基于大气偏振光学的太阳跟踪方法

太阳位置信息不仅在太阳能领域应用广泛,而且在偏振光导航领域中被作为重要的空间特征,为偏振光导航提供信息。在研究大气偏振模式分布规律时,发现太阳位置与偏振模式存在着一定的对应关系;利用这一联系提出一种新的太阳跟踪方法:对偏振模式进行采样,得到各个采样点的偏振信息(偏振度和偏振角度)与太阳空间位置(高度角和方位角)之间的关系方程组。利用最小二乘法求得最优解并将其作为太阳位置。通过仿真实验验证了该方法的可行性,接着通过全天候和遮挡情况下的太阳跟踪实验进行了验证。实验表明用该方法求解得到的太阳高度角和方位角的平均误差在0.5°;并且不受空间位置和时间的限制,不存在误差积累,不受遮挡物对太阳遮挡的影响,体现出良好准确性和的环境适应性,可以有效地实现太阳空间位置确定和太阳跟踪。     

面向偏振光天文定位应用的偏振信息匹配滤波算法

大气偏振信息滤波处理是提高偏振光导航定位应用实效的基础和关键步骤。根据单次瑞利散射大气偏振模式,设计了与太阳投影点和观测点位置无关的方位模型转换算法;据此特征提出了一种全天域大气偏振分布数据滤波算法;并详细阐述了所提算法的基本步骤及流程。利用偏振成像系统同时观测全天域采样点大气偏振信息,对所提算法进行了实验验证。实验结果表明,所提算法对全天域偏振成像获得的大量离散样本点偏振数据,具有较好的滤波性能。     

高转速弹丸磁强计/太阳方位角传感器组合测姿方法

为解决高转速弹丸的姿态测量问题,研究了磁强计/太阳方位角传感器的组合测姿方法。建立了三轴磁强计和太阳方位角传感器的测量方程,给出了三轴磁强计新的姿态解算方法并研究了解的存在性问题。采用一种解析算法求解磁强计/太阳方位角传感器非线性测量方程组,避免了采用数值算法的收敛性问题。最后通过仿真研究表明磁强计/太阳方位角传感器组合测姿方法能达到较高的测量精度。研究结果为高转速弹丸的姿态测量提供了有效的解决方法。     

太阳高度角对大气偏振模式航向解算误差影响分析

太阳子午线是大气偏振模式中重要的特征,可以将其作为导航的参考基准,从而获取其中所蕴含的重要导航信息;因此通过检测大气偏振模式中太阳子午线的位置,可以得到运动载体的二维航向信息。仿真实验结果表明,在不同太阳高度角时,太阳子午线的提取精度和航向解算精度都会受到影响。太阳高度角小于30°时,航向角误差维持在0.02°以内,在解算时可忽略;当太阳高度角在30°~60°时,航向角误差从0.02°开始缓慢增大为0.05°;当太阳高度角大于60°时,航向角误差急剧增大,最大可达0.1°以上;而当太阳高度角达到90°时,则完全不能进行航向测量。经过理论分析得出,当太阳高度角增大时,太阳子午线附近特征点分布区域会发散,在利用最小二乘法进行拟合时造成了误差。依据该分析可以在今后的航向解算时进行相应的误差补偿、优化算法以提高航向解算精度。     

基于天空偏振光分布模式的仿生导航定向机理初探

提出了一种利用天空偏振光分布确定仿生导航系统航向角的方法。该方法将理论分析和实验相结合,建立了天空偏振光分布的理论和实验模型;在深入分析模型的基础上,确定了为导航系统提供航向信息的导航参考线——太阳子午线;结合天文导航方法,确定太阳的相对位置。最后,建立地平坐标系为导航坐标系,举例说明了确定航向角的整个过程。     

旋转式天空偏振光的航向角检测系统

为了提高点源式偏振光探测器的可靠性和精度,在斯托克斯(Stokes)矢量的偏振光测量原理的基础上采用单个偏振光传感器通道设计并且搭建了 一种快速旋转式天空偏振光信息探测系统,通过GPS授时确定太阳子午线的位置,进而实时解算出航向角数据,在室内和天气晴朗、空旷的室外条件下完成了数据采集,最大误差为1.047°,平均误差为...     

