单程光速测量原理及其实验方法

自伽利略提出双程光速测量原理以来,400年间人们一直未能进一步解决单程光速测量原理难题,其原因是由于人们陷入了测量单程光速必须引入另一已知速度的对钟信号来同步异地时钟的思维误区;尤其是爱因斯坦提出用光信号对钟和同时性的定义以后,人们在这一迷途上走得更远.在分析的基础上,笔者认为要解决这一问题必须另辟蹊径,并提出了一种全新的单程光速测量原理和实验方法.在这一原理中,把单向运行的光既作为被测速对象,又作为时间标准和对钟信号,从而使单程光速的测量和检验光速是否与方向有关成为可能.     

宋代超新星爆发事件与光速不变原理

光速不变原理包含两点内容:1)光速与光源运动无关;2)光速不依赖于观察者所在参考系,文中讨论了这两点之间的区别.指出了宋代超新星爆发事件只能为证明“光速与光源运动无关”提供参考,而不能证明整个光速不变原理.澄清了对光速不变原理的一些不清晰的认识.     

谈光速不变原理及其解析方法

由于人们缺少高速运动的实践，大多数人接受光速不变原理是勉强的．本采用速度的传统定义．即路程与时间的比值．以洛化兹变换，求得光速不变原理．旨在使人们更容易的认识狭义相对论的这一基本原理。     

超光速运动和狭义相对论的局限性

近年来,实验和观测已发现了多种超光速现象,这是科学研究中的一个新的前沿.笔者对超光速理论作了简单的回顾,指出洛仑兹变换中的时间定义不是物理学的唯一时间定义,还可以用一种推广的Galilean变换(GGT)定义另一种物理学时间.当描述超光速粒子(快子)运动时,GGT的时间箭头总是正向的,不会出现时间倒演问题.GGT变换是洛仑兹变换的一种非标准形式,也是洛仑兹物理思想的继承和发展.物理学家已普遍承认:真空不空.如果把真空称之为"以太场",这仅仅是一个术语问题.以太场具有复杂的量子特性,它与超光速运动之间可能存在某种内在的联系.近年来各国对中微子质量平方作了精确测量,全球实验的平均结果为负值,由此可以推测中微子可能就是超光速粒子.介绍了中微子作为自旋为1/2的超光速粒子的一种Dirac型方程及其量子性质,为弱相互作用中宇称不守恒的事实作出了新解释.     

运动物体参数估计与跟踪的线对应新算法

在分析刚体平面运动前后对应直线参数关系的基础上,提出了用直线对应原理估计物体运动参数的新算法. 线对应法可以同时估计物体的平移和旋转参数,这一点是传统的点对应和其他方法难以实现的. 推导出对运动物体自动跟踪的迭代公式,在跟踪过程中用齐次坐标实现了坐标系转换和运动合成的一体化. 仿真实验证明,在大噪声环境下这一算法仍然可以获得相当精确的运动参数.     

光在运动镜面上的反射规律

根据相对论时空坐标变换及光速不变原理 ,推出了光在运动镜面上反射时遵从的规律。     

光在运动镜面上的反射规律

根据相对论时空坐标变换及光速不变原理，推出了光在运动镜面上反射时遵从的规律。     

基于时-空关系的精密测量技术及光频测量的新途径(摘要)

在光和电磁信号传输的高准确度、稳定度和高速度的基础上,常常可以以它们为中介实现长度-时间转换的精密测量.例如,用无线的方法实现的精密定位和导航就是很好的例子.被测的长度量常常表现为相应信号的传输时间和典型的传播速度,如光速的乘积.但是,近年来由于频标技术的发展和高精度频率源的广泛使用,对于频率信号的比对和测量精度的要求越来越高.测量精度常常接近于或者优于ps以及在现有的测量技术中设备的成本的降低使得我们发展了一种基于时间-空间关系的时间间隔测量技术.这是考虑到短时间间隔在传输延迟上的可测性以及对于测量方法的可控性来实现的.纳秒到皮秒的测量分辨率从时间间隔的角度来看是很短和很精密的,具有测量上的难度.但是,以信号传播的高速度如光速为中介,纳秒和皮秒所对应的信号传输延迟分别是大约30 cm和0.3 cm.这样的长度信号正好是很便于测量和处理的.所以利用信号的传输延迟通道,把短的时间间隔转换成为长度量进行测量和处理是一种有效的测量途径.传输延迟通道既可以被量化分段,又可以作为信号进行模拟方式的比对载体.经过大量的实验,以常用的同轴电缆作为传输延迟通道的时候信号的传输速度比光速要慢,根据导线的不同常常是20 cm/ns左右.通过这种测量技术的发展,探讨了在不同传输媒介中的信号传输速度及其稳定度.     

