低轨卫星系统中结合时间和移动的位置更新策略

低轨(LEO)卫星快速运动,移动终端(MT)相对于卫星的位置信息也在不断变化,如何有效地管理MT的位置信息,减小位置更新频率和寻呼开销是研究位置管理的主要目的。为此,提出一种低轨卫星系统中的动态位置管理策略,基于时间和移动相结合进行位置更新,在不增加寻呼开销的条件下,减小了位置更新频率,从而有效降低了位置管理的总开销。     

光电平台角位置信息摩擦观测补偿技术

为了提高光电伺服稳定平台的稳像精度,根据平台所受摩擦扰动作用原理,提出一种基于机构运行角位置信息的摩擦观测补偿方法。首先,建立光电伺服平台精确控制模型,并运用LuGre摩擦模型对平台所受摩擦力矩进行分析;然后,基于机构运行的角位置信息,采用最小二乘法进行加速度估计,设计基于机构运行角位置信息的扰动观测器进行摩擦观测补偿;最后,在Matlab/simulink中建立系统仿真平台,进行仿真及实验验证。将稳定平台安装于模拟转台上进行实验,给转台施加10 Hz正弦信号,对平台摩擦观测补偿前后的实验数据进行对比分析,实验结果表明,该补偿方案在模拟飞行转台以10 Hz频率做正弦运动的情况下,摩擦观测补偿前后,平台稳像精度由26 μrad减小到17 μrad,性能提升34.6%,该方法可以有效增强系统的抗干扰能力,提高系统稳定性能。     

航天相机MTF测试靶标研究

在采用矩形靶标测量航天相机系统MTF时,由于采样初始时刻靶标像与CCD像元间存在配准误差,因此给准确测量系统MTF带来很大困难.为了减小配准误差对测量的影响,提出了采用粗分与细分相结合的梯形靶标,并推导出在奈奎斯特频率下动态测量调制传函时,由采样初始时刻配准误差所引起的配准误差调制传递函数MTF计算公式,并按此公式分别得到了粗分精度和靶标斜率对测量相机系统MTF精度的影响.通过分析,采用梯形靶标可以有效减小配准误差对测量系统MTF的影响,提高测量精度.     

一种基于惯导信息的GPS信号快速捕获方法

采用惯导信息辅助的GPS信号捕获是提高GPS接收机动态性能的有效方法。本文在GPS信号捕获原理的基础上,给出了惯性信息辅助接收机捕获的方法,并对该方法进行了仿真验证。仿真结果表明,采用精度分别为100°/h以及1×10-4g的陀螺和加速度计组成的惯导系统提供载体的速度,引入的多普勒频移误差可控制在300Hz以内,相比于无辅助的GPS系统,基于惯导辅助的GPS捕获频率搜索范围可以大幅度减小,从而缩短捕获所需时间。     

基于位置敏感探测器的组合导航技术研究

为了减小现有小型旋翼类无飞机飞行过程中卫星/惯性组合导航系统的制导误差，提高其导航系统定位精确度，提出2维位置敏感探测器激光制导与机载卫星/惯性组合导航系统结合的新型导航系统方案。该系统利用1064nm红外脉冲激光作为引导光源，采用中间飞行段卫星/惯性导航、末端飞行段激光照射制导结合的方式，进行了理论分析和对比实验验证。结果表明，在室外飞行环境和室内强、弱、正常光照飞行环境下，该系统始终保持较高的定位精度和结果一致性；相对比其它现有制导方式，该系统的探测频率始终保持5kHz、定位精度始终保持其圆形概率误差处于0.10m数量级，取得了较好的定位实验结果。该系统具有鲁棒性强、电路简单、探测灵活、高速精确的特征，对无人机末端制导具有重要意义。     

一种提高红外地平仪确定卫星姿态精度的方法

红外地平仪提供了卫星星体相对于地球的姿态测量信息.受它在星体上安装精度限制、测量系统噪声和在轨期间星体质量分布变化的影响,直接使用红外测量值进行姿态计算会引入上述误差.如果只采用红外测量的差分值进行姿态计算,再通过滤波,就可以消除上述误差后得到高精度卫星姿态,这种方法充分利用了地球同步在轨卫星位置定点和姿态指向特性,对在轨运行卫星进行长时间姿态确定和实际控制结果表明该方法得到的姿态精度高于0.01°,显著提高了红外定姿精度.     

