2021年, 第20卷, 第1期 刊出日期:2021-02-05
  

  • 全选
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    综述
  • 刘浩宇, 王向军
    导航与控制. 2021, 20(1): 1-14. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2021.01.001
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    小样本学习是指在样本数据不足或质量较低的情况下进行的深度学习训练和预测的方法。针对深度学习目标检测应用中可能会面对的样本数据不足的问题,分析了小样本目标检测的数学模型和误差来源,将适用于小样本目标检测的方法分成数据、模型和算法三个类别进行了归纳总结,简述了各个方案的缺点与不足,并枚举了近年来在小样本目标检测上的可行方法实践探索,简要介绍了其实现的效果。在此基础上,简单介绍了与小样本学习相类似的深度学习应用,并在分析了目前小样本检测中存在的问题后,对未来小样本目标检测的发展方向和研究趋势进行了讨论。
  • 郭朝阳, 张百成, 温耀杰, 李祺祺, 曲选辉
    导航与控制. 2021, 20(1): 15-28. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2021.01.002
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    作为打破传统单一主元合金设计理念的21世纪新兴的合金材料,高熵合金以其独特的晶体结构特征及性能特点成为材料学术界研究的热点材料之一。而选区激光熔化技术作为增材制造领域能够制造接近全密度的功能部件,具有可行的经济效益并得到了广泛开发和应用,在挖掘新型合金的性能及应用潜力方面有着得天独厚的优势。因此,近两年来利用选区激光熔化技术来制备高熵合金已成为研究的热门方向。主要综述了国内外各大研究机构及团队利用选区激光熔化制备高熵合金的研究成果及进展,总结了他们的高熵合金成分选择的思路、所采取的后处理手段、组织特性以及因此对力学性能的影响,最后对选区激光熔化技术制备的高熵合金研究及应用的前景进行了展望。
  • 宋丽君, 薛连莉, 董燕琴, 赵万良, 陈效真
    导航与控制. 2021, 20(1): 29-43. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2021.01.003
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    科学的进步推动了惯性技术新理论、新思维、新机理和新结构的发展,装备的竞争繁荣了惯性技术应用的新方法途径、新领域市场和新应用模式,惯性仪表性能精度快速提高。20世纪以来,两次量子技术革命方兴未艾,推动惯性技术突飞猛进地发展。世界惯性领域专家一直以需求为牵引,以提高精度为宗旨,积极推进基础惯性技术关键技术攻关,积极探索新机理,创新拓展新型功能应用。目前,在传统机械转子陀螺的基础上,总结积淀、升华跃迁,创新促成光学干涉、量子纠缠等多种新型惯性技术仪表的诞生。惯性技术又迎来了量子信息和大数据为基础的量子+人工智能的新时代,获得了复兴和繁荣的新机遇。本文分析了惯性技术的发展总历程及现状,并提出了一些认知和思考,供惯性领域不断探索的技术工作者商榷参考。
  • 导航与制导
  • 顾得友, 陈帅, 温哲君, 陈德潘
    导航与控制. 2021, 20(1): 44-50. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2021.01.004
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    在卫星导航领域,接收机的工作时钟普遍为石英晶振,靠石英晶振来驱动射频前端采样并完成后续的定位解算功能。但是,晶振在长期稳定性上存在很大的不足,作为系统工作时钟时会对接收机的定位精度以及整个系统的稳定性造成一定的影响。提出了利用芯片级原子钟替换石英晶振作为系统时钟源进行定位解算,并利用最小二乘法对钟差信息进行估计预测,在SoC北斗导航处理板上进行实验验证。实验结果表明,该方法能够有效改善北斗导航接收机的定位精度。芯片原子钟作为系统工作时钟后,接收机位置误差分别减小了9.4%、41.8%、64.3%,速度误差分别减小了36.3%、30.7%、62.3%。
  • 马昆, 戴居峰, 聂晓慧, 胡隽
    导航与控制. 2021, 20(1): 51-57. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2021.01.005
