2016年, 第15卷, 第3期　刊出日期：2016-06-05

  

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系统与应用
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  无人直升机任务规划系统研究与实践

  陈昶昊, 陈学江, 胡小平, 郑立岩

  导航与控制. 2016, 15(3): 1-8. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2016.03.001

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  无人直升机任务规划系统对于完成超视距侦察、监控能力和打击是非常重要的。本文分析了无人直升机任务规划系统的的基本体系结构和功能模块,研究了无人直升机任务规划系统的建模技术及其优化算法,并在V750无人直升机上进行了验证。
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  基于视觉六自由度分拣机器人视觉图像坐标变换的研究

  弓靖, 栗俊艳, 刘鹏飞, 王兴华

  导航与控制. 2016, 15(3): 9-12. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2016.03.002

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  针对机器人定位分拣问题,研发了一种基于视觉的六自由度分拣机器人系统,深入研究了视觉图像坐标引入到机器人控制系统后的坐标变换,并对机器人的分拣动作进行规划,实际运行结果表明,该系统可以实现机器人的定位分拣问题,并且可靠性高,在分拣搬运领域具有较高的应用价值。
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  初始方位信息辅助下潜航器快速传递对准算法

  张鹭, 吴文启, 王林, 铁俊波

  导航与控制. 2016, 15(3): 13-17. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2016.03.003

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  针对多潜航器连续快速布放需求,提出基于初始方位信息辅助下快速传递对准算法。潜航器惯导系统只在对准初始时刻由移动基准惯导提供准确的方位信息和概略的水平姿态信息,布放入水后以初始时刻水平姿态误差和当前速度误差为滤波状态,以水下多普勒测速仪的速度为观测量,通过卡尔曼滤波进行惯性系下的航行中对准。实验验证以优于0.01(°)/h的激光陀螺惯导系统/卫星组合导航的姿态解算值为参考基准,基于实际数据的仿真计算表明,在50s内即可实现快速对准,方位精度达到1密位(1σ)。
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  基于双ARM系统的MIMU航姿测量系统的研究及实现

  吉云飞, 孔令兵, 蒋喆

  导航与控制. 2016, 15(3): 18-25. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2016.03.004

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  针对小型无人机武器平台对航姿系统小型化、低成本、集成化的设计要求,提出了一种基于双ARM系统的MIMU航姿测量系统,实现了单板集成所有惯性测量、初始对准、惯性导航、组合导航,以及航姿测量等功能。通过车载导航试验及飞行试验考核,该系统可以满足用户应用需求。
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  基于几何特征关联的室内扫描匹配SLAM方法

  廖自威, 李荣冰, 雷廷万, 杭义军

  导航与控制. 2016, 15(3): 26-32. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2016.03.005

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  为实现室内结构化环境中仅依靠激光雷达数据进行实时自定位并创建精确的特征地图,提出了一种基于几何特征关联的室内扫描匹配SLAM方法。几何特征关联与匹配方法的优劣很大程度上影响SLAM的实时性和精度。结合室内结构化环境的特点,提出了一种完备端点定义与提取方法,将直线段特征与完备端点进行关联,优化几何特征扫描匹配过程。此外,姿态角收敛是SLAM进行机器人位姿估计和求解一致性的关键。为确保姿态角准确收敛,采用了基于直线拟合认知的姿态角加权几何平均求解方法。实验证明,提出的SLAM方法得到的定位精度在100mm内,建图精度也较高,能胜任室内SLAM。
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  无线宽带多媒体数字集群指挥调度系统

  赵书伦, 杨春香, 周少玮

  导航与控制. 2016, 15(3): 33-38. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2016.03.006

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  针对大型突发事件现场视音频的指挥调度,介绍了无线宽带多媒体数字集群指挥调度系统。具体介绍了本系统的技术原理,系统可实现的业务种类,本系统与其他系统的技术对比及本系统的应用场景。最后,介绍了无线宽带多媒体数字集群指挥调度系统的应用前景。
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  基于载体姿态测量的微伺服吊舱

  宋夏, 丁祝顺, 丁伟, 蒋鸿翔, 张巍

  导航与控制. 2016, 15(3): 39-43. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2016.03.007

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  针对微小型无人机光电吊舱对光轴稳定与目标跟踪的需求,研究了一种基于载体姿态测量的光学平台稳定技术。该技术利用吊舱基座上的速率陀螺测量机体三轴姿态运动,通过控制光学平台的俯仰和偏航两通道伺服系统实现对光轴的惯性空间稳定。该系统使用步进电机来当执行机构,根据步进电机的特性,可以推导得到控制量与转速的关系,由此省去了在一般捷联稳定技术中的微分测速环节,得出了一种新的基于前馈控制的不变性原理。设计了解耦指令分配算法,将一个两轴耦合系统,转换为两个独立的单轴系统。在单轴控制中,分别设计了比例控制及比例积分控制算法实现对光轴的稳定控制和跟踪。最后通过在 Matlab/Simulink环境下的仿真 ,以及实际的摇摆台试验,证明了基于载体姿态测量的稳定技术能够实现微小型无人机光电吊舱的光轴稳定。
仪表与电路
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  三浮陀螺有源磁悬浮位置信号采集电路研究

