基于跑道平面结构化线特征的固定翼无人机视觉导航算法

针对固定翼无人机在着陆阶段的位姿估计的问题，提出了一种基于跑道平面结构化线特征的无人机视觉导航方法。结构化线特征包括跑道平面上的跑道边缘及共面的垂直于跑道边缘的单条合作标志线。利用单台固连在无人机上的前视相机对跑道区域进行成像，自动提取结构化线特征。在无人机降落前期利用完整的结构化线特征配置解算出无人机的六自由度位姿参数(偏航角、俯仰角、滚转角、纵向位置、横向位置、高度)，并在无人机降落到较低高度时，利用退化的结构化线特征(跑道边缘)解算出无人机的关键位姿参数(偏航角、俯仰角、横向位置、高度)。三维实景仿真实验证明，在距离机场距离为200m处，无人机的距离参数精度为<0.5m，角度参数精度为<0.1°。本文的方法充分考虑到无人机自主着陆过程中的成像特点，具有自动化程度高、工程实用性好的优点。     

一种基于单幅跑道图像的无人机降落位姿测量新方法

提出了一种在无人机降落并接近跑道的过程中,在已知跑道宽度的前提下,基于单幅跑道图像测量其位姿参数的新方法.通过分析跑道消影点与无人机位姿的关系,得到消影点的图像坐标与姿态角的关系.依据摄像机共线方程,推导出了无人机位姿与跑道的世界坐标方程系数及像直线方程系数的关系.通过合理假设,对位姿参数进行了简化,求解出无人机降落过程中的位姿状态.仿真实验结果证明,方法易于实现,可满足无人机自主降落导航的应用需求.     

基于磁强计测量的滚转弹药姿态估计

为了实时获得滚转弹药的飞行姿态信息,提出了一种速率陀螺与磁强计组合的姿态测量方案。该方案采用磁强计获得大地磁场强度在弹体三轴的投影及其变化率,结合刚体转动运动模型,利用最优估计技术获得了滚转弹药姿态信息。与单点测量方法相比,最优估计方法综合了测量信息序列,不会出现反三角函数双值失控现象,并可获得更高精度。仿真表明:陀螺无漂移时,俯仰角、偏航角的解算精度小于0.1°;采用低成本陀螺含漂移时,姿态角的解算精度小于0.4°。     

一种基于卡尔曼滤波的动态相对位置解算算法

在舰船海上校飞过程中,测量解算飞机相对舰船的位置会产生一定的误差。采用直接算法在解算中没有对粗大误差和GPS信号缺失进行处理,解算结果误差较大。提出了一种改进的相对位置解算算法。通过仿真实验,从方位角、俯仰角和距离3个方面,对改进算法的解算精度和直接算法的解算精度进行分析比较,仿真结果表明,改进算法能很好的提高相对位置解算精度。     

自主拦截无人机作战效能建模与影响因素分析

在自主拦截无人机初始设计阶段,为了更合理地对其总体设计指标进行分配,避免某些性能指标过高,在低成本下有更好的作战效能,采用HAHAYEB方法建立了拦截空中预警机的某自主拦截无人机的作战效能模型,利用计算结果对主要影响因素进行了分析。分析结果表明:导引头视场角、制导精度、隐身性能、飞行速度和战斗部特性对自主拦截无人机作战效能影响显著;自主拦截无人机要达到90%甚至100%的任务完成概率,其导引头视场角要达到30°,雷达反射截面积RCS≤0.05,突防距离要大于50 km,飞行速度要在3.5 Ma～4.5 Ma之间,巡航高度要在15 km以上,遭遇高度在10 km左右,战斗部威力半径大于20 m,制导误差要小于5 m。     

反舰导弹主从式协同攻击样式

针对群弹系统执行攻击任务时,从弹按照主从式协同攻击样式跟随领弹实施攻击,利用领弹与从弹的位置信息解算出相对距离和角度,依据相对距离和角度误差的动力学特性,建立了主从式协同攻击样式的非线性数学模型,采用输出线性化理论设计了主从式协同攻击样式的控制律,证明了该控制律及其内动态系统的稳定性.仿真表明,在领弹机动条件下,实现了对从弹的速度和弹道偏航角的控制,从弹能保持与领弹的相对距离和弹道偏航角均快速收敛并稳定到期望值.     