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    为适应惯导系统低成本、轻量化的发展方向,使用MEMS惯组作为敏感器逐渐成为惯导系统采用的主要方案。但是,该方案存在MEMS惯组内陀螺和加速度计常漂大、重复性差、安装误差难以标定的问题,需要使用高精度惯导作为基准对上述误差进行估计。通过构建导航速度、姿态阵的误差模型,使用Kalman滤波算法对误差参数进行估计,实现了对陀螺、加速度计常漂以及安装误差的快速、准确估计。通过仿真及跑车试验验证,该方法收敛速度在10s以内,经该方法估计并补偿后的导航精度能够提升60%。
  • 白龙, 彭荆明, 吴爽, 吕志刚
    导航与控制. 2021, 20(1): 58-69. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2021.01.006
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    为提高水下无人潜航器(AUV)的组合导航定位精度,需要对组合导航系统的参数进行调节,以保证组合导航系统获得较高的组合导航性能。针对AUV组合导航系统的PQR调参,借鉴多学科优化设计思想,首次提出了基于目标优化方法和传感器实采数据的PQR参数整定方法。首先,使用传统经验值开展了模拟AUV“水下潜航-水面GPS校准-水下潜航”工作方式的跑船试验和传感器数据采集。之后,基于传感器数据回放和组合导航过程的离线仿真,使用目标优化方法对组合导航系统的系统参数进行了优化求解。最后,使用PQR最优解分别开展了实航和离线仿真的对比验证。试验结果表明,目标优化方法能够应用于AUV组合导航系统的PQR调参,可以保证SINS/GPS/DVL组合导航系统的稳定性和较高的水下组合导航定位精度。使用该方法调参后,经实航验证和离线仿真对比,水下组合导航定位精度的CEP50指标分别降低至人工调参方式的44.0%和56.0%。该方法简单、有效,具有较高的工程应用价值。
  • 控制理论与方法
  • 吕奇超, 周一恒, 吕东元, 刘平凡, 孙丹峰
    导航与控制. 2021, 20(1): 70-77. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2021.01.007
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    磁悬浮控制力矩陀螺(Magnetically Suspended Control Moment Gyroscope,MSCMG)内转子存在的多源高频振动会影响自身稳定性,导致卫星姿态指向精度降低。针对其高频扰动及抑制问题,以所研制的小型立式单框架磁悬浮控制力矩陀螺为研究对象,建立动力学模型并分析了高速磁浮转子的振动特性,为内转子振动抑制提供依据。采用非参数频域辨识方法辨识整机内转子中频结构模态,通过在控制回路中串入二阶微分环节对其进行相位补偿。在稳定控制的基础上,采用自适应跟踪滤波器设计了高速磁轴承-转子系统振动抑制控制器对同频和倍频分量进行振动辨识和抑制,并在样机上进行了宽转速范围内的振动测试。实验结果表明:所设计的振动补偿控制器稳定、可行,最高工作转速达到30000rpm,全速域范围内振幅最大不超过0.07m/s2,轴心位移振动幅值和控制电流大大降低,有利于提高力矩陀螺整机的角动量指向精度。
  • 胡常青, 赵京瑞, 孙雪娇, 李清洲, 唐军武
    导航与控制. 2021, 20(1): 78-85. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2021.01.008
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    无人艇模型是无人艇运动控制研究领域的核心,模型的精确性对控制算法的设计及验证有很大的影响。为了解决有色噪声对无人艇模型参数辨识时的干扰问题,提出了一种辅助变量最小二乘算法对无人艇模型参数进行辨识。对离散KT方程加入噪声,得到无人艇时间序列分析模型,根据Tally原理引入辅助变量对最小二乘算法进行完善并辨识模型参数。所做理论分析及仿真结果表明:该算法可以准确估计无人艇时间序列分析模型参数,并能对无人艇下一时刻航向角做出准确预报,有效解决了有色噪声所带来的“参数有偏估计”问题。实船实验结果表明:相比一般最小二乘算法,所提算法的辨识收敛时间可减少50%,航向角预报误差减小约40%,有效预报时长提升一倍以上。该算法对无人艇时间序列分析模型的辨识更加准确,具有很高的实际应用价值。
  • 赵欣, 苗圃, 陈善秋
    导航与控制. 2021, 20(1): 86-91. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2021.01.009
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    随着机载激光捷联惯导向小型化方向发展,惯导结构的热设计正面临着更加严峻的挑战。针对设计中经常出现因无法在设计前期进行热设计指标控制而导致后期设计返工的问题,提出了一种热设计量化控制方法,即根据估算的整机功率计算箱体外表面积,再对箱体外表面积可达性进行判断,如可达则以该参数作为控制指标进行设计,如不可达则采用可达的最大表面积作为输入反算整机功耗,再根据计算结果对各电路功耗进行重新分配。经有限元仿真计算和试验一致证明该方法有效,可以实现惯导设计前期定量化的热设计控制,在很大程度上避免了后期因热可靠性及热试验问题的设计返工。