基于数据拟合插值的自适应姿态估计算法

针对高精度惯导输出信息的频率有限,不能很好地满足移动卫星通信控制精度的问题,提出了一种基于数据拟合插值的Sage-Husa自适应卡尔曼滤波姿态估计算法。通过采用三次样条插值提高高精度惯导输出数据的频率,增加系统单位时间内的估计次数;通过自适应卡尔曼滤波算法不断修正滤波误差,避免系统因参数匹配不当引起的滤波发散。实验结果表明:数据拟合插值弥补了系统数据更新频率低的不足,自适应滤波提升了系统应对不同环境的鲁棒性。天线波束姿态估计精度和测控精度也得到明显提高,满足宽带移动卫星通信的波束指向需求。     

基于改进扩张状态观测的机载目标指示稳定控制

为了满足先进航空目标指示装备对视轴速度平稳性误差的设计需求,提出了一种基于扰动估计与补偿理论的控制算法。设计了一种改进扩张状态观测器以减小高阶观测器的相位延迟,提高视轴控制精度。对改进的控制算法进行了阶跃响应和速度稳定两部分实验,并与传统PID算法进行了比较。通过分析阶跃实验结果可得,该控制算法在不同的闭环控制带宽下,均能达到更短的稳定时间和更低的超调量,在35 Hz的闭环带宽下,相比PID算法的稳定时间减少了49.1%、超调量降低了88.4%,系统动态性能提升明显;速度稳定实验结果表明,该控制算法对幅值为1°、频率为2.5 Hz以内的不同扰动的抑制能力显著提高,视轴的速度误差均控制在0.1 (°)/s以内,扰动残值均小于0.1 (°)/s。该控制算法满足先进目标指示装备的设计需求,对提高系统动态性能和视轴速度平稳性具有较高的实用价值。     

基于飞腾DSP的多视场星敏感器信息处理系统设计

星敏感器是自主导航姿态控制系统中的重要组成部分之一。作为星敏感器的核心部件,信息处理系统对其整机性能有重要影响。基于飞腾多核DSP+复旦微FPGA架构设计了一种全国产化多视场星敏感器信息处理系统。在设计中采用EMIF接口和GPIO接口与复旦微FPGA进行数据交互及控制,将2片串行 Flash用于存储星库数据和启动程序,将2片DDR3芯片用于缓存数据。详细介绍了信息处理系统的整体软件流程设计、算法流程设计及实现。经试验验证,该系统可稳定运行并输出正确姿态。在星图分辨率为2048×2048的情况下,系统无初始指向时的数据更新频率为20Hz,有初始指向时的数据更新频率为625Hz。运算性能约为普通ARM架构的3倍,对于提升多视场星敏感器的实时性、丰富其工程化实现方法具有重要意义。     

红外导引头稳定平台主框架拓朴优化设计

为了提高红外导引头稳定平台动态性能,减小振动环境对其稳定精度和光电载荷成像质量的影响,采用基于变密度法的拓扑优化理论,利用NX/TOSCA软件,以刚度最大化为目标函数,以体积比约束为设计响应约束,对红外导引头稳定平台主框架进行了拓扑优化设计。对比分析了经优化设计和经验设计的主框架结构形式的刚度及模态振型。结果显示,经拓扑优化的主框架在动态性能有所提高的情况下,结构质量大幅地减小,最大变形量由3.2m减小到2.8m,一阶固有频率由1567 Hz提高到1953 Hz,质量减小32.4%,有利于导引头轻量化水平的提升和整机性能的提高。最后,通过振动试验和稳定精度的检测数据验证了主框架的动态性能,说明了拓扑优化结果的正确性,这种拓扑优化方法可为其他重要件结构设计提供帮助。     

高速激光光斑检测系统的设计与实现

为了实现激光通信系统对信标光的捕获、跟踪与瞄准,采用嵌入式图像处理技术设计了基于现场可编程门阵列器件的高速激光光斑检测系统,对分辨率为300pixel300pixel、帧频1000Hz序列图像中的激光光斑目标进行了提取操作。采用1维滤波算子构造方位滤波器进行图像预处理,同时便于硬件实现,滤波后经阈值分割、形态学开运算与连通域分析,最后提取了激光光斑的形心位置信息。结果表明,所设计系统能够对包含激光光斑目标的高帧频图像进行实时处理。目标形心提取频率可以满足激光通信系统在动态链路建立方面的要求。     

基于动态开窗的快速运动目标信息获取方法

红外运动目标的轨迹预测在车辆、行人监控和天基遥感探测等军民用领域有着广泛的应用。当目标的相对运动速度较高时,受读出速率及积分时间固定的影响,传统全视场成像信息获取方法所得的目标轨迹点稀疏,难以满足目标轨迹预测的精度要求。针对以上问题,提出了一种基于动态开窗的快速运动目标信息获取方法。首先对观测区域进行全视场成像,捕获到运动目标后,对目标及其邻域开窗以提高成像帧频。通过分析探测场景辐射特性对系统工作参数的影响获取判别矩阵,实现开窗参数的动态调节,从而提升目标轨迹点密度。最后利用目标轨迹预测结果更新开窗位置以实现对单目标的全视场覆盖监测。实验结果表明,对于中波红外演示系统,与全视场成像信息获取方法相比,该方法将系统获取的目标轨迹点密度提高了16倍,系统轨迹预测精度提升了2.6倍,且所需的数据传输带宽降低了25%。该研究可为智能化红外感知系统的设计提供有益参考。     

一种基于空间关系的抗抖动红外多点目标关联算法

针对在摄像机发生抖动时拍摄的红外图像的多点目标关联问题,提出了新的算法,采用了基于特征三角形的多点目标关联算法.根据目标间的相对位置关系,利用特征三角形对相邻两帧的图像进行配准,消除由于背景运动和摄像机抖动引起的目标整体的平移、旋转和缩放.然后根据配准后的结果,采用改进的最近邻法对目标进行关联.试验仿真结果表明:算法精...     

