三维AoA目标跟踪的二次约束卡尔曼滤波算法

在基于到达角(angle of arrival, AoA)的三维目标跟踪中, 伪线性卡尔曼滤波具有稳定性高和计算复杂度低的优点, 但是严重的偏差问题使其跟踪精度迅速下降。针对该问题, 提出一种二次约束卡尔曼滤波(quadratic constraint Kalman filter, QCKF)算法。首先引入涉及所有观测噪声项的增广矩阵, 然后建立与线性卡尔曼滤波等价的目标函数并且附加含有二次项的约束条件, 以此降低偏差影响, 实现更准确的状态更新。QCKF算法采用广义特征值分解求解约束优化问题, 无法直接通过状态更新表达式推导其协方差矩阵, 因此利用约束条件以及矩阵扰动方法完成协方差矩阵更新。仿真分析表明, QCKF算法相较于其他非线性滤波算法具有更优的跟踪性能, 不仅在低噪声条件下可达到后验克拉美罗下界, 而且当噪声严重时能够显著降低跟踪误差, 并且计算开销不高。     

基于液滴局部轮廓的接触角测量方法

为了实现超疏表面上液滴的接触角测量,提出了基于液滴局部轮廓的接触角测量方法,通过超疏水表面的接触角测量实验对所提出的测量方法进行了验证。结果表明:基于液滴局部轮廓的接触角测量方法能有效稳定地测量出超疏水表面上的液滴接触角值;实施提出的接触角测量方法时需要测量点均布在液滴高度的2/5范围内的液滴轮廓上;基于液滴局部轮廓的接触角测量方法中接触点的选择误差对接触角测量结果的影响是可控的。可见基于液滴局部轮廓的接触角测量方法可用于表征表面的润湿性能。     

转子流道倾斜式的外驱旋转压能交换器性能研究

为提高外驱式旋转压能交换器性能，设计了转子流道倾斜式的外驱式旋转压能交换器，以能量回收效率和体积混合率为性能指标，利用商业CFD软件Fluent对模型求解计算，并与直流道外驱式旋转压能交换器模拟数据对比分析。结果表明，处理量相等的情况下，能量回收效率和体积混合率均随转子转速的升高而降低；同一转速下，转子倾斜角度改变，能量回收效率变化不超过0.04%，而对体积混合率有明显影响。研究结果对于提高外驱式旋转压能交换器设备性能具有一定指导意义。     

基于负温度系数热敏电阻多通道高精度可穿戴式体温采集系统的设计

体温通常用于筛查传染病、监测治疗.为了确定皮肤表面温度.通过恒压式测温电路测电阻的方法,研究设计了可穿戴式多点体温监测系统,以STM32F103C8T6芯片为核心处理器,负温度系数热敏电阻(negative temperature coefficient,NTC)作为感温元器件,ADS1256芯片为温度信号调理器,蓝牙模块为无线传输单元,用LABVIEW设计上位机界面.热敏电阻及分压电阻构成的恒压式电桥电路进行8路温度数据的采集,24bits超高精度模数转换模块配置差分输入对模拟信号进行放大、滤波以及模数转换;转换后的数据在单片机中处理和运算;最终通过蓝牙将数据传至上位机.采用Stein-hart方程的四阶公式对热敏电阻作线性补偿.从软件和硬件上减少环境干扰和体温分布不均的影响.分析了温传感器的温度测量误差.实验结果表明,测量系统分辨率达0.01℃,测温准确度可达±0.02℃.此设计方案,具有较高的稳定性和精确性;并且该电路结构简单、体积小、低功耗,可用于需要精密测体温场合.     

