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.

On the nonlinear integral transform of an ocean wave spectrum into an along-track interferometric synthetic aperture radar image spectrum

We present a new nonlinear integral transform relating the ocean wave spectrum to the along-track interferometric synthetic aperture radar (AT-INSAR) image spectrum. The AT-INSAR, which is a synthetic aperture radar (SAR) employing two antennas displaced along the platform's flight direction, is considered to be a better instrument for imaging ocean waves than the SAR. This is because the AT-INSAR yields the phase spectrum and not only the amplitude spectrum as with the conventional SAR. While the SAR and AT-INSAR amplitude spectra depend strongly on the modulation of the normalized radar cross section (NRCS) by the long ocean waves, which is poorly known, the phase spectrum depends only weakly on this modulation. By measuring the phase difference between the signals received by both antennas, AT-INSAR measures the radial component of the orbital velocity associated with the ocean waves, which is related to the ocean wave height field by a well-known transfer function. The nonlinear integral transform derived in this paper differs from the one previously derived by Bao et al. [1999] by an additional term containing the derivative of the radial component of the orbital velocity associated with the long ocean waves. By carrying out numerical simulations, we show that, in general, this additional term cannot be neglected. Furthermore, we present two new quasi-linear approximations to the nonlinear integral transform relating the ocean wave spectrum to the AT-INSAR phase spectrum.

一种可变形移动机器人协同构形变换方法

提出了一种可变形移动机器人AMOEBA-I的协同构形变换方法,建立了机器人系统的数学模型,对各个模块之间的协同变换及运动特性进行了分析.研究了机器人3个模块在协同变换过程中的电流变化情况,实现了3种特殊构形之间的变换.通过理论分析和实验比较了协同构形变换方法的特点,实验验证了在多种地面条件下机器人协同构形变换方法的有效性.

星球探测系统的多机器人组内协作研究

建立了子机器人的控制模型,提出了分散式控制与集中式控制相结合的复合控制体系。采用动态分配ID号和由ID号确定机器人组中领导者的机制,建立了有领导者的机器人组的协作方法。其中,领导者与监控平台之间采用无线通讯,机器人组内采用CAN(control area network)总线传递控制信号。同时采用组内基于状态表匹配的控制方式。两个机器人组合利用以上机制,通过相互协调完成差速转弯的实验验证了该控制方法的可行性。

一种FPGA的嵌入式可重构机器人控制系统

提出一种基于FPGA的可重构嵌入式微处理器控制系统.在FPGA中嵌入两个NiosⅡ软核,用VHDL语言编写用户自定义组件.在一个由NiosⅡ软核组成的处理器上实现PWM信号生成、编码器信号处理以及多电机同步伺服运算等,在另一个处理器实现机器人任务管理.该控制系统针对微小型爬壁机器人的控制系统设计,不仅具有良好的实时多任务处理能力,而且具有可重构的特点,因而可应用于一类微小型机器人控制系统以提高其设计的灵活性.

可变形机器人协同转向运动研究

可变形机器人AMOEBA-I具有多种构形和多种转向方式.为实现机器人转向性能的优化,提出了可变形机器人的协同转向方法,并建立了相应的数学模型,对不同构形下的协同转向方式进行了理论分析.设定了机器人三个模块在协同转向过程中的运动关系,在此基础上给出了可变形机器人协同转向性能的评价指标.通过理论和实验比较了不同构形下的协同转向方式,实验验证了协同转向方法的有效性.

基于状态构形矢量和状态构形矩阵的可重构模块星球机器人构形水

可重构模块星球机器人系统由母体和多个子机器人模块组成,单个模块可以独立运动和操作,多个模块可以重构组合成不同构形,模块采用非对称式轮手一体机构,具有姿态方位性和运动方向性,重构目的是组成在某种环境下更好地完成有向性运动的构形。基于此,提出矢量构形概念,将运动趋势方向和方位性融合到构形拓扑结构中。在模块矢量分析模型基础上,提出并构建状态构形矢量(State configuration vector,SCV)和状态构形矩阵(State configuration matrix,SCM),对非对称式单模块和整体构形的状态信息进行描述,同时支持预定义的数学变换操作,可以表达并触发模块的基础动作、构形重构。提出离散模块组合重构成目标构形的优化分析算法,通过实例仿真计算获得优化分析的选择结果。

可重构机器人越障运动的规划

提出一种新型的可重构机器人,该机器人在受一个驱动力矩的作用时,在不同约束下表现的输出形式不同.利用机构这一特点,实现了机器人移动中的自主越障运动.主要针对机器人越障运动中越障高度受导轮和手臂影响的问题,提出一种借助环境同时改变手臂姿态的越障规划方法,有效地提高了越障的高度.通过试验样机验证了规划方法的有效性.

