船舶水下被动磁性定位研究

分析了一种对水面及水下铁磁物体的水下被动磁性定位技术,首先,建立船舶的旋转椭球体和磁偶极子模型,采用2个或以上的磁场传感器,采集目标通过时的磁场数据。在已知传感器间距时,解算模型,可得到传感器与的目标的空间位置。适用于合作目标和非合作目标。该技术综合磁性船模磁场数据以及实船的海上测量数据对目标进行定位计算,定位精度优于水声被动定位法,结果稳定可靠。该技术已成功应用于一种海上机动舰船物理场测量系统中。     

一种基于目标特征的航天器间相对姿态测量方法

提出了一种基于目标特征的航天器间相对位置和相对姿态单目视觉测量方法。该方法利用目标特征点在物体坐标系中的空间坐标及其在像平面上成像点的图像坐标,根据透视成像理论,采用针孔模型解算出目标航天器与图像传感器的相对状态。提出了一种新的目标靶特征点构型设计方法,该方法适用于较大偏转姿态角的应用环境。仿真结果表明:新的特征点构型适应性好,能提高测量方法精度。该测量方法可直接用于航天器编队飞行及空间站交会对接过程中的相对姿态测量。     

舰船姿态辅助DGPS的传递对准精度评估方法

针对舰载武器传递对准的精度评估方法对载体线运动特性要求高的问题,结合舰船的机动能力,提出了一种舰船姿态辅助差分GPS(DGPS)的传递对准精度评估方法.该方法以舰船主惯导提供的姿态信息来辅助DGPS提供的速度、位置信息进行评估.以准惯性坐标系为子惯导导航坐标系,推导评估系统状态方程,并建立精度评估的滤波方程;以舰载主惯导和GPS输出为观测量,建立基于"姿态+速度+位置"观测量的精度评估观测方程;设计卡尔曼固定区间平滑算法分别对引入舰船水平姿态信息及引入"水平+方位"姿态信息2种方法进行仿真,并与传统的精度评估方法进行了对比分析.仿真结果表明,该方法借助舰船的摇摆运动即可完成传递对准的精度评估,降低了精度评估对舰船机动强度的要求,是一种有效实用的精度评估方法.     

无人船自主航行目标方位测量技术研究

为了解决无人船(U S V)自主航行时目标定位定姿问题,提出一种船载光电吊舱的目标方位测量方法.利用光电成像系统识别跟踪目标,激光测距机获取目标与USV间的距离,并将GPS/INS组合导航系统固联在光电吊舱同一水平面.通过上述传感器组件输出信息与坐标转换相结合,推导出目标从载体坐标系到WGS-84大地坐标系的定位方程;并根据目标位置解算出目标的速度、姿态信息.采用系统模拟航行实验,验证了该方法的有效性,并分析了各参数的均方根误差.实验结果表明,在1 km测距范围内,目标位置测量精度为5 m,姿态测量精度为0.3°,可满足实际应用需求.     

新目标构型下单帧图像相对状态测量方法

提出了一种新目标特征构型下基于单帧图像的航天器间相对位置和相对姿态测量方法。该方法利用具有对称结构的目标特征点在物体坐标系中的空间坐标以及它们在像平面坐标系中的图像坐标,根据透视成像理论,解算出目标航天器与图像传感器的相对状态。所设计的目标特征靶适应性强,不仅能保证图像传感器视野内有足够的特征点,而且还可作为基于线特征的算法的目标特征。试验结果表明:在近距离范围内,新目标特征构型下的算法,具有较高的测量精度。该测量方法可直接用于航天器编队飞行以及航天器交会对接过程中的相对姿态的自主测量。     

天平校准系统中位置姿态非接触式测量与计算方法

针对天平校准中的天平位置姿态的确定提出了一种非接触式测量法。该方法利用了cod激光二维定位图象传感器或者是PSD光电位置传感器等二维测量装置组成三维位姿检测系统，解决了空间的三维测量问题，可以高速准确地确定天平被测物的6个自由度参数，获得天平位姿变换矩阵，从而确定其在空间的位置和姿态。本方法将运动过程分解为平动和转动，通过对空间直线矢量方程的计算，得到空间物体的位姿变换矩阵，数学建模准确，测量快速可靠，最终精度达到10μm。     

