地面站Ka频段G/T值测量方法研究

航天测控地面站的系统品质因数(G/T值)测量一般采用对塔测量、对射电星测量及对同步卫星测量等方法。目前国内大部分用于接收低轨卫星Ka频段宽带数据的12 m口径地面站均无法采用常规方法进行G/T值测量,同时传统的计算公式在Ka频段也无法满足G/T值测量精度的要求。针对该问题,提出了利用无人机在满足远场和仰角条件下的测试方法,给出了待误差修正的计算公式,对该方法下的大气损耗、无人机定位精度、信标功率修正及指向精度等影响因素进行了分析和计算,在试验场进行了对比试验,证明利用该方法测量Ka频段的G/T值可行且精度满足要求,解决了目前大部分地面站Ka频段G/T值无法准确测量的问题。     

船载S频段测控系统全频段校相方法研究

航天测量船S频段测控系统采用双通道单脉冲跟踪体制,其跟踪接收机必须经过校相保持和、差通道相位一致性才能确保跟踪性能;测量船传统校相方法是码头对塔校相与海上微波自检的方式,但已无法满足卫星工作频点不断增多的需要,因此提出一种全新的全频段校相方法;首先阐述了双通道单脉冲体制的跟踪原理、校相原因,解析了和、差通道相位差的组成及近场效应对塔校相的影响;通过分析不同和、差通道物理长度差条件下相位差与频率的变化关系,并确定和、差通道固定波程差的计算方法;基于码头对塔校相数据的分析计算,得出整个工作频段的相位计算公式,并验证了公式的正确性;基于数据分析归纳总结出测量船海上相位标校/修正方法,有效解决海上全频段校相的难题,提高相位标校工作效率.     

一种测量设备的便携式动态标校方法

针对赴野外执行任务的测量设备不具备完整标校设施、常规标校方法受限等问题,为提高标校效率,满足精度评估需求,提出了一种可以遂行测量的便携式动态标校方法。该方法通过对旋翼无人机加装小型GPS/BDS接收机作为动态目标,利用GNSS系统的动态载波相位差分技术(RTK)实时获取动态目标的高精度空间坐标信息,并作为测量设备的动态标校数据;分析了技术路径、数学模型和实现可行性,重点对硬件集成过程、飞行航线设计、标校组织步骤、数据处理方法、实测数据分析等内容进行了详细介绍。通过测试验证表明,该方法能够实时、快速、精确地评估测量设备的测量精度。相比于常规标校方法,该方法不受场地条件限制,具备独立性好、操作性好、便携性强、时效性高等特点。     

基于B/S结构的远程台站设备状态及快视数据监视系统技术研究

针对在未来三年内,中国遥感卫星地面站将新建新疆喀什、海南三亚两个接收站,且与北京密云接收站一起构建"三站一体"的接收站网,从而形成全面覆盖国土陆地面积的数据接收能力,在中国遥感卫星地面站"三站网"建设的背景下,结合实际情况,对遥感卫星地面接收系统硬件设备状态以及实时接收的卫星快视数据进行远程监视的相关技术进行了深入研究,重点分析了所涉及的关键技术,基于B/S结构提出了一套解决方案.本系统的提出,对地面站地面观测网的运行是一个必要的探索,同时也是一个良好的补充.     

Ka频段飞行器测控与通信系统设计

传统基于S频段的统一载波测控通信系统受工作频率低、占用频带窄的特点限制,无法满足现代及未来飞行器测控与通信系统对于高速数传、通信带宽、安装空间、克服“黑障”及抗干扰性等方面日益增长的需求,提出一种Ka频段直接序列扩频体制的飞行器测控与通信系统以解决上述问题;利用Ka频段频带宽、空间选择性好、减小“黑障”影响等特点,同时采用直接序列扩频通信体制实现遥测、外测和遥控等不同功能点频统一和信道统一,简化系统结构、减小设备体积;介绍了系统架构及主要设备组成,阐述了基带数据综合设备、Ka频段一体化终端设备等单机的详细设计及天线的选择,并给出了地面测试系统方案;该系统具备体积小、频带宽、扩展性好等特点,可满足未来飞行器测控与通信系统的设计与应用需求。     

某型无人机地面站导航台的设计与实现

为了给地面站操纵人员提供无人机当前所处的位置及飞行参数信息,对无人机进行导航,使无人机能够安全稳定地飞行,文章参考人机界面开发原则设计实现了无人机地面站导航台;导航台以LabWindows/CVI为软件基础开发平台并采用MapX组件技术,实现了无人机航迹规划、飞行位置实时跟踪及飞行航迹显示等功能;经半实物仿真实验测试,结果表明导航台的设计达到了系统功能要求,能够高效、正确地完成各项导航任务。     

基于无人机GPS的测量雷达标校方法研究

针对测量雷达常规标校方法存在的场地及设施限制性问题,提出了一种基于无人机加装GPS设备的雷达标校方法.利用无人机加装差分GPS设备作为跟踪目标并提供真值数据,根据系统误差修正模型,通过最小二乘法对雷达测量误差进行回归分析,解算出系统误差修正参数,即可完成雷达标校.通过模拟数据解算得出了该标校方法适用的航线范围,通过飞行测试对标校方法进行了验证,结果表明,利用解算得出的标定参数进行系统误差修正能够满足雷达精度要求,证明了该方法有效、可行.     