  • 材料与工艺
  • 张纱, 李彦博, 王鹏, 郝晨
    导航与控制. 2021, 20(1): 92-96. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2021.01.010
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    针对某型精密仪表马达定子铁芯叠片粘接质量差、线切割合格率低等问题,检测和分析了线切割开裂机理,研究了叠片表面清洗剂、清洗方法以及偶联剂添加对铁芯叠片粘接质量的影响。结果表明,使用CT-208A清洗剂并采用超声清洗方式可以有效清除表面污物并且无溶剂残留。在KH-225胶中添加1%的KH-550偶联剂,叠片间撕开力可提高约103%。将表面清洗方法和偶联剂应用于叠片粘接过程后,马达定子铁芯线切割合格率提高到90%以上。
  • 测试与计量
  • 许保祥, 熊智, 黄继勋
    导航与控制. 2021, 20(1): 97-102. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2021.01.011
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    当前的应用领域对干涉型光纤陀螺(Interferometric Fiber Optic Gyroscope,IFOG, 简称光纤陀螺)提出了较高的要求,如运载、航天领域要求光纤陀螺在变气压环境下精度不恶化,服役期限和存储环境要求光纤陀螺在高湿环境下可靠性高及性能稳定。而光纤对应力、水汽敏感,开放式光路结构的光纤陀螺在上述环境中性能不满足要求。通过分析气压变化对光纤陀螺零偏误差的影响以及水汽介质对光纤陀螺使用寿命、长期精度的影响,提出了对光纤陀螺光路进行气密性封装的方法。对两只气密性封装的光纤陀螺进行测试,气密性封装结构漏气率优于4×10-10Pa·m3/s,内部水汽含量低于5×10-6;两只光纤陀螺气密性封装后,在-40℃~60℃的温度范围内,零偏峰峰值降低了32.5%和31.0%,零偏稳定性误差降低了26.9%和22.2%;在变气压环境下,零偏峰峰值降低了95.3%和96.3%,零偏稳定性误差降低了96.2%和95.4%。测试结果表明,气密性封装能够显著提高光纤陀螺的精度和长期可靠性。
  • 蔡麒, 赵勇, 刘立, 曹慧亮, 石云波, 赵锐
    导航与控制. 2021, 20(1): 103-108. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2021.01.012
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    微机械陀螺是姿态控制平台和惯性导航系统的重要应用之一,但是目前国内的陀螺研发集成化程度不高,主要的研究集中在单一检测轴(特别是 Z 轴检测)微陀螺的设计上。为了实现可用于智能弹药领域的单片集成三轴陀螺,设计了一种轮环式陀螺结构,在ANSYS有限元分析软件中建立了该陀螺结构的有限元模型,并分别进行了模态分析、谐响应分析以及瞬态冲击响应分析。根据驱动模态和检测模态的频率匹配,优化了陀螺的结构尺寸,仿真结果显示工作模态的频率匹配性较好。分析了此结构在半正弦周期加速度冲击载荷作用下的冲击响应,谐振结构在5000g@5ms的瞬态冲击作用下最大应力为190.38MPa,证明该结构具有不错的抗冲击特性。
  • 马一通, 闫文民, 翟庆辉
    导航与控制. 2021, 20(1): 109-116. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2021.01.013
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    惯性系统的精度主要靠陀螺和加速度计的精度来保证。通常,惯性仪表所处的温度环境比较恶劣,虽然内部空间有二级温控来保证仪表有良好的工作环境,但惯性传感器还是对内部空间温度梯度变化有很高的敏感度,从而影响了系统精度。提出了空间分区域测温方案,将空间温度点划分为若干区域,在单个区域内确定若干个温度点作为一个采集终端站点,经过站点式测温后将数据分时发送到主接收站点。在温度采集过程中,铂电阻存在的非线性、自热效应会影响测温精度。采用阻值比较法,通过引入恒定激励电流,可以抑制温度采集电路的自热效应。无线传输采用蓝牙Mesh组网来实现传感器数据的传输,从各个末梢传感器节点采集的温度数据经过无线模块发送到网关节点,网关节点将采集到的数据传给上位机。测试结果表明:该系统可实现多通道温度采集,在一定范围内,测温精度能达到±0.05℃,满足精度攻关要求。