片撞击航天器风险评估的关键技术,目前描述其预测能力的指标主要有总体、安全预测正确率和绝对、相对误差。基于131个蜂窝夹层板的实验数据,分别描述各个预测指标在方程系数空间的变化特征,并采用层次化思路进行方程预测指标提升的探讨。结果发现,进行方程优化时,预测概率型指标可精确优化,而预测误差型指标可快速优化;总体预测正确率作为首要预测指标可优先用于研究航天器的在轨防护特性,而安全预测正确率作为首要指标则可优先用于其设计安全性。     

空间微小碎片累积撞击损伤效应加速模拟研究

利用等离子体驱动微小碎片加速器对太阳同步轨道上太阳电池在轨10年遭遇微小碎片超高速撞击的累积损伤效应进行了加速模拟, 获得了电池性能参数的损伤结果, 并与所建立的损伤评估模型的预测结果进行了分析比较, 二者基本一致.     

液滴撞击固体表面铺展特性的实验研究

利用高速摄影仪记录了不同液滴撞击固体表面的形态变化过程, 并探讨了液滴撞击参数对撞击过程液滴形态的影响. 结果表明: 液滴黏度对液滴铺展过程起着决定性作用, 液滴表面张力对液滴铺展后的回缩起到主导作用, 两者的共同作用决定着液滴的震荡特性; 撞击速度的提高会增大液滴的最大铺展因子, 但达到最大铺展的时间因表面张力的不同呈现不同变化规律.     

碎片超高速撞击防护结构粒子场三维重构

为模拟空间碎片超高速撞击航天器防护结构表面材料喷射/溅射粒子场演化过程,并获取粒子场相关物理信息,基于粒子场同轴激光全息图像开展了碎片撞击过程的三维重构技术研究.首先对全息图像进行边缘剪切和缩放,将其划分为分辨率300×300左右的子图像以便于进行网格剖分;对于粒子堆叠区域子图像,采用基于三角化的网格剖分算法;剖分后形成的单一粒子采用Sobel算子提取其二维轮廓,然后将其投影到特定的三维空间形成三维形体;基于MAXScript语言实现了粒子场演化过程模拟.重构结果表明,无论是粒子场静态三维重构结果还是其演化过程均与撞击试验全息图像吻合较好,从而验证了该重构技术的有效性,为研究空间碎片对航天器防护结构的损伤效应提供了一种新的思路.     

Two-step pose estimation method based on five reference points

A two-step method for pose estimation based on five co-planar reference points is studied.In the first step, the pose of the object is estimated by a simple analytical solving process.The pixel coordinates of reference points on the image plane are extracted through image processing.Then,using affine invariants of the reference points with certain distances between each other,the coordinates of reference points in the camera coordinate system are solved.In the second step,the results obtained in the first step are used as initial values of an iterative solving process for gathering the exact solution.In such a solution,an unconstrained nonlinear optimization objective function is established through the objective functions produced by the depth estimation and the co-planarity of the five reference points to ensure the accuracy and convergence rate of the non-linear algorithm.The Levenberg-Marquardt optimization method is utilized to refine the initial values.The coordinates of the reference points in the camera coordinate system are obtained and transformed into the pose of the object.Experimental results show that the RMS of the azimuth angle reaches 0.076°in the measurement range of 0°-90°;the root mean square(RMS) of the pitch angle reaches 0.035°in the measurement range of 0°-60°:and the RMS of the roll angle reaches 0.036°in the measurement range of 0°-60°.     

基于天文观测的相机标定及姿态测量技术研究

为利用相机进行天文观测以实现高精度的相机姿态测量,必须先对相机参数进行精确标定。针对传统相机标定方法工作距离有限的问题,提出了以恒星为控制点的相机标定方法,根据球面天文学方法计算观测时刻控制点的世界坐标,利用摄像测量原理建立了恒星观测模型,求解相机的内外参数并分析了误差因素。实验结果表明,该标定方法在不依赖于精密、复杂的外部设备情况下可达到较高精度,并具有较强的抗噪声能力。将标定结果用于天文观测并求解相机姿态,航向角和俯仰角的解算重复性优于10″,能够满足高精度姿态测量的需求。该方法可进一步推广应用于星敏感器的标定。     

撞击流中颗粒碰撞传热理论模型研究

建立了考虑颗粒接触面导热的颗粒碰撞传热模型,相应完善了气固两相撞击流理论模型,并对不同条件的撞击流干燥过程进行了模拟。计算结果与实验结果非常吻合,从而验证了所建模型的正确性。本文还分析了颗粒碰撞传热、加料方式以及喷嘴间距对撞击流干燥性能的影响规律。结果表明:在本文所涉及的撞击流干燥过程中,颗粒碰撞传热对干燥性能的影响并不明显;单边加料时颗粒物料的降水幅度及撞击流装置的干燥强度都明显大于双边加料的工况;喷嘴间距较大时,物料的降水幅度及装置的干燥强度均较大。     

壳体翻滚失准角模型最小二乘辨识方法

为了提高空间稳定惯性导航系统的姿态角测量精度,建立了壳体翻滚失准角模型,给出了从壳体翻滚失准角幅值和初始相位到当地水平坐标系下的姿态转换矩阵的传递规律.利用静态下平台运动学方程中壳体翻滚失准角与框架角的定量关系,进行了壳体翻滚失准角模型最小二乘辨识方法仿真,结果表明模型系数估计精度是足够的.针对实验系统,经过模型补偿,姿态角计算误差峰峰值小于0.5′.     

敏感器正常和故障模式下微小卫星的姿态确定方法

围绕某日-地空间环境组网探测系统中微小卫星定姿系统的设计需求,基于MEMS陀螺、小型CMOS太阳敏感器、微磁强计,研究了该微小卫星各敏感器正常工作模式以及敏感器故障模式下的系统建模和姿态确定方法。各敏感器正常工作模式下,用陀螺、太阳敏感器和磁强计进行组合定姿;陀螺故障时,用太阳敏感器和磁强计进行组合定姿;太阳敏感器故障时,用陀螺和磁强计进行组合定姿;陀螺/太阳敏感器同时故障时,用磁强计进行定姿。仿真结果表明,本文定姿方法的姿态确定精度满足该系统中微小卫星在轨运行时的定姿精度要求,为该微小卫星的半物理仿真系统的研究及其在轨运行时的姿态确定提供了依据。