无人机动态测试、仿真与训练系统设计

无人机动态测试、仿真与训练系统包括地勤检测平台、联调仿真环境和虚拟训练环境,能够对无人机进行动态测试和控制,满足日常操作训练要求.地勤检测平台使用了便捷式测试仪,在满足无人机地勤检测需要的同时,能够方便地勤准备,缩短准备时间;联调仿真环境利用分布式交互仿真技术和虚拟现实技术,构建虚拟无人机,通过遥测和遥控设备完成无人机各部件的动态测试和综合演练,同步生成三维视景,方便地面分析和控制;在联调仿真环境的基础上,虚拟训练环境对精密设备,大型设备以及电磁设备进行虚拟化处理,方便日常操作训练.     

基于遥感卫星地面站伺服控制系统的研究

在地面站设备中,对于遥感遥测、测控测角而言,伺服控制系统都是重要的组成部分;从一个实际运动地球卫星地面站的设计和改造角度出发,探讨了伺服控制系统的系统工作原理、系统构成、系统配置、技术分析．相应性能的标校和检测,详细的叙述了环路的传输函数的数学模型建立、设计以及建站时可采用的简易、实用的检验校准方法,并提出了在编写程序时应当注意的问题和方面,比较全面的阐述了地面站伺服控制系统的设计和改造的过程,并在实际的建站过程中使用及验证模型和方法。     

基于冲突的卫星地面站系统资源调度与能力分析

研究卫星—地面站系统资源调度和能力分析问题.首先定义了几种描述地面站资源冲突的概念,它们能够合理描述卫星对地面站资源使用需求的冲突程度以及地面站的负荷情况.在此基础上,提出一种基于冲突消解的地面站资源调度启发式算法,实例分析表明该算法能够提高卫星任务满足率和地面设备利用率.     

无人机综合仿真与测试平台技术研究

固定翼无人机在军事,国防,民用上都具有非常广泛的应用。无人机系统包括三大部分：无人机机体,无人机地面控制站以及无人机地面综合检测站。详细介绍了当前已交付使用的一种适应于多种型号的无人机地面综合实验平台,包括无人机地面飞行仿真和地面检测和故障诊断三个部分。从整体设计方案出发,从技术角度分析各个子系统的功能和设计方案。提出了可以应用于无人机地面实验平台的基于专家系统的遥控-遥测知识对的知识库的建立和通过搜索知识库的故障诊断方法。并以一个平台子系统为例介绍了以任务管理和数据流控制为核心的软硬件设计方案。     

基于多线程技术的高性能无人机地面站视景引擎研究

针对无人机一站多机的应用需求,本文提出了一种基于多线程技术的新型无人机地面站视景引擎架构。该引擎架构充分利用计算机硬件多核化的优势,提出了三个独立线程模块的新型视景引擎架构,分别设计了其中的视景逻辑线程、渲染线程、资源加载线程等线程模块,形成了一个能适应一站多机视景性能要求的无人机地面站的多线程视景引擎。目前该设计已成功地应用于基于DirectX底层技术的某型无人机地面站,实践证明了该引擎的高性能。     

无人机数据采集EKF滤波悬停稳定的研究与应用

许多国内外的研究机构致力于四旋翼无人机飞行控制姿态和高度悬停稳定的研究,以实现四旋翼无人机的自主飞行。四旋翼无人机是一种多输入、强耦合、多变量、欠驱动的系统,其稳定性、数据传输的可靠性、精确度、实时性对飞机性能起着决定性的作用。针对四轴无人机悬停运动测试环节中不稳定的影响,基于已有的无人机平台,最新科研前沿的文献,以ARM嵌入式系统作为上位机,设计了一个无人机数据采集的扩展卡尔曼滤波器(EKF),结合二次型最优控制预估气压计最优初始矩阵值进行开源编程。从扩展卡尔曼滤波器的建立与优化,原程序气压计程序严谨的探讨、衔接和写入飞控,最终在软件匿名科创地面站上,通过无人机对气压计大量实时悬停数据采集,实验仿真进行滤波图形对比验证和无人机实际运行的稳定性分析表明,提出的无人机数据采集扩展卡尔曼滤波方法效果良好,具有良好的应用和推广价值。     

旋翼无人机大气探测设备布局仿真优化设计

为了提高多旋翼无人机气象探测的准确度,基于CFD方法对偶数桨旋翼无人机的流场进行分析,比较了不同旋翼数和不同旋翼间距离的无人机的流场,分析了流场的特点。同时,结合大气探测设备对温湿度、气体浓度及颗粒物浓度测量的基本原理,分析了多旋翼无人机扰流场对探测设备测量精度的影响及其原因。由此确定了进行大气探测的多旋翼无人机尽量根据情况选择旋翼数较多、翼间距较大的机型,探测设备安装位置应当靠近无人机中心轴靠近旋翼旋转平面处的相对静风区,经实验对比,通过优化可以有效减小测量的误差。并提出可利用多旋翼无人机流场特点设计多旋翼无人机专用探测设备的构想。     