编队飞行卫星自主相对导航算法研究

提出一种基于类GPS敏感器星间相对距离测量的编队飞行卫星相对位置、速度和姿态自主确定算法.在编队飞行卫星之间无相对速度测量时,利用两点相对轨道状态测量信息,建立相对轨道和姿态运动方程以及星间相对测量方程,推导了编队飞行卫星相对导航UKF(Unscented Kalman Filter)算法,估计其相对轨道和姿态等导航信息.并进行了数学仿真,仿真结果表明,该算法简单可靠,能够满足高精度编队飞行卫星相对导航要求.     

弹丸扭度自动测量系统的设计

基于弹丸几何尺寸测量系统的设计,研制了新型弹丸扭度测量系统。该系统集光、机、电于一体,设计了高精度的垂直运动--水平运动双坐标台（即X-Y双坐标台）和精密微位移调整装置及显微镜成像系统,实现了自动精密测量。本文详细论述了系统的工作原理及组成、总体结构及控制系统设计,并进行了精度分析,有效提高了测量速度和精度。     

INS/Vision相对导航系统在无人机上的应用

提出了一种考虑视觉导航设备输出时间延迟问题的INS/Vision相对导航方法,推导了长机与僚机之间的相对惯导方程.给出了长机与僚机之间相对视线矢量测量原理,僚机上设置若干特征光点,长机上的视觉导航设备通过对特征光点观测,得到相对视线矢量.应用扩展卡尔曼滤波融合相对惯导信息和相对视线矢量信息,估计出长机与僚机之间的相对姿态、相对速度和相对位置.针对视觉导航设备量测量存在时间延迟的问题,给出了延迟后量测量与惯导信息融合的方法,最后通过仿真研究证明了该相对导航方法的有效性.     

一维静态惯性场中的相对论

利用局部惯性系讨论了非惯性系中的光速。利用惯性系时间的均匀性，证明了非惯性系中因惯性场的存在而造成的时间非均匀性。利用狭义相对论导出了一维惯性场的度规函数，并将其用于匀可惯性场，获得了匀强惯性场的零世界线微分方程和光速函数。分析了匀强惯性场中的非欧几里德平面几何后的弯曲图象；通过积分求得了匀强惯性场的光锥曲线族方程，并在二维时空超平面上获得光锥图，从中看出了度规函数依赖于参照系选择的特征和超光速变换的不可能性。     

物质运动、引力势和时空结构的相对性——惯性力、“暗物质”,“暗能量”等的本质(英文)

基于当场测定的光速不变以及引力不是超距作用,引出两个原理:①极限相对固有速度取决于相对局域宇宙引力势;②物质运动会伴生引力势.结合能量守恒,澄清了能量在不同时空结构之间的变换关系,进一步验证了这两个原理,并由此澄清了惯性力的本质;通过分析由天体和星际物质整体运动引起的附加局域宇宙引力势,推导出"暗物质"和"暗能量"与时空结构之间的关系并解释其本质;在不同时空结构之间建立了更严格的时间间隔以及空间间隔变换关系,且澄清了其物理意义,并推导出了精确的相对固有速度的合成关系;由原子核中各个层次粒子的运动与局域宇宙引力势之间的相互作用解释了强相互作用、弱相互作用以及引力之间的基本关系;针对静态球对称引力场推导出爱因斯坦场方程的精确外部解,结果否定了宇宙中存在黑洞的可能性;从函数关系及物理意义上确定了弱场近似的假设条件在Schwarzschild度规中所引入的误差,该误差随着引力场强增大而增大,在极端的高场强情况下误差太大导致Schwarzschild度规失效.     

引力势、物质运动与时空结构 物质运动与引力势之间的基本关系

根据时空结构的相对性,由分析物质运动与宇宙时空结构之间的关系导出两个定理,确定物质粒子被外力作用所能获得的相对固有速度的极限取决于其所处时空结构的相对局域宇宙引力势.局域宇宙引力势不仅与宇宙中物质的分布有关,而且与它们的各种形式的运动都有关,物体的整体运动也会产生附加引力势而导致时空结构的变化,由此澄清了惯性力的本质.由能量守恒进一步检验证实了这两个定理,澄清了当场测定的真空中的光速不变的物理本质,并指出洛伦兹变换的适用条件.以局域宇宙时空结构之间的相对关系为基础分析了物质运动、能量和局域宇宙引力势之间的基本关系.推导出相应的速度相加法则.用本文的时空变换关系取代Schwarzschild度规,得到的理论预期值与针对广义相对论的四个经典检验的数据相符,并证明了其合理性.     