相控阵天线数据率的自适应控制技术

根据相控阵天线能够按照实际需求选择波束驻留时间的特点,提出了按照某种规定的最优准则对目标进行自适应采样的数据率控制技术。利用变采样间隔滤波技术,把数据率分成若干档,根据目标的运动轨迹,选择不同档次的数据率。对机动目标的采样率高于直线飞行目标的采样率,通过数据采样率提升,可以避免目标丢失,并能准确预测下一时刻的位置,实现目标的精确跟踪。     

平面长波红外相机阵列定位误差分析与计算

长波红外相机阵列对近空无人机等小目标有很好的全天候预警能力。针对红外传感器像元间距过大而导致阵列对空间目标定位精度低的缺点,本文引入像元亮度值信息,通过计算阵列目标图像的光斑质心,从而改进了阵列空间目标定位算法。在此基础上,建立了传感器采样量化带来的误差模型,并对定位误差进行计算和分析。结果表明,本文算法定位误差小,能够实现目标定位效果。     

低信噪比下机载平台多脉冲激光测距机目标回波降噪算法

针对远距离飞机目标,机载多脉冲激光测距机通常采用数字化处理体制,影响其测距精度的因素包括发射激光脉冲宽度的距离分辨率、大气传播及目标反射特性造成的波形展宽、回波信号接收处理通道的非线性相频特性等。数字化采样率、回波信号降噪、目标峰值点位置估计等数字化处理过程引起较大的目标距离定位误差。提出了基于经验模态分解（Empirical Mode Decomposition,EMD）和重构的回波降噪方法,首先对脉冲激光目标回波波形进行建模,然后分析了现有数字化回波降噪算法的性能及其对定位精度的影响。实验结果表明,所提方法可以准确提取目标峰值点位置,改善激光测距机的目标定位精度。     

基于运动学的机载红外被动测距算法研究

建立了基于运动学模型的机载红外被动测距算法。在算法中,根据目标的方位和俯仰角度信息,利用状态预测滤波的方法来测量目标的距离,并结合卡尔曼滤波技术降低测距的误差。仿真分析表明:当机动时间达到20s的时候测距误差基本能控制在10%左右,随着机动时间的增加,误差变化率趋于稳定。该算法适用于机载红外搜索/跟踪系统对空中目标的被动测距。     

纯角度量测序列的参数航迹滤波新方法

红外探测器只能测量运动目标的方位角和俯仰角,难以获取目标的距离信息,所测量的空中目标信息为不完全信息,无法在直角坐标系下有效对三维运动目标进行滤波与跟踪。针对这一问题,提出红外单站跟踪运动目标的参数航迹滤波方法。该方法利用传感器测量到的目标方位角和俯仰角信息,根据假设的目标运动模型,先对目标飞行方向进行估计,然后利用估计出的方向向量和角度量测序列计算出目标的两个航迹参数;最后综合解算得到目标到传感器的方向向量参数航迹计算公式,从而得到方位和仰角估计值。仿真结果表明,该模型对方位和仰角的估计值较稳定,误差较小,效果较优。     

采用四象限探测器的激光跟踪系统设计

为简化自由空间激光通信的跟踪系统,本文采用四象限探测器检测目标位置,通过峰值保持电路稳定激光脉冲峰值并计算脱靶量,结合角速率和角位置信息,采用基于位置环、速率环、电流环的闭环控制算法实现视轴稳定与目标跟踪。仿真设定载体扰动频率为3 Hz时,系统的隔离度达到1.0%;目标位置±20°正弦变化时,能稳定跟踪;脱靶量噪声是跟踪误差的主要因素,峰值信噪比20 dB时,跟踪误差0.07°。结果证明系统设计可行,为激光跟踪样机研制奠定了基础。     

海上目标红外辐射特性测量数据处理系统设计

针对海上动态目标红外辐射测量精度评估问题,分析了影响红外辐射测量误差的主要因素,重点研究了针对试验海域系统外场定标方法、大气辐射传输修正方法、背景杂散辐射模型,提出了海上动态目标红外辐射测量数据分析处理系统的设计方法,为海上飞行目标红外辐射特性测量系统建设有一定的指导意义。