嫦娥四号着陆器制导导航与控制系统

嫦娥四号着陆器实现了人类首次月球背面软着陆任务,着陆器的制导、导航与控制(GNC)系统是最重要的分系统之一.针对嫦娥四号着陆器月球背面软着陆的任务特点,本文提出了月球背面着陆轨迹设计、前后台并行容错导航、自主故障诊断和处理策略.实际在轨飞行结果表明,这些算法合理可行,着陆器成功着陆在预定着陆区,着陆姿态和速度优于需求,圆满完成了软着陆任务.本文介绍了嫦娥四号着陆器GNC系统的要求、组成、部分算法以及在轨飞行结果.     

激波诱燃冲压发动机关键技术研究

激波诱燃冲压发动机作为未来吸气式高超声速飞行器最理想的动力系统之一, 能有效弥补超燃冲压发动机与机身一体化设计所带来的缺点, 缩短燃烧室长度, 减轻发动机结构重量, 在宽飞行马赫数范围内保持较好性能. 对激波诱燃冲压发动机基本原理进行阐述的基础上, 指出了发展这种新型推进系统的关键技术, 并就关键技术的研究现状做了比较详细的综述, 对国内在这方面的研究思路提出了建议.     

基于人脸运动捕捉的表情动画仿真研究

基于运动捕捉的动画仿真技术是当前计算机动画的研究热点.基于光学式运动捕捉系统,文中提出了一种新颖的基于交叉映射的人脸表情动画重构方法.针对RBF构建静态全局映射时嘴唇上下部分光标出现的伪关联问题,文中构建了基于功能分区的RBF交叉映射方法.在模型驱动过程中,提出一种皮肤运动机理计算得出增强标记点运动,基于增强标记点实现了基于人脸分区驱动的RBF插值方法,改进了基于人脸分区模型驱动的仿真效果.此外,设计了预计算算法提升了交叉映射和动画仿真过程的实时效率.实验证明该方法能够将同一演员的运动捕捉数据应用于任意不同人脸模型,针对相应模型生成逼真的人脸表情动画.     

基于效用的云计算容错策略和模型

云计算近年来已成为一种被广泛接受的计算模式.随着云计算在商业、交通、卫生等领域应用的不断推进,云应用系统的可靠性问题引起了人们的特别关注.然而,云应用系统的结构和行为特征复杂,如何保障系统的可靠性是一项极具挑战性的课题.本文研究云计算的容错模型和策略,通过构建可扩展的云计算容错模型,以刻画云计算的运行机理、组件故障行为、云应用间合作和竞争特性.依据云计算的故障及资源服务特征,提出云计算的故障迁移和恢复方案.围绕容错涉及的时间和价格,依次计算云计算组件和云应用的效用,进一步分析各云应用的利益.通过求解模型的Nash均衡,以优化整体云计算的容错效用.最后,利用模型检查技术验证容错模型和容错处理的正确性.本文研究对于揭示云计算的结构和行为特征、建立云计算容错设计理论、提高云计算容错的效用具有理论意义和应用价值.     

基于压缩感知的宽孔径SAR成像

宽孔径SAR数据包含目标不同姿态角散射信息,实现宽孔径SAR成像对目标轮廓重构与解译识别具有重要价值.本文首先提出点模糊函数(point ambiguous function,PAF)研究影响压缩感知SAR成像的因素,然后用模型失配函数(model mismatch fucntion,MMF)分析宽孔径测量条件下点散射模型失配对成像性能的影响.最后根据上述结论,选择发射信号参数改善测量矩阵性能,利用广义似然比检验方法克服模型失配对成像性能的影响.实验结果验证了本文结论的正确性和成像算法的有效性.     