大入射余角CFAR检测器

雷达在大入射余角高分辨率海杂波背景下检测时,等效后向散射面积增大,大部分海杂波能量投射到少数距离单元,能量分布不均,出现功率突然增大的杂波“异常单元”,导致检测器参考窗口所处的背景环境复杂多变,传统检测器检测概率降低,虚警率及误检率增加。为解决此问题,通过参考滑窗单元的协方差矩阵构造正定矩阵,求解其矩阵范数用以估计杂波功率水平,并采用支持向量机改进传统恒虚警率(constant false alarm rate,CFAR)检测器,得到基于正定矩阵杂波功率估计训练支持向量机的改进CFAR检测器。实验结果表明,新检测器在均匀杂波、多目标环境下检测性能稳定,在杂波边缘的虚警控制能力良好。     

基于高斯字典原子稀疏表示的高精度宽角SAR成像方法

为了提高从宽角合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)图像中提取目标后向散射各向异性特性的性能,在宽角SAR字典稀疏表示模型的基础上,提出一种基于高斯字典原子的高精度宽角SAR成像方法。在字典构造上,采用不同中心位置、相同方差的高斯函数。在求解稀疏表示系数上,采用广义最小最大凹惩罚稀疏重构算法求解。最后，根据稀疏表示系数的重构结果以及构造的字典得到目标的后向散射各向异性特性。通过仿真实验和Backhoe数据对算法进行验证,结果表明,该方法能够高精度地提取目标的后向散射各向异性特性。     

水下三维激光扫描在导管架平台损伤测量中的应用

海洋石油导管架结构受损点的尺寸测量目前主要使用机械卡尺测量，这种测量方法存在较大的误差，无法全面评估损伤点对导管架的影响，为此，需要引进新的方法和技术来满足导管架损伤点的测量。为准确评估损伤点对导管架的影响，保证导管架运营的安全，采用水下机器人（ROV）搭载三维激光扫描仪，分别对中国某海域导管架的阳极和已知损伤区域进行激光扫描，通过对激光点云数据的处理，得到被测物的三维模型，从而实现损伤结构的尺寸测量。研究结果表明，激光扫描仪便于ROV搭载和安装，可以应用于导管架已知损伤点的测量，测量精度可达毫米级。激光扫描测量的精度受诸多因素影响，作业时需优化作业方式，从而得到高质量的数据。ROV搭载水下三维激光技术，为深水结构物的尺寸测量提供了一种高精度的可行性方案，可以进行水下结构物的三维建模和尺寸测量，调查结果准确可靠，为后续的完整性评估提供参考。     

空间同位素热源故障再入极端环境条件分析

空间核动力源是支撑人类探索宇宙空间的关键技术,但安全问题始终是空间核动力源设计和应用的重要部分。文章以我国未来月球探测任务为背景,针对可能发生的典型的事故场景,建立三自由度动力学模型,并引入基于化学非平衡方程、完全气体方程的计算流体力学方法,开展空间同位素热源故障再入情况下的极端环境条件分析,分析空间同位素热源故障再入情况下气动力/热环境、海平面高度飞行速度和弹道倾角等极端环境条件。研究结果表明：同位素热源阻力系数为1.6左右,无量纲纵向压心系数约为0.5,再入过程0攻角驻点热流密度峰值约为8.1 MW/m²,总加热量约为101.55 MJ/m²；从80 km开始经178.3 s到达海平面高度,此时同位素热源的飞行速度为86.5 m/s,弹道倾角为-89.9°。     

转子流道倾斜式的外驱旋转压能交换器性能研究

为提高外驱式旋转压能交换器性能，设计了转子流道倾斜式的外驱式旋转压能交换器，以能量回收效率和体积混合率为性能指标，利用商业CFD软件Fluent对模型求解计算，并与直流道外驱式旋转压能交换器模拟数据对比分析。结果表明，处理量相等的情况下，能量回收效率和体积混合率均随转子转速的升高而降低；同一转速下，转子倾斜角度改变，能量回收效率变化不超过0.04%，而对体积混合率有明显影响。研究结果对于提高外驱式旋转压能交换器设备性能具有一定指导意义。     

关节式双履带移动机器人越障稳定性分析

通过对外部环境的复杂情况及各类影响因素的观测与分析,设计了一种基于非结构环境的关节式双履带移动机器人,该机器人平台由前、后两壳体组成,两壳体由旋转关节相连接,调节式活动装置和履带压紧机构的设计保证了机器人的越障稳定性。在此基础上,以攀越二维崎岖地形、正斜坡地形以及楼梯等三种典型地形为例,对机器人的越障稳定性进行分析和仿真。最后经过实验验证关节式双履带移动机器人的结构设计的合理性和理论分析的正确性。