Dynamic modeling and simulation for the rigid flexible coupling system with a non-tip mass

The rigid flexible coupling system with a mass at non-tip position of the flexible beam is studied in this paper. Using the theory about mechanics problems in a non-inertial coordinate system, the dynamic equations of the rigid flexible coupling system with dynamic stiffening are established. It is clearly elucidated for the first time that, dynamic stiffening is produced by the coupling effect of the centrifugal inertial load distributed on the beam and the transverse vibration deformation of the beam. The modeling approach in this paper successfully solves problems of popular modeling methods nowadays: the derivation process is too complex by using only one dynamic principle; a clearly theoretical mechanism for dynamic stiffening can't be offered. First, the mass at non-tip position is incorporated into the continuous dynamic equations of the system by use of the Dirac function and the Heaviside function. Then, based on the conclusions of orthogonalization about the normal constrained modes, the finite dimensional state space equations suitable for controller design are obtained. The numerical simulation results show that: dynamic stiffening is included in the first-order model established in this paper, which indicates the dynamic responses of the rigid flexible coupling system with large overall motion accurately. The results also show that the mass has a softening effect on the dynamic behavior of the flexible beam, and the effect would be more obvious when the mass has a larger mass, or lies closer to the tip of the beam.     

基于李代数的人体手臂惯性动作捕捉算法

为了实现实时人体手臂动作捕捉,提出了一种利用惯性传感器实现人体手臂动作捕捉的方法.利用惯性测量单元(IMU)解算出的四元数信息,得到手臂腕部、肘部和肩部关节点的位置.将惯性数据通过蓝牙无线通信方法传到上位机.采用具有毫米级动作捕捉精度的OptiTrack光学动作捕捉设备,得到人体手臂的位置数据,并将其作为基准位置数据.将IMU坐标系下解算出的位置信息变换到OptiTrack坐标系下进行对比.结果表明,该方法适用于自由活动环境下的动作跟踪,具有较高的动作捕捉精度.     

航天器对接试验台三轴姿态调整锁定机构研究

针对航天器特性、试验台系统技术要求及对接初始姿态设定的要求,研制了一套三轴姿态调整锁定机构,实现调整过程简便、解锁迅速、质量轻、安全可靠、精度高．采用D—H坐标系建立了动力学模型,进行了初始结构和驱动参数设计．在此基础上,应用虚拟样机技术对机构进行了设计可行性验证及进一步参数优化．仿真表明根据空间机构原理设计的三轴调整锁定机构能够达到指标要求的运动空间,无运动死点,结构合理,空间对接前解锁迅速．以驱动力作为优化目标,通过敏感度分析,确定了合理的优化结构参数,使机构所需驱动力下降了7．8％,并且转臂和连杆结构质量轻、安装灵活方便．     

New autonomous celestial navigation method for lunar satellite

Celestial navigation system is an important autonomous navigation system widely used for deep space exploration missions, in which extended Kalman filter and the measurement of angle between celestial bodies are used to estimate the position and velocity of explorer. In a conventional cartesian coordinate, this navigation system can not be used to achieve accurate determination of position for linearization errors of nonlinear spacecraft motion equation. A new autonomous celestial navigation method has been proposed for lunar satellite using classical orbital parameters. The error of linearizafion is reduced because orbit parameters change much more slowly than the position and velocity used in the cartesian coordinate. Simulations were made with both the cartesiane system and a system based on classical orbital parameters using extended Kalman filter under the same conditions for comparison. The results of comparison demonstrated high precision position determination of lunar satellite using this new m     

卫星导航接收机测速精度测量方法研究

以GPS为例,研究卫星导航接收机动态测量精度的测量方法。讨论了被动式导航接收机的测速原理,阐述了卫星导航信号模拟源产生信号的基本方法,说明通过调节模拟源中各延迟环节的时延量,即可模拟产生相对于载频的频偏,以此作为接收机动态的理论真值并与实际测量值相比较,可获得包括速度在内的动态测量精度。在理论分析的基础上介绍了基于模拟源的接收机测速精度测量的实现方法。