测量体引起的舰船电场畸变

海上钢质船舶都会散射电流进入海水形成电场,对舰船电场进行探测,可以用于水中对目标进行定位,也可用于远程海洋预警.由于海水是导电介质,运用麦克斯韦方程,在场电位和电流密度法线分量连续的边界条件下,对均匀静电场在水中兵器、电场测量体等实体附近产生的电场畸变进行了分析计算.结果表明,均匀电场在测量体附近的畸变大小主要取决于测量体与舰船的距离、测量体材料和海水的电阻率比、测量体的尺寸.近场时影响非常明显,测量体越大,影响越大.并通过无磁海水水池实验进行了验证.     

水下机器人-机械手末端精度测量方法及误差分析

针对水下机器人-机械手系统的末端精度测量问题,本文研究2种不同原理的末端精度测量方法。为检测系统末端精度是否在某一特定范围内,提出一种非接触式末端精度范围测量方法;针对水下环境中机械手末端精度数值的测量问题,提出一种接触式水下机械手末端精度测量方法。针对末端精度测量方法的原理性误差问题,分析测量方法中误差影响因素,提出基于数值迭代方式的误差分析方法。在水下机器人艇体固定和动力悬停状态下,进行末端精度测量水池实验,实验结果表明:本文方法能实时、有效测量得出机械手末端精度,并验证了本文方法的有效性。     

基于电偶极子模型的舰船静电场深度换算

为实现舰船静态电场的深度换算,给出了空气—海水—海床3层模型中电偶极子在海水中产生的电场强度解析式,并进行了数值仿真;基于电偶极子模型对舰船静态电场进行了建模,根据以往的舰船电场换算实例进行了验证.实验结果表明：可由水下标准测量面电场强度实时换算得到较大深度的电场各分量;实测数据与仿真结果两者吻合较好,显示了舰船静态电场深度换算方法的有效性.该模型需要的参数少、计算量小,能够实现电场的实时换算.     

水下地磁导航技术中的地磁场空间差分测量方法

为了实现水下载体对地磁场的精确测量,提高地磁辅助导航的精度,提出了一种基于多传感器的空间差分地磁场三分量测量方法。首先,分析了水下载体周围磁场的种类及空间分布特性,并建立了磁矢量传感器新的测量模型。然后,利用干扰磁场自身特性以及和地磁场之间的耦合关系构建方程组,推导出空间差分模型表达式。最后,通过仿真分析和地面实验分别将本文方法与传统测量方法进行了对比。结果表明:当外界干扰磁场为1000nT时,差分测量结果能使测量误差控制在150nT以内,很好地抑制了干扰源对地磁场测量造成的影响,提高了水下载体地磁场三分量测量的抗干扰能力。     

GPS-RTK技术在水下地形测量中的应用

GPS RTK技术是目前测量中定位快速,精度水平高的一种先进的测量方法.在楠溪江河道划界工程水下地形测量过程中,采用GPS RTK技术、测深仪、导航同步观测软件相结合的测量方法,应用结果表明RTK的技术特点,保证了测量的准确性、连续性和实时性,从而使得水下测量变得快速、精确、方便.     

望远镜主镜位置解算算法研究

利用位移传感器测量望远镜主镜相对镜室的相对位置时,需要设计算法将传感器测得值解算为主镜的姿态和位置信息。本文对已有的算法进行了改进,从空间解析几何角度出发研究了主镜位置解算算法,并分析了传感器安装位置偏差对解算精度的影响,发现传感器安装径向尺寸误差对解算精度影响较小,而安装角度误差影响较大,并得到最佳的传感器安装角度为30°,从而得到最佳的传感器布局和解算方法。     

基于姿态定位算法的水下电缆监测系统

针对海洋科学考察中连接设备的水下电缆无法观测的现状,该文提出了一种基于姿态定位算法的水下电缆监测系统。系统采用两片V,11SCA60单轴倾角传感器对电缆不同位置处的双轴倾角数据进行采集,并通过CAN总线传送到水下主控CPU,数据经打包后由同轴电缆或光电复合缆传送至甲板上位机,通过姿态定位算法在上位机中完成电缆姿态监测。实验证明该系统可准确地定位电缆姿态并能够对危险操作和异常状态及时做出预警,为设备水下投放提供保障。     

