2016年, 第15卷, 第4期　刊出日期：2016-08-05

  

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系统与应用
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  CHZ型重力仪控制系统的数字化设计与实现

  胡明, 涂海波, 柳林涛, 钟敏

  导航与控制. 2016, 15(4): 1-7. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2016.04.001

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  为提高CHZ型海洋重力仪控制系统的自动化程度及抗干扰能力,提出了基于FPGA的数字化控制系统实现方案。该方案集成机械零偏补偿、数据处理、系统监测与报警等功能为一体,还可灵活切换不同控制参数,满足不同海况环境,提高了系统集成度和故障定位能力,增加了控制系统的可靠性。
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  微小型直升机非线性鲁棒控制器设计

  常冠清, 张泽, 范国梁, 翁璐斌

  导航与控制. 2016, 15(4): 8-13. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2016.04.002

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  针对含有未建模动态的微小型直升机非线性模型,设计了基于反步法和自适应模糊系统的自主飞行控制器。该控制器包含两个回路:航迹控制外回路和姿态控制内回路。外回路通过旋转矩阵实现对内回路姿态的控制,而非传统的欧拉角或姿态四元数。控制器采用自适应Takagi-Sugeno(TS)模糊系统在线补偿系统未建模动态的影响,并利用反步法完成控制器综合。所设计的算法在确保整个控制系统稳定性的同时又可保证系统能够有效应对未建模动态的影响。系统仿真结果表明,在盘旋上升飞行模态下控制系统能够快速准确地跟踪预设轨迹,并且具有良好的鲁棒性能。
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  非合作体附着下的组合体航天器自适应控制

  陈雪芬, 康国华

  导航与控制. 2016, 15(4): 14-20. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2016.04.003

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  空间中非合作体附着航天器本体后,新组合体惯量参数未知、系统引入的动量变化未知,容易造成航天器姿态控制失稳。针对此问题,提出了一种基于非合作组合体整体惯量估计的自适应控制方案,实现不同情形附着下新组合体姿态的快速和高精度恢复。通过构造李雅普诺夫函数,对自适应控制方案稳定性进行了证明。搭建的某卫星被非合作组合体附着后的姿控仿真平台表明,在非合作体惯量参数未知、引入动量未知以及附着前系统状态不定等恶劣情况下,采用该算法的组合体姿控误差可收敛到一个极小的领域内,可以实现对非合作组合体系统快速而有效的控制。
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  TLS—一种新的着陆系统

  杨益欢, 李冰, 陈阳

  导航与控制. 2016, 15(4): 21-25. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2016.04.004

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  应答着陆系统是一种基于应答机的精密进近着陆系统,是FAA认可的I类精密进近的导航系统,满足ICAO要求的精度标准。本文介绍了系统的组成、配置和工作流程,分析了系统的测角、测距原理和方法,阐述了系统的应用特点和主要性能,为导航系统的发展奠定了基础。
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  一种优化的零速检测行人导航算法

  孟祥宾, 潘献飞, 胡小平

  导航与控制. 2016, 15(4): 26-31. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2016.04.005

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  针对军事上对单兵定位和民用领域为行人提供位置服务的需求,提出了足部固定MIMU的行人导航算法。利用人体行走过程中脚部与地面相接触的静止时间段,采用零速更新(Zero Velocity Update,ZVU)对INS继续对准或标定,而零速检测又是实现零速修正的基础。研究对比了在足部固定MIMU进行零速检测的常用方法,针对常用算法阈值自适应性差,无法检测步速变化转弯等一些异常情况对行人零速检测产生误判等问题,提出优化的零速判断算法,使得加速度计信号和陀螺仪信号综合应用到零速检测。最后,利用改进算法设计行人室内平地正常行走(大约5km/h)包含步速变化和转弯过程的实验。实验结果表明,优化的零速检测算法相比之前的常用算法,能更准确地检测零速并进行修正,对导航轨迹和导航误差有更好的修正效果。
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  药房快速发药系统中的上药管理与控制研究

  梁晨艳, 高芳

  导航与控制. 2016, 15(4): 32-37. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2016.04.006

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  随着社会的进步以及医疗行业的发展,药品种类越来越多,医院规模也在不断扩建,医院药房药品的补充及取药问题尤为突出,目前传统的药房工作效率低,工作人员劳动强度大,补药与取药供需不平衡导致患者等待时间长。基于.net 平台,采用C#语言以最优的路径实现了自动化药房快速发药系统自动和手动药品的补充。这一研究利用自动化设备代替药房工作人员完成药品的补充及发药,缩短患者取药等待时间,并且方便药品的管理,这对提高医院药房工作效率及自动化程度具有一定的参考价值。
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  基于模糊控制的惯性测量单元温控系统数值分析

  李双玉, 杨明, 何青

  导航与控制. 2016, 15(4): 38-43. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2016.04.007