三通道偏振成像导航传感器的设计与应用

为了获得较高的偏振光航向精度,设计实现了一种三通道成像偏振导航传感器装置样机。研究了基于Stokes矢量的偏振光测量原理;并基于此原理搭建了传感器。编写了程序控制软件,可以实时输出航向角,解决了一般实验装置无法实时测量航向角的缺点。进行了室外装置测试实验,实验结果表明:传感器室外航向角测量平均误差为0.83°,能够稳定输出导航角度,可以满足实时测试的需要,为下一步组合导航提供稳定的信息源。     

子午线收敛角计算及其精度探讨

在三角测量平差计算的起始数据准备中,将大地方位角化算为平面方位角时,必须计算子午线收敛角。在矿山测量中,井下导线测量采用陀螺经纬仪定向时,也须要计算子午线收敛角。因此本文主要是阐述子午线收敛角计算方法并编制了精度达到±2秒的子午线收敛角计算用表。     

关于平面直线族

<正> 一、平面直线的三种坐标平面直线的方程有一般式Ax+By+C=o,斜截式y=kx+b、截距式x/a+y/b=1等,但总起来有一个重要结论:在平面上,两个条件确定一条直线。一条直线l,(除去平行x轴、y轴和通过原点的直线),若将它的方程写成的截距式x/X+y/Y=1,X是直线在x轴上的截距,Y是直线在y轴上的距截,显然这条直线和两个截距之间存在着一一对应关系.因此我们可以将直线l记做l(X,Y),并称横截距X和纵截距Y     

MIMU/偏振光互补滤波组合导航算法研究

针对偏振光导航中存在的输出角度模糊性和三维状态下航向角计算问题,提出利用互补滤波对MEMS惯性测量单元(MIMU)和偏振光传感器进行信息融合的姿态更新算法。该算法利用偏振光传感器测量模型构造太阳位置的估计矢量和实测矢量,通过PI(proportional-integral)补偿策略实现3轴陀螺仪偏差的最优估计和补偿。通过对比纯惯导系统INS、单偏振光导航系统、MIMU/地磁和MIMU/偏振光4种导航系统的输出姿态角,表明该算法能够有效滤除惯导系统的低频噪声和偏振光传感器测量值中的高频噪声,并且能够获取无人机360°范围内的航向角估计量,为偏振光组合导航提供了一种行之有效的解决方法。     

基于MEMS光线引入器的太阳敏感器技术

太阳敏感器是卫星等航天器上的重要姿态测量部件,其原理是测量太阳光线和敏感器本体主轴的夹角,近而确定卫星的指向。随着MEMS技术和高精度图像传感器技术的发展,将MEMS光线引入器阵列和APS（Active Pixel Sensor）图像传感器技术进行组合,在不增加系统的质量和功耗的情况下通过多个成像阵列来降低系统的随机误差,提高成像中心位置的准确性,从而将太阳敏感器的测量精度提高一个量级。同时采用图像预测提取相关算法（Future Extraction and Image Corre-lation-FEIC）,提高了系统的鲁棒性,在部分小孔受到堵塞等干扰情况下,依然保证系统正常工作,精度上基本上不受影响。传统的太阳敏感器一般采用单孔式光线引入器和CCD等方案来实现的,精度比较低。这种新设计思路和实现方法为太阳敏感器系统的可靠性提供了重要保障。     

线素二次曲线计算方法的研究

从实际计算的角度出发,使用N矢量表示视平面上的点和直线,并由线素二次曲线的射影定义推导出线素二次曲线的N矢量方程;在此基础上,给出了射影平面上任意一条直线所确定的线素二次曲线切点的N矢量的计算方法。举例及验证表明,该算法实用、可靠。     

一种快速实用的插补算法

基于计算机数控系统中逐点比较法的基本思想，提出一种新的插补算法。对该算法原理进行了详尽研究，并由数学方法导出了直线插补递推公式，进而分析了插补速度及插补精度，最后通过实例验证了这一方法。它适用于在平面上对直线、圆弧及其它二次曲线的轨迹插补。     