舰船静态电场深度换算方法

从舰船静态电场的产生机理和源特性出发,提出了基于电性模拟体的舰船静态电场深度换算方法.该方法和舰船电场建模相联系,在深海、浅海环境中均可使用,可实现由水下标量电位、电场三分量、电场垂直分量分别向较大深度的电场各分量及标量电位的换算.并在实验室中对船模水下标量电位分布进行了换算,换算结果和实测数据分布特征相同,且对应点的量值数量级吻合较好,表明换算方法的正确性.     

在位测量实现转子中心孔加工位置精度的研究

在位测量实现磁性转子的中心孔的加工位置精度,通过对转子定位装夹及加工进行工艺性分析,设计工件定位专用夹具。利用传统测量方法和圆度误差方法对转子中心位置进行确定,并对比不同方法确定的位置精度,最终选用最小二乘法拟合圆,将最小二乘圆圆心作为转子中心孔的加工位置。加工后转子外轮廓跳动在0.03mm以内,达到加工要求精度。     

新型船体水下清洗装置

美国海军水面舰船中心成功开发出了自动水下船体清洗维修装置。通过该清洗装置清洗过的舰船可延长两次进坞修理的周期,以达到节约燃料费用和维修费用。开发该项目主要目的是将航母、驱逐舰和护卫舰等水面舰船从现在 5～ 6年进坞进行水下维修的时间延长至 12年。 　　自动水下清洗装置由水面操作控制,无需潜水员。该装置清洗下来的碎片被吸入一个密封的真空装置中,然后将这些垃圾送到岸上进行再处理。另外,这套水下清洗装置上还装有各种维修传感器,可以测量涂层及钢板的厚度,确定外加电流阴极保护系统的工作状态,配备的摄像机可以拍摄…     

几种盾构机姿态测量方法的精度比较

介绍了盾构机姿态测量的人工测量方法和自动测量方法,通过实际工程数据分析比较这几种测量方法的精度,从精度、可操作性方面考虑选择自动测量方法进行施工测量,采用人工测量方法来检校自动测量的准确性。在保证测量精度的前提下,人工测量侧重于控制测量部分,自动测量使用于施工测量部分,两种方法有机结合,确保盾构隧道高精度贯通。     

自行走地下掘进机器人导向系统的测量方法

针对目前自行走掘进机器人姿态测量设备只能依靠人工操作,无法连续、实时动态测量的缺点,基于三点法姿态测量,提出了一种多目标点的自动测量方法.该方法采用激光发射模块与接收模块,利用前方交会原理,通过测量多点坐标完成机器人的姿态测量;介绍了测量装置的总体架构和硬件设计方案,并对测量误差进行了分析;同时采用卡尔曼滤波算法对测量坐标进行预测补偿,提高了测量精度.仿真结果表明:这种测量装置可以提高系统的实时性,且数据处理方法对系统噪声和量测噪声有抑制作用.     

水下通信中时差法定位算法的应用研究

为进一步探讨水下声频传感器网络中声频传感器定位的精度问题,以目标位置为研究对象,应用噪音模型实现模拟产生时差法的测量值,采用迭加法,建立目标位置系统偏差的数学模型。通过改变系统方差、测量次数和目标至初始位置的距离等条件,可验证系统偏差的存在。对各模型算法的仿真结果表明,R.Bucher算法的定位精度更高,而最小二乘定位算法所需的传感器节点更少。通过对计算结果的比较分析可得出两种算法的应用条件和适宜范围。     

BP网络算法在平面运动测量误差补偿中的应用

在航天对接试验平台开发项目中,针对平面运动物体非接触高精度测量的难点,提出一种针对物体三自由度平面运动的创新性测量方法.利用激光测距传感器的并联组合,实现对物体位置和姿态的非接触式测量.以传感器测量值为输入样本,运用BP神经网络算法建立误差模型,通过调整权值因子使建立的网络模型能够拟合出测量误差,从而修正测量的数学模型.基于BP神经网络的误差补偿方法对平面运动物体测量误差的补偿具有明显的效果,能够满足位姿测量的精度要求.