基于对偶四元数的单目视觉/惯性组合导航算法

提出一种适用于结构化道路的单目视觉/惯性组合导航定位算法.针对点特征匹配和连续多帧追踪受车速和相机视野制约的不足,提取道路上车道线的直线特征,引入对偶四元数描述直线特征.在基于对偶四元数的相对位姿估计算法的基础上,推导了图像特征增量与相机位姿增量的表达式.通过配准和时间同步,用惯导系统和相机分别解算的载体速度之差作为组合导航的观测量,建立kalman滤波修正组合导航系统的误差,包括相机测速标度因数误差.车载实验结果表明在结构化道路上算法是有效的.     

基于激光雷达的移动机器人实时位姿估计算法

提出一种基于二维激光雷达的移动机器人实时位姿估计算法。该算法首先将环境数据聚类为不同的障碍物,然后利用障碍物的特征匹配来关联相邻2帧的障碍物,最后通过优化位置序列间的方向角实现机器人的位姿估计。与ICP（迭代最近点）算法对比验证表明：该算法与ICP具有相同数量级的位姿估计精度,且明显提高了计算效率。     

低成本微小型无人机航姿测量系统设计

根据微小型无人机航姿测量需求,利用MEMS传感器设计了一种低成本的航姿测量系统．针对低成本MEMS陀螺仪本身漂移较大、容易发散、无法完成较长时间较高精度测量的特点,提出一种实时性强、计算量小的信息融合方法．利用地球重力场、地磁场2个参考向量,采用互补滤波对不同传感器的数据进行融合,实现提高该航姿测量系统测量精度的目的．实验结果表明,该航姿测量系统的更新速率达到450Hz,姿态角测量误差〈1°,航向角测量误差〈2°,能够满足微小型无人机航向和姿态测量需求．     

大椭圆航法及其导航参数计算

提出了基于地球椭球模型的大椭圆航法,采用解析几何中的空间向量分析,推导出了初始航向角、航程和偏航量的计算公式.算例分析表明,该公式可以解决航海中不同参考椭球下大椭圆航法的导航参数计算问题,航程计算精度高达10-3m.     

惯导速度信息辅助的被动雷达导引头量测误差抑制方法

针对被动雷达导引头由于受空间限制测角精度不高的问题,提出了一种基于弹目信息状态变量的扩展卡尔曼滤波方法。通过弹目信息状态变量(弹目距离、弹目视线方位角、弹目视线俯仰角)描述弹目相对位置信息,利用惯导速度信息构建基于弹目信息状态变量变化率的弹目相对运动模型。所提方法充分利用信息资源,抑制导引头量测随机误差,对于提高导弹的打击精度和攻击效果,具有重要的实际应用价值,仿真试验证明该算法的有效性。     

激光式头盔瞄准具瞄准线数学模型的建立

激光式头盔瞄准具具有结构简单、截获目标速度快、抗干扰能力强、便于实现光电转换的优点.为了进一步加深对激光式头盔瞄准/显示系统瞄准线解算技术的研究,建立了该系统瞄准线的数学模型,从而计算出头盔的方位角和俯仰角,并对相关的误差和系统的精度进行了分析估算,实践表明该模型对瞄准线的解算是完全满足要求的.     

针对不同视场辅助信标的无人机目标定位方法

针对无人机在单站测角测距的目标定位过程中受无人机姿态角误差影响较大的问题，提出一种对辅助信标进行探测并与惯性传感器相结合的无人机姿态求解方法。建立基于容积卡尔曼滤波的惯性传感器姿态求解模型，采用梯度下降法对基于辅助信标的无人机位姿参数进行求解，并综合它们的结果对无人机的姿态偏差进行估计和校正，最后完成了不同视场条件下的目标定位和仿真计算。结果表明，所提方法对无人机目标定位精度有明显提高。     