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  针对捷联惯性测量单元(IMU)温控系统的高精度、高滞后性和时变性,提出一种基于CFD技术的捷联IMU模糊PID控制器设计方法。首先,对某型号IMU的热量传递机理进行分析,建立IMU传热特性三维数值计算模型,借助CFD软件Fluent的UDF功能实现对IMU数学模型温控系统的模糊PID 控制。最后,通过改变环境温度获得IMU数学模型在瞬态计算条件下的温度分布规律,并将IMU不同部位的温升值与试验结果进行对比,分析温度分布对惯性仪表的影响。研究结果能为IMU温控系统的改进和优化提供依据。
仪表与电路
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  微米光栅加速度计力反馈系统设计

  张志良, 冯丽爽, 张宇, 王阳

  导航与控制. 2016, 15(4): 44-49. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2016.04.008

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  针对高分辨率微米光栅加速度计中存在的输出非线性和动态范围小的问题,提出了一种基于静电驱动的静电力反馈方法。该方法一方面将质量块位移锁定在最佳工作点,提高加速度计的线性度;同时利用静电力反馈实现微米光栅加速度计的力反馈控制,提高它的动态范围。给出了微米光栅加速度计的力反馈检测原理,建立了静电力反馈控制模型和基于力反馈的微米光栅加速度计系统的数学模型,在此基础上优化了PI 控制单元,搭建了微米光栅加速度计力反馈系统,实现了力反馈控制。实验结果显示:当质量块位移锁定在最佳工作点处时,微米光栅加速度计的量程比未加力反馈时增大了33.4倍,非线性度抑制了6.4倍。
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  基于无迹卡尔曼滤波法的串联型电池系统荷电状态估计研究

  裴玉兵, 彭思敏, 沈翠凤, 李家荣

  导航与控制. 2016, 15(4): 50-55. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2016.04.009

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  以锂离子电池为载体的电源系统为航天器稳定可靠运行提供了一种有效的方式。多个电池单体经串联可扩大电池系统容量,即串联型电池系统。为准确估计串联型锂离子电池系统的荷电状态(State of Charge, SOC),针对扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman Filter, EKF)计算复杂、精度不高等问题,结合串联型电池系统空间状态方程,提出基于无迹卡尔曼滤波法(Unscented Kalman Filter, UKF)的串联型电池系统荷电状态估计算法。在恒流和脉冲两种工况下,通过对比分析UKF与EKF算法的仿真结果与实验数据的匹配情况,证明了提出算法的准确性和高鲁棒性。
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  车载里程仪参数的实时标定方法

  郝磊, 杨国梁

  导航与控制. 2016, 15(4): 56-62. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2016.04.010

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  针对里程仪输出的速度(或位置增量),其参数标定误差残差是影响定位定向系统性能的关键因素,传统里程仪参数标定方法需在行车过程中设置精确标志点,且有行驶路线受限的缺点,因此提出一种基于速度量测的定位定向系统误差实时估计和补偿方法。该方法将里程仪刻度系数误差、安装误差残差纳入状态变量进行实时估计并补偿,将惯性导航系统输出的速度与里程仪输出的速度进行对比,构建量测方程。设计跑车试验对该方法进行验证,结果表明该车载里程仪参数的实时标定方法,仅需要在里程仪安装在车辆上后,导航系统做一次正常罗经对准并转惯性/里程仪组合导航模式,在车辆正常行驶过程中,即可自动标定出里程仪参数误差,具有自主、灵活简便、精度高的特点,同时提高了惯性/里程仪组合导航系统定位精度。
元器件技术
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  基于FPGA的DDR2缓存控制器在无线链路图像跟踪系统中的应用

  袁鑫, 卢磊, 景彦哲

  导航与控制. 2016, 15(4): 63-69. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2016.04.011

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  图像跟踪系统是机载光电吊舱的重要组成部分,其对目标捕捉的成功率直接决定了机载光电吊舱的性能。而作用于机载光电吊舱与地面站之间的无线链路系统,有着不可消除的的延时特性,这极大地降低了目标捕捉成功率。本文设计了一种基于FPGA的DDR2缓存控制器,通过缓存控制器可以轻松实现高清视频图像的快速存储和调用,从而实现图像跟踪算法对无线链路延时的补偿。该缓存控制器成功应用于某型机载光电吊舱图像跟踪系统,有效消除了无线链路延时的影响,提高了图像跟踪系统对目标捕捉的成功率。
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  基于FPGA的北斗B1频点接收机基带信号处理器设计

  尚斌斌, 赵伟, 刘建业, 李荣冰, 薛涛

  导航与控制. 2016, 15(4): 70-75. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2016.04.012

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  针对北斗二代B1频点信号比特翻转频繁的问题,设计并实现了基于FPGA的北斗B1频点导航接收机基带处理器。该处理器在信号捕获过程中设计了频率精细搜索的精捕获算法,避免了假捕获并且提高了捕获频率的精度;在载波跟踪环路中设计2阶锁频环辅助3阶锁相环的方案,以提高环路跟踪的动态性能。其中,锁频环和锁相环均设计了对比特翻转敏感的鉴别器,保证环路跟踪的准确性。试验结果表明,该基带处理器设计具有较高精度的捕获频率和良好的高动态跟踪能力。
材料与制造
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  钼钛锆合金材料特殊型腔的组合放电加工方法的研究