  吴辽, 杨孟兴, 王卿, 申志刚, 马千里

  导航与控制. 2016, 15(3): 44-49. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2016.03.008

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  三浮陀螺仪对磁悬浮定中精度提出ε≤0.27μm要求,位移信号采集电路的灵敏度应该高于该要求,电路设计目标定为0.09μm,可以从位置信号采集电路L-R电桥、调理电路和A/D转换电路三部分保证这一目标。给出了两种最佳匹配电阻的估算方法,基于实测电感带入经典公式估算法和电磁仿真软件FLUX估算法,结果表明实验测试的最佳匹配电阻一般高于估算值约30%。推导了调理电路性能指标和A/D转换电路位数与定中精度的关系,结合试验验证了电路设计指标优于0.09μm,完成电路设计任务。
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  基于加速退化试验的光纤陀螺组件寿命评估

  苌洪达, 张志鑫, 王颂邦, 孟祥涛

  导航与控制. 2016, 15(3): 50-56. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2016.03.009

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  工作在宇航环境中的光纤陀螺组件会受到复杂的应力作用,而陀螺组件本身结构复杂,价格昂贵,并且可靠性高,很难通过普通的加速寿命试验评估其寿命。运用包含剩余标准化系数的退化轨迹模型,描述了光纤陀螺组件退化量与应力水平的关系,并且运用双应力步进加速退化实验的方法,得到光纤陀螺组件在温度和辐照两种应力下的退化数据。结合光纤陀螺加速寿命模型,评估该陀螺组件在宇航环境下的寿命。
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  单恒流源电流频率转换技术研究

  王媚娇, 杨雨, 雷旭亮, 陆煜明

  导航与控制. 2016, 15(3): 57-61. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2016.03.010

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  本文设计了一种单恒流源电流频率转换电路,使电路的功耗减小一半,更加小型化,并且具有更好的对称性和精度。提出并从原理上论证了这种单恒流源I/F技术的理论依据,设计出相应的硬件电路,验证其原理的正确性和工程上的可行性。为单恒流源I/F技术的研发,拓展了思路,奠定了基础。
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  陀螺加速度计伺服回路的滑模变结构控制方法研究

  颜晓虹, 严小军, 张沛晗, 岳辉, 章丽蕾

  导航与控制. 2016, 15(3): 62-66. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2016.03.011

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  陀螺加速度计的正常工作需要相应的伺服回路来保证仪表具有足够的静态和动态性能,以陀螺加速度计伺服回路为研究对象,对其控制方法进行研究。基于已有的数字控制方案,针对陀螺加速度计伺服回路的参数摄动等不确定问题,设计了一种离散域内的滑模变结构控制器,并对其进行相关仿真和实验。仿真和实验结果表明,滑模变结构控制器的动态性能良好,具有较强的鲁棒性。
元器件技术
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  光纤环瞬态温度梯度对Shupe误差的影响

  刘国军, 章博, 潘雄

  导航与控制. 2016, 15(3): 67-72. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2016.03.012

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  光纤陀螺的承环结构不同,会影响光纤环的温度及温度梯度分布,进而影响陀螺的精度。对四种不同承环结构的光纤陀螺进行有限元瞬态热仿真,得到光纤环的温度分布。基于四极对称绕法绕制光纤环的截面数字离散化模型,绘制了四个光纤环沿展开光纤上的温度分布,计算了四个陀螺的轴向和径向温度梯度及其引起的Shupe误差。对比分析结果表明:承环结构形式不同,光纤环的轴向和径向温度梯度不同,轴向温度梯度对光纤环的Shupe误差影响更大。
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  固化胶粘剂对光纤环温度性能的影响研究

  赵晓东, 张智华, 杜江

  导航与控制. 2016, 15(3): 73-77. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2016.03.013

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  光纤环是光纤陀螺的核心部件,其温度性能直接影响光纤陀螺的精度。胶粘剂作为光纤环的重要组成成分,其选用是否得当决定了光纤环性能的优劣。首先理论分析了胶粘剂的性能对光纤环性能的影响,并选取了三种具有不同性能的胶粘剂作为光纤环用胶粘剂,对比分析了不同种类胶粘剂对光纤环温度性能的影响。结果表明选择具有模量适中、较低固化收缩率和足够粘接强度的胶粘剂,得到的光纤环具有更好的温度性能。
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  基于Maxwell的混合式步进电机的仿真设计和结构分析

  贾博, 丁亚军, 杨通

  导航与控制. 2016, 15(3): 78-82. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2016.03.014

