ASO-S卫星基于太阳导行镜的高精度高稳定度姿态控制系统

先进天基太阳天文台(Advanced Space-based Solar Observatory, ASO-S)卫星姿控分系统的主要任务是实现高精度、高稳定度对日指向控制. ASO-S卫星的科学载荷中,白光望远镜(White-light Solar Telescope, WST)前端配置了太阳导行镜(Guide Telescope, GT)稳像系统,利用正交分布光电二极管组成的边缘探测器测量导行镜光轴与太阳中心的偏差角.提出了一种将GT测量值引入姿态控制闭环的控制方法:利用星敏陀螺定姿算法获得卫星-太阳方向姿态偏差, GT测量值确定非卫星-太阳方向姿态偏差;以4斜装反作用轮组为执行机构,进行三轴零动量稳定姿态控制.通过数学仿真验证,基于GT测量值的姿态控制器在非卫星-太阳方向的绝对指向精度优于2′′、相对姿态稳定度优于1′′/60 s,满足ASO-S卫星高精度高稳定度的对日指向要求.     

姿态卡尔曼滤波对FAST馈源舱 BDS/SINS组合导航位姿精度的提高

500 m球面射电望远镜(The Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope, FAST)馈源舱位置和姿态测量精度直接影响望远镜接收机的对准精度.为了提高馈源舱位姿精度,提出姿态卡尔曼滤波算法,采用北斗导航系统的多天线技术解算馈源舱姿态,将它与捷联惯导解算的馈源舱姿态对比,两者的差值作为姿态卡尔曼滤波的量测量.为了降低北斗导航系统解算姿态的复杂度,采用了罗德里格矩阵解算方法.以望远镜跟踪观测模式时,北斗导航系统和捷联惯导解算的实际导航结果作为测试数据,测试结果表明采用姿态卡尔曼滤波的组合导航结果精度优于传统卡尔曼滤波的组合导航结果,尤其在航向角和yf轴的位置精度上.     

基于QNX的双足机器人视觉姿态平衡研究

由于仿人双足机器人的类人运动特点,需要采用平衡控制方法实现其姿态平衡控制。目前平衡控制方法多采用外界传感器反馈的形式获取姿态信息,系统结构复杂。提出一种基于机器视觉的双足机器人姿态平衡控制方法。以韩伯机器人为机器人原型,采用嵌入式系统开源可扩展硬件平台为机器人控制板,在QNX嵌入式实时操作系统上实现机器人直立状态下的姿态平衡控制。首先,控制板获取机器人头部摄像头的图像数据,对图像数据进行二值化处理。然后,按照视觉姿态倾角模型计算出机身倾斜角度,并通过串口向动作控制板发出姿态调整命令。最后,由动作控制板完成姿态调整动作。实验结果是动作控制板按照调整命令,控制各数字伺服马达工作,在误差范围内实现机器人直立状态下的姿态平衡控制。     

伦费斯特海洋计划

2004年8月,美国伦斯特基金有限公司宣布投资2000万美元,开展为期6年的海洋应用研究计划,计划以恢复海洋健康为重点,加深对世界海洋环境问题的认识,以积极进取的姿态确定并实施相应解决方案,促进海洋资源的可持续管理。     

基于全卷积编解码网络的视觉定位方法

针对目前视觉定位方法中使用人工特征的限制,提出了一种基于全卷积编解码网络的视觉定位方法。该方法将场景点3D坐标映射到图像的BGR(blue-green-red)通道,建立了图像到场景的直接联系,并通过全卷积编解码网络学习图像与场景结构的关系。给出一张图像,网络可以预测其每个像素点对应的3D点在当前场景世界坐标系的坐标;然后结合RANSAC(random sample consensus)和PnP(perspective-n-point)算法求解位姿并优化,得到最终的相对位姿。在7-Scenes数据集上的实验结果表明本文方法可实现厘米级的高精度定位,并且相比其他基于深度学习的方法,该方法在保证精度的同时,模型尺寸更小。     

国产高精度POS精度测试方法研究与试验分析

设计研究了国产高精度POS系统的精度测试方法,通过与POS/AV 610同步集成数字航测相机开展精度测试,对飞行平台进行改装,在满足试验环境一致性的条件下,分别采用直接对比方法与航测成图方法进行精度分析,测试验证国产POS系统的测量精度以及航测成图精度,为国产高精度POS系统的研制与应用提供精度验证手段。试验结果表明,国产POS系统在测量精度方面基本达到POS/AV 610水平,利用国产POS辅助航空摄影,影像分辨率为10 cm时可以满足1∶1 000比例尺成图精度要求。     

基于FPGA的P-H法星上解算卫星相对姿态

针对目前星上遥感图像实时处理只能实现低级别算法的情况,提出了基于现场可编程门阵列（field-programmable gate array,FPGA）的P-H法星上相对姿态实时解算模型。该模型不仅避免了传统基于欧拉角的复杂三角函数计算与初值估算,还降低了迭代次数。试验选用FPGA（V7 xc7vx1140t）作为实时解算的硬件平台。在FPGA实现中,采用64位的浮点数据结构和串行/并行相结合策略;并采用LU（Lower-Upper）分解-分块算法实现矩阵求逆。试验结果表明,该模型的迭代次数比基于欧拉角的少了13次。该模型在FPGA和计算机的实现结果相差仅为5.0×10-14,加速度比为10。另外,该模型可广泛适用于实时性要求高的图像处理领域。     

对地聚束成像SAR卫星姿态控制技术研究

根据合成孔径雷达(SAR)卫星对地聚束成像模式下的任务特点,对其成像覆盖区域进行分析,推导出对地聚束成像的期望姿态跟踪规律。为了尽快跟踪地面目标,需要多轴同时进行大角度姿态机动控制;为了实现SAR天线对地聚束成像,跟踪上目标后还需要进行连续跟踪姿态机动。本文采用测速反馈的反作用飞轮控制技术,设计了基于时间最优bang-bang控制的PD控制器,实现了地面目标的快速跟踪指向;针对系统存在的扰动,在PD控制器中设计了系统的前馈输入补偿器,从而保证了姿态跟踪指向的精度。姿态控制系统数学仿真结果表明该控制技术有效。     

大尺寸动态测量技术综述

随着工业产品尺寸的不断增大,空间位姿测量需求的不断增多,大尺寸动态测量技术的应用将会非常广泛。目前,大尺寸动态测量技术主要包括全站仪动态测量技术、数字摄影动态测量技术、室内GPS动态测量技术、激光跟踪仪动态测量技术等。本论文从现代工业发展需求出发,介绍了当前几种大尺寸动态测量技术的原理、特点及应用,并对大尺寸动态测量技术的发展进行了展望。     

海洋测绘中船体姿态改正的误差分析

船体姿态变化是海洋测绘中重要的误差来源,需要进行修正。姿态改正实际上是进行坐标系变换,存在着不同的坐标轴旋转顺序,对应的旋转矩阵形式也不一样。实际应用中发现不同的旋转矩阵导致不同的姿态改正结果,甚至出现错误的改正。仔细分析了姿态改正中的三种旋转方式,重点讨论了两种常用模型简化后的误差量级。研究后发现,坐标系变换中的旋转角并非姿态角,并由此导出了两种常用旋转方式对应的旋转角,它是纵摇角和横摇角的函数。采用正确的旋转角,不同的旋转方式能够得到一致的姿态改正结果。另外,在姿态改正精度要求不高于0.2m的前提下,第一种旋转方式可以采用简化模型。