结合飞行的快速步行导航技术

在对现有虚拟环境导航技术进行分析的基础上,针对单一导航方式难以同时胜任多种导航任务的问题,提出并实现了一种结合飞行的快速步行导航技术。该导航技术通过对用户交互意图和场景上下文的感知自动调整导航模式以适应不同类型导航任务的需求,从总体上提高了复杂虚拟环境下的导航效率。

乘波飞行器低马赫数飞行状态下的气动性能研究

乘波飞行器在低马赫数飞行状态下的气动性能是近空间飞行器设计和研究人员关心的问题之一. 本文以M=3,设计飞行高度H=15 km为设计点,最大升阻比为优化目标,并通过满足一定的有效载荷容积,气动热防护和气动操纵的要求进行了工程化设计后得到的锥导乘波体为研究对象,借助数值模拟和风洞实验技术相结合的研究手段对乘波飞行器在跨声速和超声速飞行阶段的气动性能进行了探讨. 研究结果表明,乘波飞行器在该飞行阶段的气动性能与前缘所处的气动状态密切相关

Near-Space Wide-Swath Radar Imaging With Multiaperture Antenna

Near-space, defined as the altitude region between 20 and 100 km, offers many capabilities that are not accessible for low Earth-orbit (LEO) satellites or airplanes because it is above storm and not constrained by orbital mechanics and high fuel consumption. Hence, a high flying speed can be obtained for the maneuvering vehicles operating in near-space. This offers a promising solution to simultaneous high-resolution and wide-swath synthetic aperture radar (SAR) imaging. As such, one near-space wide-swath SAR imaging technique is presented in this letter. The system configuration, signal model, and imaging scheme are described. An example near-space SAR system is designed, and its imaging performance is analyzed. Simulation results show that near-space maneuvering vehicle SAR indeed seems to be a promising solution to wide-swath SAR imaging.

智能机器人技术在南极科学考察事业中的试验应用

智能机器人技术在极地科学考察事业中有着广阔的应用前景。2007/2008年度第24次南极科学考察中,我国开发的冰雪面移动和低空飞行机器人在南极成功实现了首次应用。扼要介绍国外开发的应用于南极的智能机器人技术,重点介绍我国开发的冰雪面移动和低空飞行机器人及其在南极现场的试验应用情况。此外,作者思考了我国南极考察事业对智能机器人技术的一些潜在需求,以期能对未来的机器人技术开发提供参考。

基于DSP旋翼飞行机器人增稳操纵杆设计

本文首先介绍了旋翼飞行机器人控制系统的功能与应用,着重介绍了其中基于tmx320f28335数字信号处理器的无线增稳操控系统工作原理、硬件构架以及软件流程,并对AD转换过程中的关键FIR滤波算法进行说明,详尽比较了不同滤波参数对滤波效果的影响,最后得到该方法可以应用于旋翼飞行机器人增稳控制系统的结论,并将应用该方法滤波后的控制信号应用于实际增稳飞行,以实际数飞行据验证上述结论。

旋翼飞行机器人故障诊断与容错控制技术综述

对故障诊断和容错技术的发展过程进行了简要概述,以旋翼飞行机器人为研究对象,在分析了旋翼飞行机器人故障诊断与容错控制特点的基础上,介绍了当前国内外在该领域的研究进展和主要方法.最后,总结了该领域待解决的难点问题,并指出了该研究领域的发展趋势.