  孙长宏, 朱颖谋, 王佳兴, 牛禄, 顾琳

  导航与控制. 2016, 15(4): 76-81. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2016.04.013

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  钼钛锆合金的耐高温和抗高温高速燃气冲刷等优点,使其被广泛应用为航天发动机控制模块的结构材料,但其高效精密加工一直是应用中的难题。因此,采用线切割及电火花(WEDM+EDM)组合放电加工的工艺,开展了钼钛锆材料固体发动机燃气阀特殊型腔加工的组合工艺研究。与传统切削加工相比,该方法具有加工精度高、表面质量好和具备加工复杂型腔的能力;与单一电火花加工相比,具有加工效率高、电极损耗小等优点。通过某型号固体发动机燃气阀的加工试验,采用组合工艺完成了燃气阀体的上下异形面型腔、阶梯异型孔、窄槽和异形盲孔等特殊型腔的高效高精度加工。
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  H型动压气体轴承轴套端面平面度制造误差分析

  曹耀平, 邵荔宁, 周景春, 郭月

  导航与控制. 2016, 15(4): 82-85. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2016.04.014

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  针对H型动压气体轴承端面平面度指标问题,从轴承端面研磨的定位夹具、工艺方法入手,分析了研磨工艺方法对端面平面度带来系统误差,并根据加工时的装配状态及操作方法,提出了改进措施,从而达到进一步提高平面度指标的目的。
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  半球轴承批量检测夹具的设计及应用

  郭小冬, 张勇, 席立海, 翁汉旺, 郭猛

  导航与控制. 2016, 15(4): 86-91. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2016.04.015

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  三坐标测量机是快速自动测量设备,其装夹工件环节产生的准备时间对测量效率的影响远比手动量仪大。因此在批量轮番生产方式下采取有效措施,缩短测量准备时间,对提高产品检测效率具有重要意义。针对动压马达半球轴承成批轮番生产检测的任务特点,在分析检测流程、零件结构以及测量机工作特点的基础上,设计了由孔系基础板及专用定位、支承、紧固件组成的半球轴承批量检测夹具,实现了工件离线快速装夹、缩短了测量准备时间。通过实际应用证明了此方法的有效性。
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  1553B电缆组件焊装工艺技术介绍

  郭鹏飞, 范东, 国晓磊, 张国佳

  导航与控制. 2016, 15(4): 92-96. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2016.04.016

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  目前,越来越多的惯性电子产品中采用新型电缆组件,这些新型电缆组件是保障信号输入输出的关键部件。对于新的电缆组件,焊装质量是影响整机性能的关键因素之一,其焊接可靠性问题占整个产品综合布线质量问题的90％以上。主要针对1553B通信电缆在高可靠性电子产品中的应用,分析了该电缆组件制作过程中的工艺难点及出现质量问题的原因,并以美国瑞侃公司DK-621系列连接器为例,重点阐述了该电缆组件制作的工艺方法和工艺流程,为产品的高可靠性提供了工艺保障。
综述与动态
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  航天产品内部微环境污染来源分析及污染物控制、清除工艺技术研究

  陈白帆

  导航与控制. 2016, 15(4): 97-102. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2016.04.017

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  系统探讨了航天高精度、高可靠性等级产品在封装后,产品内部微环境中污染形成的机理和可能来源。初步收集了国外早期电磁继电器、惯性仪表制造行业内文献并研究和分析出可能涉及的污染类型,结合目前国内该类产品制造工艺技术现状,补充了新研究的污染来源,分析了进入产品内部的途径,可能残留污染的机理,以及清除的方法。首次提出了高精度、高可靠性航天产品密封空间“微环境”体系和“微动态环境”概念,以此开展产品内部微环境条件下污染产生的深层次机理、生长过程及对产品性能与可靠性的影响规律与影响程度的研究。
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  SERF陀螺仪研究进展及关键技术

  石猛, 阚宝玺, 刘院省, 王学锋

  导航与控制. 2016, 15(4): 103-107. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2016.04.018

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  SERF(Spin Exchange Relaxation Free)陀螺仪利用电子自旋在惯性空间的定轴性敏感载体转动信息,具有超高精度、小体积的特点,已成为国内外惯性技术领域的研究热点之一。本文介绍了SERF陀螺仪的基本原理,回顾了SERF陀螺仪的国内外发展历程,指出SERF陀螺仪发展需要解决原子气室抗弛豫、核自旋磁场补偿闭环和高精度的信号检测三个关键技术,并展望了SERF陀螺仪在未来潜在的应用前景。
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  物联网技术在航天安全生产管理系统中的应用

  王亮洁, 胡大伟, 董皓, 张澍裕

  导航与控制. 2016, 15(4): 108-112. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2016.04.019

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  航天事业的发展关系国计民生,其安全生产管理问题则是重中之重,如何形成一套高水准、标准化的系统,是即将要解决的问题。首先分析了研究整个系统的必要性,进而提出了解决方案,具体分析了系统的架构、网络拓扑以及系统功能。重点介绍了关键技术,主要在于集成、虚拟技术和光纤传感三大类,最后分析了系统的应用前景。