模块化变形机器人非同构构形表达与计数

提出一种新型链式可重构模块机器人平台,该机器人平台具有手动可重构和自动变形的特点,介绍一种三模块变形机器人样机。组成机器人的单个模块可以简化为由模块本体、连接臂和偏置关节组成。模块的数量可以根据实际工作的需要进行选择,模块间的连接具有规则连接和非规则连接两种方式;同时,由连接模块的偏置关节的运动,模块间的相对位置可以改变。由于模块连接方式的不同和模块间相对位置的变化,变形机器人具有多种非同构构形;为此,根据模块的物理结构和邻接关系提出了用构形矩阵来表达机器人结构的拓扑信息,并在仿真环境下进行等效描述;提出基于组合计数原理的递归算法,用于多模块变形机器人的非同构构形的计数,并根据构形矩阵的拓扑信息对构形进行评价。最后根据仿真结果给出了一种三模块变形机器人样机对称构形的设计示例,验证了算法的可行性。

可重构装配系统中智能体的开发

为了实现可重构装配系统的快速重构能力,在分析了传统控制结构的基础上,结合分层递阶和分布式控制的优点,提出了基于多智能体系统的混合控制体系结构。这种结构具有低复杂性、强鲁棒性、易维护性、可扩展性以及可重用性等特点,能够适应重构系统的要求。在遵守智能物理代理基金会规范的前提下,以Java智能体开发平台进行了装配系统中各层智能体的实例开发。

链式可重构模块机器人非同构构形仿真研究

可重构模块机器人系统具有多种构形来适应环境和任务的要求,其非同构构形的数量随着模块数量的增加呈指数增长。提出了一种新型链式可重构模块结构,机器人的模块数量可以根据需要选择。利用偏置关节和连接臂,该结构具有手动可重构和自动变形的特点。根据模块的物理结构和邻接关系,提出用构形矩阵来表达机器人的拓扑信息,并在仿真环境下进行描述;提出基于组合计数原理的递归算法,用于多模块变形机器人的非同构构形的计数,并根据构形矩阵对对机器人的对称构形进行判断。最后仿真设计了4模块和5模块可重构机器人的对称构形,验证了算法的可行性。

可重构机器人体系结构及模块化控制系统的实现

本文提出了一种适用于新型可重构星球机器人的模块化控制系统,根据机构和运动特性,基于CAN总线和分布式控制器技术,将系统结构和功能分解成不同模块由各自的控制器独立执行,建立具有任务层和运动层的分层次控制结构,实现了组合式规划、分布式控制的混合式控制方法。本文设计了两种不同的控制器,并采用PPG脉冲宽度调节方法实现了对在机器人上使用的R/C电机的标定和控制。通过在子机器人原理样机上进行实验,验证了这套控制系统和控制体系结构的可行性。

可重构模块机器人倾翻稳定性研究

介绍了一种可重构模块机器人,它可以通过构形的变化来提高系统的稳定性和抗倾翻能力.该机器人由3个模块组成,采用履带驱动,具有直线、三角、并排3种对称构形.在对移动机器人的倾翻因素和倾翻对策等问题进行分析的基础上,提出稳定锥方法,用倾翻性能指数对移动机器人的静、动态稳定性进行综合判定.讨论了变形机器人3种对称构形在仰俯、偏转、倾斜等干扰组合作用下的倾翻性能指数和综合稳定性,并进行了仿真实验和非结构环境实验.

可重构星球探测机器人控制系统的设计与实现

介绍了一种新型可重构星球探测机器人系统.基于这种机器人功能和结构的分解特点,设计了模块化控制系统,使用CAN总线技术作为模块间主要通讯方式.提出了控制原理和集中式控制算法,有效地实现了一台子机器人在不同模式状态下自主运动和操作的控制,并通过原理样机实验验证了这套控制系统的可行性.

链式可重构机器人单模块结构设计与运动实验

提出了一种新型模块化链式移动机器人机构,它具有可重构、自动变形的特点。单个标准模块主要由中间通孔式连接手臂、履带驱动链传动装置、模块偏转锥齿轮传动装置、模块俯仰链传动装置、连接柄等组成。模块间由偏转关节、连接柄、连接臂和仰俯关节进行连接组合。为提高单个模块的机动性和实现运动自主功能,对标准模块进行了适当改进,单模块机器人采用了履带、轮、臂、腿组合的移动机构,具有三维空间的运动能力。最后对单模块机器人样机在垂直壁障碍、平地支腿、平地转弯、斜坡、楼梯等情况下的运动能力进行了实验,为进一步实现多模块机器人的自重构和环境应用打下了基础。