面向旋翼飞行机器人的控制方法研究

旋翼飞行机器人是目前国防、民用两大领域都迫切需要的一种无人平台，它在受限空间内的机动能力，如在狭小的空间起降、空中悬停、超低空飞行、悬停转向等，使得其可以承担固定翼无人机所难以完成的使命，如城市空中信息获取、灾难搜救、反恐防暴、输电线路油气管线巡检、边防反走私反偷渡、森林防火、航拍航测等等。但是，要摆脱遥控的限制，实现旋翼飞行机器人远距离、超视距自主飞行，高性能的机载控制器是必要的前提。但是，由于旋翼飞行机器人的动力学模型复杂，除了飞行器所共有的空气动力学不确定性外，还包括主、尾旋翼之间的强耦合，低空飞行时由旋翼气流引起的地效扰动，低速飞行时的风扰等。上述这些因素导致难以建立起旋翼飞行机器人的动力学模型。 旋翼飞行机器人的动力学复杂性是制约其高性能控制实现的核心问题，如何解决这个问题也就成为目前自动控制领域的重要研究方向之一，其研究内容包括可以归纳为：1) 如何合理简化动力学模型使其适合控制策略设计，2) 如何处理未建模不确定因素和空气动力学扰动，3) 如何提高算法的实时性以便在线实现。 本论文针对上述内容开展深入研究，以在线可实现性为核心目标，旨在建立具有结构简单、实时性好、针对不确定因素及扰动具有强鲁棒性的旋翼飞行机器人控制方法。论文的具体内容安排如下： 第1章，在综述现有控制方法的基础上，深入分析并归纳出旋翼飞行机器人控制策略设计中的难点；同时，鉴于本论文将重点研究在线估计方法与旋翼飞行机器人控制策略相集成的可行性，本章也分析了现有非线性估计方法的特点。 第2章，在简单介绍旋翼飞行机器人飞行机理的基础上，将其视为理想刚体，根据理论力学及叶素理论建立了旋翼飞行机器人六自由度动力学模型。这个模型是一个本质上强非线性、不稳定、高度耦合、非最小相位，带有时变不确定因素的多输入多输出系统。本章对该模型进行了相应地简化，使其可以作为后续控制方法设计与分析的基础。 第3章，重点研究旋翼飞行机器人的独立通道控制方法，提出了两种方案提高基于单输入单输出简化模型的独立通道控制对未建模因素的鲁棒性。首先分析了动态反馈线性化方法在旋翼飞行机器人独立通道控制方面应用的可行性，虽然在理论上可以证明其稳定性，但其对模型的依赖以及计算量大、实时性差等缺点将制约其在实际系统上的应用。以此为基础，又创新地提出基于自调整神经元的控制方法克服未建模扰动和未知时变参数扰动，该方法保留了独立通道控制结构简单、算法易于实现的特点。 第4章，深入研究了UKF算法。在介绍了U变换和标准UKF算法的基础上，提出了具有噪声统计特性自适应能力的UKF算法。该方法以新息方差的实际值与估计值的差为指标函数，用MIT规则作为自适应机制，在线调整UKF中的噪声方差参数，从而提高UKF估计方法在先验信息不足时的估计性能。该方法为基于在线主动估计的旋翼飞行机器人控制奠定了基础。 第5章，提出基于在线主动建模的旋翼飞行机器人控制结构。在该结构中，利用非线性估计方法在线估计旋翼飞行机器人动力学模型中的不确定因素及扰动；同时，将在线估计的结果融入控制策略，实现对模型不确定因素及扰动的抑制。 最后对全文作出总结。

旋翼飞行机器人故障诊断及容错控制方法研究

无人直升机（Unmanned Helicopter）具有固定翼无人机所不具备的很多优势，它具有垂直起降、空中悬停、协调转弯、前飞、侧飞等多种飞行模态。这种独特的飞行性能决定了它的使用价值：在军用方面，无人直升机既能执行各种非杀伤性任务，又能执行各种软硬杀伤性任务，包括侦察、监视、目标截获、诱饵、攻击、通信中继等；在民用方面，无人直升机在航拍、大气监测、交通监控、资源勘探、电力巡检、森林防火、农业等方面具有广泛的应用前景。但是，直升机自身动力学所固有的高度复杂性和不确定性，导致难以对其实现高性能控制，目前视距范围内遥控仍然是其主要的行为方式，这极大地制约着无人直升机的实际应用。近五年来，将机器人学中的自主行为技术与无人直升机平台相结合，构造全自主型无人直升机系统，即所谓的旋翼飞行机器人（Rotary Wing Flying Robot, RWFR），被认为是一种可行的技术路线；同时，与之相关的自主控制方法也成为移动机器人领域的重要研究方向之一。 自主行为能力包括三个层面的内涵：一是自主、在线的环境理解能力，这里的环境不仅是机器人所处的外部环境，也包括其自身的动力学以及健康状态；二是以环境理解为基础的优化行为自主产生能力；三是控制自身本体实现期望行为的能力。对于旋翼飞行机器人而言，其自身健康状态的自主理解以及与之相关的控制行为产生是至关重要的环节，因为它决定着可靠性。旋翼飞行机器人具有多变量、非线性耦合、柔性结构等多种动力学特性[1]，在飞行过程中会遇到风、发动机振动等多种扰动，其机械部件和控制系统极易出现故障，如果故障不能被有效检测或在有限控制周期内没有被及时处理，旋翼飞行机器人就会因其静不稳定的特点而失去控制，导致机体严重损毁甚至地面人员伤亡。 本论文针对旋翼飞行机器人的自主健康诊断与管理能力开展深入研究，重点研究传感器、执行器、飞机本体故障解耦，各子系统故障的检测、辨识与容错控制，面向在线应用的算法实时性等核心问题，旨在建立具有结构简单、实时性好、针对典型故障可实时进行故障诊断及容错控制的方法体系。论文的具体内容如下： 第1章，对故障诊断及容错控制方法的研究现状进行综述，深入分析并归纳旋翼飞行机器人故障诊断与容错控制中存在的问题和发展方向，引出本文的研究内容和重点。同时，在简要介绍国内外各种旋翼飞行机器人实验平台的基础上，选择一种具有典型性的实验平台进行深入分析，总结了其特点和不足，为研制自己的实验平台系统奠定基础。 第2章，作为论文后续方法研究、仿真及实验验证的基础，首先介绍旋翼飞行机器人的动力学模型，接下来介绍本人参与研制的开放式仿真系统，并着重介绍以作者为主要负责人所设计、研发的40公斤起飞重量级旋翼飞行机器人开放式飞行实验平台—ServoHeli-40。 第3章，以阐述ServoHeli-40旋翼飞行机器人自主飞行控制结构及独立通道控制方法为基础，创新性地提出旋翼飞行机器人容错控制体系结构，并分析该结构中各模块任务及作用。针对传感器和执行器故障之间的耦合问题，提出基于贝叶斯推理的异类故障解耦方法，为独立研究传感器、执行器故障扫清障碍。 第4章，重点研究旋翼飞行机器人传感器故障诊断及容错控制。针对不同故障检测类型和阶段，提出了三种方法。首先针对突变类型的传感器故障采用基于db2的小波变换方法进行检测，对传感器数据进行时频域同时变换，实现实时准确分析；其次应用自适应神经网络方法对故障信号及正常飞行中飞行模态变化进行区分，提高了故障检测的可信性与可靠性；最后以多源传感器信息融合为基础，探索在部分传感器出现故障的情况下提供次优的传感器数据。 第5章，重点研究执行器软性故障的在线估计及控制策略在线重构问题。首先提出旋翼飞行机器人执行器定量软性故障的数学表达方法，深入研究两种自适应UKF方法在执行器软性故障在线估计方面的有效性和可行性；最后，提出一种基于故障参数在线估计的控制策略重构方法。 论文针对所提出的方法，以ServoHeli-40旋翼飞行机器人的实际拟合动力学模型为对象开展了仿真研究，部分内容在ServoHeli-40上进行了实际飞行实验验证。