链路预测模型下的无人机网关选择算法

针对无人机自组网和地面控制站通信时网关节点持续时间短并由此带来的数据传输时延过大和成功率不高等问题,提出了一种基于无人机-地面控制站链路状态预测的网关选择算法.该算法通过建立基于无人机活动模型的预测和基于无人机运动趋势的预测,从而选择与地面控制站连接时间较长的节点作为网关候选节点.此外,通过使用函数计时机制选择网关选择参数最大的节点作为网关节点,有效避免分布式网关选择算法中随机延迟机制导致的不必要的网关切换.仿真结果表明,与现有的无人机分布式网关选择算法和移动自组网分簇算法相比,该算法有效延长了网关节点持续工作时间,并使无人机网络与地面控制站通信时的数据传输时延、数据传输成功率等性能得到提升.     

低空无人机航空摄影高度自动测量方法研究

为控制低空无人机摄影高度,获得更加清晰的地理信息图像,需要对低空无人机摄影高度自动测量方法进行优化研究;当前方法主要利用射影几何知识的自动化标定方法实现低空无人机航空摄影高度的自动测量;该方法存在噪声影响严重,且测量误差较大的问题;为此,提出一种基于多传感器与卡尔曼滤波相结合的低空无人机航空摄影高度自动测量方法;该方法首先通过分析气压测量法计算各种气压因素对低空无人机航空摄影高度的影响,然后推导出大气对流层内气压随低空无人机航空摄影高度的变化;然后采用双GPS系统同时工作,对GPS、气压高度计和IMU测量获得的低空无人机航空摄影高度信号进行冗余备份;采用基于二阶多项式的修正方法对低空无人机航空摄影传感器输出值进行补偿和修正;根据动力学方程建立低空无人机航空摄影的动力学方程获得高度测量状态方程;最后采用卡尔曼滤波的线性最小方差估计准则对低空无人机航空摄影高度进行均方差估计计算,实现低空高度自动测量与校正。实验结果表明,所提方法具有精度高、收敛性好且滤波效果理想的优势。     

无人机飞控/导航系统便携式测试仪设计

针对当前某型无人机飞控/导航系统现场联调发生故障时无法快速定位故障点而造成调试周期过长的问题,根据有固定航姿参数输入的飞控/导航系统会产生固定输出的原理,提出并实现了一种基于现场测试仪的快速诊断方法;基于DSP和CPLD的便携式飞控/导航系统测试仪通过实验电缆把测试仪与被测设备相连,可以方便、直观、快捷、可靠地确定出被测设备是否存在故障。     

UAV-guided navigation for ground robot tele-operation in a military reconnaissance environment

A military reconnaissance environment was simulated to examine the performance of ground robotics operators who were instructed to utilise streaming video from an unmanned aerial vehicle (UAV) to navigate his/her ground robot to the locations of the targets. The effects of participants' spatial ability on their performance and workloadwere also investigated. Results showed that participants' overall performance (speed and accuracy) was better when she/he had access to images from larger UAVs with fixed orientations, compared with other UAV conditions (baseline- no UAV, micro air vehicle and UAV with orbiting views). Participants experienced the highest workload when the UAV was orbiting. Those individuals with higher spatial ability performed significantly better and reported less workload than those with lower spatial ability.

The results of the current study will further understanding of ground robot operators' target search performance based on streaming video from UAVs. The results will also facilitate the implementation of ground/air robots in military environments and will be useful to the future military system design and training community.     

基于多旋翼无人机的热红外地表温度场反演系统设计

对当前城市热岛效应研究所采用的三类主要方法进行了分析,分别得出其优势和存在的不足,提出了一种基于微小型多旋翼无人机平台开发小尺度高分辨率地表温度场观测系统的创新思路,并通过对红外测温原理的研究,设计了热红外无人机地表温度场反演系统,开发了B/S架构的地表温度场反演软件,实现了红外图像实时传输、自动拼图、米级网格化地表温度场反演、实景地图叠加、历史数据回放和数据导出等功能。经多次飞行实践应用表明,该系统运行稳定、数据准确、投资少,机动灵活,使用方便,可弥补传统卫星遥感等观测手段的不足,为开展城市区域热环境精细化观测提供了一种新的技术平台与工具,也为气象无人机的应用开辟了一个新的方向。     

Augmenting UAV autonomy

The addition of a camera to an unmanned aerial vehicle (UAV) allows the vehicle to perform a variety of tasks autonomously. This paper presents UAV vision systems that were developed and tested at the Georgia Institute of Technology to perform three of these tasks on the GTMax unmanned research helicopter. The first system demonstrates a vision-based navigation system. The second system demonstrates an automated search routine for stationary ground targets. The third system demonstrates a ground target tracking architecture for mobile targets.