航空母舰载机激光和光电甲板着陆引导系统

甲板着陆引导系统的重要性航空母舰载机要安全可靠地降落在小至长36米、宽6米的运动着的甲板跑道上,谈何容易,它与飞机降落到地面上相比,会遇到许多特殊的困难: 其一,飞机必须对准跑道中线。飞机触舰地点距中线左右偏差必须在3米以内,否则飞机就有可能碰撞停在侧面甲板上的飞机或滑入海中。其二,飞机进场着陆时必须保持10°的降落角(即飞机下滑航路与甲板平面夹角)。在一般海情下,航母本身的晃动角已达10°。如果该晃动角和飞机着陆方向一致,则飞机就可能以高达20°的降落     

再入快速抵达轨迹优化设计方法

针对再入初始速度大、飞行时间约束苛刻的轨迹设计问题,提出一种基于遗传算法和攻角+倾侧角联合优化的再入快速抵达轨迹优化设计方法。该方法在再入初段利用较大攻角迅速减小弹道倾角和拉平弹道,在再入后段/滑翔段联合设计和优化攻角+倾侧角变化规律以显著降低终端飞行速度,同时满足终端高度、终端航向角、最大动压、最大热流等约束条件。该方法能够提升传统升力体飞行器再入快速到达能力并拓展其应用范围。仿真结果表明,在典型飞行器参数和较大初始再入速度条件下,全程飞行时间小于12 min,终端速度能够小于7Ma,横向机动距离超过800 km。     

改进型卡尔曼算法解算小型弹箭姿态角研究

弹箭飞行姿态参数的准确获取是实现精确高效打击敌方的重要前提。其中最重要的关键环节是姿态角的算法解算,决定着最后的精确导航。卡尔曼滤波算法是组合导航中最常用的解算算法,然而仍不能满足精度要求。为了进一步提高解算精度,提出通过BP神经网络对误差建模,进而修正卡尔曼滤波增益矩阵系数的改进算法。实验证明,应用于高速旋转弹姿态角测试,改进后的卡尔曼算法较传统卡尔曼算法精度提高了3°左右。     

一种负载型四足步行平台复杂地形静步态行走位姿调整方法

针对负载型四足步行平台位姿调整方法研究的不足,对其姿态调整过程及目标姿态角选择进行了研究。首先,在步行平台运动学及足端活动空间分析的基础上,利用支撑腿形成的支撑平面对地形进行感知,结合步态参数三角形及下一摆动腿的运动学裕度得到平台期望位姿及摆动腿起步点位置;然后,将步行平台位姿调整过程分为减速、调整及重新规划3个阶段,结合边界条件对各阶段机体轨迹进行规划;最后,对步行平台复杂地形静步态行走进行了仿真。结果表明:步行平台行走过程中依据地形特征不断调整姿态,平稳通过了复杂地形,验证了所提位姿调整方法的合理性。     

基于距离和定位的双/多基地雷达定位精度分析

对双基地制导雷达距离解算精度进行系统仿真,针对在基线附近无法高精度定位的问题,介绍了利用多站距离信息数据融合算法。通过多站定位和数据融合,仿真结果表明这种优化算法可获得较高的距离解算精度,很大程度上提高了基线附近距离定位精度,提高了系统的定位性能和抗干扰能力。     

基于双滑模变结构的旋转靶弹双通道控制

针对旋转靶弹低空飞行姿态难以快速调整以及参数摄动的问题,基于内外环的双滑模变结构方法,设计了旋转靶弹的双通道控制器。基于非线性模型,对靶弹快速变化的攻角和侧滑角以及慢速变化的高度和偏航距离分别设计了一种积分型滑模面,并采用指数趋近律减轻系统的抖振,利用Lyapunov稳定理论证明其稳定性。非线性仿真结果表明,该设计控制方法能快速准确响应控制指令,且在参数摄动时表现出较强的鲁棒性。     

自行高炮火控系统动态精度模拟中的视觉测量方法

身管指向测量是实现自行高炮火控系统精度闭环测试中的一个难点,提出了一种基于计算机视觉技术的自行高炮身管指向动态测量方法。首先分析了身管及标志物位置关系,然后提出了基于九步旋转的身管指向角解算方法,最后针对实际中初始高低角解算不稳定的问题,提出了多幅图像联合寻优求解的方法。实验结果表明:所提方法高低角测量精度可达2 mil,基本满足实际要求。