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  介绍了一种太阳能帆板驱动系统用混合式步进电机的设计和仿真方法,采用该方法得到了混合式步进电机的最佳齿形和结构数据。提出了一种等效二维有限元模型,将三维磁路转化为平面磁路,该模型有较高的仿真精度,同时对计算机的要求较低。利用该模型对不同的齿宽齿距比、齿宽齿高比和常用的结构形式进行比较,得出该电机的最优方案;同时,对混合式步进电机定转子不同齿距的结构进行仿真,得出其性能指标,分析不同情况的效果。
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  基于空间矢量控制的坦克炮塔系统伺服驱动器设计

  张晓玲, 魏宗康, 黄超

  导航与控制. 2016, 15(3): 83-88. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2016.03.015

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  空间矢量脉宽调制(SVPWM)在运动控制领域已广泛应用,本文研究了基于空间矢量控制原理的坦克炮塔控制系统(简称“炮控系统”)。空间矢量控制方式的实质是将交流电动机等效为直流电动机,分别对速度和磁场两个分量进行独立控制。此设计是通过空间矢量脉宽调制方法控制永磁同步电机,提出了炮控系统的组成以及系统的硬件设计和软件框图,在实际的应用中提高了炮塔的响应时间及稳定性,取得了良好的应用效果。
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  光电角度编码器与旋转变压器式角度编码器特性比较

  马建红, 孙玉彤, 郝永勤

  导航与控制. 2016, 15(3): 89-94. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2016.03.016

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  角度编码器是将机械角位置转换成与角度对应的数字信号的一种转换装置。针对在角度编码器中普遍使用的光电角度编码器和旋转变压器式角度编码器在精度等级、制造加工、环境适应能力、应用领域等方面做了比较,为用户提供选用参考。
材料与制造
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  脉冲激光热传导焊接技术在石英挠性加速度计组件装配连接上的应用研究

  张国锐, 高力, 王晓东, 刘海燕, 常江

  导航与控制. 2016, 15(3): 95-98. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2016.03.017

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  在不改变激光重复频率、焊接速率、脉冲宽度、离焦量等参数的情况下,只改变峰值功率,采用Nd:YAG脉冲激光对石英加速度计表芯装配组件进行热传导焊接,通过X射线显微镜和超声波无损检测系统对焊接样件的焊缝形态与焊接质量进行检测分析,并对样件拉伸强度进行测试。结果表明:脉冲激光热传导焊接中的热输入量对焊缝形态和焊接质量有直接的影响,较低的热输入量可以实现边界轮廓整齐、表面光亮、热影响区较小、残余应力较低的焊缝形态,并且没有裂纹缺陷,同时焊接样件的拉伸强度是环氧胶粘接样件的3倍以上。因此,脉冲激光热传导焊接技术在组件装配连接上的应用具有潜在的优势。
测试技术
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  基于关联探测的新型测距方法研究

  陈晓璐, 徐丹

  导航与控制. 2016, 15(3): 99-101. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2016.03.018

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  设计了一种基于关联探测的新型测距方法,将关联探测应用到测距领域,通过分析时间关联符合计数,寻找最大符合计数所对应的延时,完成了实验室条件下短距离计算的实验验证,此外还设计了强度关联代替时间关联,寻找最大对比度所对应的位置信息,同样进行了功能验证,这为将来基于关联探测原理的新型测距仪的设计提供了理论依据和实验基础。
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  石英挠性加速度计在角度检测中的应用

  黄振, 张春生, 黄伟, 赵毅, 王晓东

  导航与控制. 2016, 15(3): 102-105. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2016.03.019

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  随着科学技术的进步,角度检测在现代工业体系中占有重要地位。现有角度检测设备因其测量范围、测量精度和功耗等局限,而逐渐不能满足测量要求。采用石英挠性加速度计传感器、AD7734与ARM MCU组合而成的一种新型倾角测量仪,通过对石英挠性加速度计的电流信号进行调理和AD采集,以及对采集的数据进行滤波处理,解算出倾角,通过标准RS485通信接口将数据传输到PC机上显示。实验表明:在0°~30°角度测量范围内,该系统倾角测量精度可以达到±0.01°,具有很好的工作稳定性。同时,该倾角测量仪具有体积小、精度高、重量轻、功耗低等优点,可广泛应用到桥梁架设、国防军事、地质勘探、土木工程、石油钻井、航空航天、航海、精密加工等领域。
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  基于机器视觉的高精度螺孔定位方法研究

  郭静, 罗华, 张栋栋

  导航与控制. 2016, 15(3): 106-112. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2016.03.020

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  针对手工安装工件、劳动强度大以及效率低等问题,提出了一种基于机器视觉的螺孔定位检测方法。利用CCD摄像机实时采集局部待定位物图像,并对图像进行处理,提取螺孔坐标,然后通过物理坐标关系得到拍摄范围外的螺孔的坐标,最后经过eye-hand手眼标定转换到机器人坐标系下的坐标。该方法解决了受外界条件限制,对目标测量的过程不能一步完成的问题,实现了较大物件的自动、快速、准确定位功能。