数字化靶式应力二维流速传感器的设计

在目前流行的几种平面二维流速场测量的方法中,靶式流速仪作为一种应力式的传感器．适用于解决低流速不规则断面的开放流场的测量问题。设计了一种数字化的高精度靶式应力流速传感器,介绍了靶式迎流体探头结构的设计,和变送电路及数字化接口的设计,并用数据分析软件rnadab对采集的原始数据进行线性度分析。一定程度上解决了实体水工模型表面流场测量的问题：     

用于波纹板角焊缝跟踪的变步长角点检测算法

针对波纹板-箱梁T型接头角焊缝位置的激光双目视觉检测,提出了一种变步长角点检测算法,即先建立波纹板角焊缝位置的双目视觉测量模型,根据激光条纹投射在角焊缝上的成像特征进行图像预处理,然后设计变步长搜索算法先找到激光条纹上的近角点,于近角点两侧选取激光条纹上的像素点构造两条直线,由直线的交点来确定角点.试验结果表明,用该方法测量角焊缝位置坐标,可靠性高,测量误差范围在0.1mm以内,角焊缝轨迹三维重建误差在1mm以内,测量精度优于传统算法.     

基于高性能DSP的小型组合导航系统设计与实现

提出了一种利用微小型惯性测量单元(MIMU)、全球定位系统(GPS)以及三轴磁强计(TAM)所构成的小型组合导航系统设计方案.分别介绍了导航传感器的选择及系统的结构.设计了以TI高性能浮点DSP处理器为核心的导航计算机,完成数据采集和导航解算等功能,并根据导航系统误差模型融合各传感器信息,实现了基于Kalman滤波器的组合导航算法.通过原理样机的实测数据验证了方案的可行性.     

激光振镜扫描系统的快速软件校正算法研究

针对激光振镜扫描系统的图形畸变，根据由成像系统引起的几何畸变的后验校正法提出一种二次曲线校正模型．对于图形中每一条发生几何畸变后的直线，用二次曲线在水平和竖直方向去拟合，然后求得反变化的校正函数来校正图形的畸变，从而获得了一种准确快速的校正算法．该算法先拟合像场平面中最大边界直线发生畸变后的曲线，再求它的畸变量，并按比例求得像场中其他直线的畸变量．该算法的校正函数比从振镜扫描系统几何畸变公式导出的校正函数简单、实用，所用时间少．     

基于智能手机MARG传感器的行人导航算法

对于手持式移动设备的定位导航需求,特别是在室内无法接收到GPS信号的恶劣环境,提出了一种基于智能手机上的磁力计,陀螺仪和加速度计（magnetic,angular rate and gravity, MARG）传感器的行人导航算法,该算法在行人航迹推算的基础上,利用数字低通滤波器滤波后的加速度计三轴模值数据,对行人步态进行检测,采用经验模型对行人步长进行估计,并结合扩展卡尔曼滤波器,采用自适应的方式实时调整测量噪声协方差矩阵,将MARG传感器融合数据用于最佳航向角估算。在智能手机平台上进行测试验证,实验结果表明,在无磁或有磁干扰环境下,所提出的行人导航算法均可保证准确、可靠、持续的位置信息。     

基于高性能DSP小型组合导航系统设计与实现

提出了一种利用微小型惯性测量单元（MIMU）、全球定位系统（GPS）以及三轴磁强计（TAM）所构成的小型组合导航系统设计方案.分别介绍了导航传感器的选择及系统的结构.设计了以TI高性能浮点DSP处理器为核心的导航计算机,完成数据采集和导航解算等功能,并根据导航系统误差模型融合各传感器信息,实现了基于Kalman滤波器的组合导航算法.通过原理样机的实测数据验证了方案的可行性.     

平面变栅距位相光栅位移传感器的测量精度极限

提出用透射式变栅距位相光栅作位移传感器,用标量衍射理论讨论了这种传感器的测量精度与光栅的起始栅距及栅距变化系数之间的关系,同时用时域有限元差分(FDTD)算法计算了变栅距位相光栅的衍射场,计算结果表明受衍射偏振特性的影响,这种位移传感器的测量精度在理论上存在极限.