一种高智能化的通用自动胶片判读仪

自动通用胶片判读仪是一种高智能化的精密光学测试设备,采用了计算机控制飞点扫描技术、精密光学测量技术、图象跟踪测量与信息处理技术。飞点管分辨率达4096×4096象元,通过光学系统胶片上获得6.55μm高分辨率,飞点扫描方式灵活多样且可随意控制,通用于目前我国靶场所有的电影经纬仪和高速摄影机35mm胶片的数据判读。具有自动判读和半自动判读两种工作模式,自动判读的速度为5帧/秒,自动判读的精度为σ=±0.011mm,半自动判读的精度为σ=±0.009mm,测量数据可以记录、打印和显示。

手写体数字识别装置

本文叙述一种采用飞点扫描管沿字周边扫描的技术,和如何把得到的模拟文字信息按文字的高和宽以及光点运动的方向分成4×5格子和八个方向。这样就能够从大量的信息中提取出十七种用于特征描述的基本信息量。当然选择这一“模拟——数字”信息压缩的依据和数量是由特征抽取确定的。本文还讨论了筹划特征法分类的实践,着眼点是找出能代表被分类诸对象的特征(圆弧、线段等),在此基础上用得到的60个特征来描述被分类的诸对象。理想的情况下用这些特征去描述某个数字应当是唯一的,由于手写体变化较大,扫描结果部分失真,因此在分类逻辑中,还要依据大量实践的结果加上一些所谓技巧性的逻辑,才能组成一个合理的分类逻辑。本文叙述的方法和实践已用于沈阳市信函自动分拣样机上。

工程地质三维可视化技术及其工程应用研究

Study of 3D visualization technology of engineering geology and its application to engineering is a cross subject which includes geosciences, computer, software and information technology. Being an important part of the secondary theme of National Basic Research Program of China (973 Program) whose name is Study of Multi-Scale Structure and Occurrence Environment of Complicated Geological Engineering Mass(No.2002CB412701), the dissertation involves the studies of key problems of 3D geological modeling, integrated applications of multi-format geological data, effective modeling methods of complex approximately layered geological mass as well as applications of 3D virtual reality information management technology.The main research findings are listed below:Integrated application method of multi-format geological data is proposed,which has solved the integrated application of drill holes, engineering geology plandrawings, sectional drawings and cutting drawings as well as exploratory trenchsketch. Its application can provide as more as possible fundamental data for 3Dgeological modeling.A 3D surface construction method combined Laplace interpolation points withoriginal points is proposed, so the deformation of 3D model and the crossing error ofupper and lower surface of model resulted from lack of data when constructing alaminated stratum can be eliminated.3D modeling method of approximately layered geological mass is proposed,which has solved the problems of general modeling method based on the sections or points and faces when constructing terrain and concordant strata.The 3D geological model of VII dam site of Xiangjiaba hydropower stationhas been constructed. The applications of 3D geological model to the auto-plotting ofsectional drawing and the converting of numerical analysis model are also discussed.3D virtual reality information integrated platform is developed, whose mostimportant character is that it is a software platform having the functions of 3D virtualreality flying and multi-format data management simultaneously. Therefore, theplatform can load different 3D model so as to satisfy the different engineeringdemands.The relics of Aigong Cave of Longyou Stone Caves are recovered. Thereinforcement plans of 1# and 2# cave in phoenix hill also be expressed. The intuitiveexpression provided decision makers and designers a very good environment.The basic framework and specific functions of 3D geological informationsystem are proposed.The main research findings in the dissertation have been successfully applied to some important engineering such as Xiangjiaba hydropower station, a military airport and Longyou Stone Caves etc.