ISAF重构算法密度函数快速计算模型

球坐标系下的ISAF算法是一种新的20面体分子三维重构方法,该方法精度优于传统柱坐标系下的Fourier-Beseel算法,但其执行速度远低于Fourier-Bessel算法,严重制约了ISAF算法的实际应用.分析发现,在ISAF算法中密度函数计算是影响重构速度的主要瓶颈之一.针对上述问题,文中提出一种密度函数快速计算模型,该模型包括三个组成部分:球坐标系网格点密度函数快速计算方法、"球坐标系—直角坐标系"网格点密度函数转换方法、基于两阶段映射法的快速对称映射方法.该模型可以将密度函数计算阶段的时间复杂度由O[(LM)8]降低到O[(LM)7].采用Psv-F病毒数据进行实验,结果表明,在保证精度的前提下,该模型可以将密度函数的计算速度提高2个数量级,将三维重构整体速度提高30倍左右,并且随着数据规模的增大、重构精度的提高,该模型带来的加速比将进一步增大.     

双三相永磁同步电机谐波闭环模型预测容错控制

双三相永磁同步电机在开路故障后,谐波平面和基波平面发生耦合.基于正常解耦变换的谐波闭环控制策略在故障发生后,基波平面和谐波平面的电流控制器产生冲突,从而影响电机系统的容错性能.为此,本文针对单相开路故障,提出双三相永磁同步电机谐波闭环模型预测容错控制策略,利用降维解耦矩阵推导容错预测模型,消除不同平面电流间的耦合效应,避免控制器冲突.此外,推导故障后电压矢量的分布情况,并在此基础上重构开路故障情况下的虚拟电压矢量控制集.最后,为了抑制非线性因素引起的谐波电流,设计谐波电压扩张状态观测器,通过坐标变换快速获得需要补偿的占空比,注入修正后的电压矢量中,完成谐波闭环控制.实验结果表明,所提方法具有可行性和有效性.     

应用于智能电网的高压直流电流及谐波测量方法研究

智能电网的发展对相应的测量设备提出了更高的要求,包括体积小、重量轻、准确度高、测量频带宽等.本文研究了一种应用于智能电网的高压直流电流及谐波电流测量方法.直流电流测量采用基于霍尔磁场传感阵列的测量方式,采用多个传感器构成传感阵列,有效降低导体偏心、偏角等因素的影响;直流谐波电流测量采用4个直线型线圈构成的方形Rogowski线圈作为传感单元,并利用改进的高精度数字积分算法实现线圈输出的积分还原,大大降低了频率变化等因素的影响.同时,提出一种基于梯形自卷积窗的四谱线插值DFT算法,有效提高了直流分量及谐波分量的提取准确度.测试及应用结果表明,该新型高压直流测量互感器直流电流测量误差小于0.10%,谐波测量比差变化小于0.2%,角差变化小于8′,输出信号为数字量.该测量设备具有准确度高、测量频带宽、体积小等优点.     

基于拟态物理法的无人机集群与重构控制

基于拟态物理(artificial physics)法研究多无人机系统的集群构型生成及重构控制问题.在改进传统的拟态物理法基础上定义新的引力和斥力,使质点模型多无人机系统能够生成均匀分布的标准构型,并借助LaSalle不变集理论分析了集群控制律的稳定性;在此基础上,进一步讨论了序号无关的集群构型局部极值的改进策略.探索了一般性集群构型和标准构型之间的可逆且唯一的双射变换,利用双射变换提出了一般性集群构型生成的集群控制算法,并进而讨论了集群队形的收缩与扩张、集群构型切换和集群避障等集群重构问题.为验证提出的质点模型集群构型生成和重构算法,论文基于ROS(机器人操作系统)及Gazebo仿真器构建了多四旋翼无人机的协同仿真平台,分析验证了构型生成和重构算法的有效性.最后,将设计的基于拟态物理法的集群控制律扩展到多固定翼无人机系统,并搭建了基于X-Plane飞行模拟器和无人机自驾仪的多无人机协同控制半实物仿真环境,验证集群构型生成控制律的有效性.     

载人登月定点返回轨道设计与特性分析

载人登月定点返回要求既满足月球停泊轨道约束,又要满足大气再入走廊和再入点位置约束,同时还需节省能量和时间.本文首先推导了适用于描述定点返回轨道的拼接模型圆锥曲线方程,通过选择物理意义明显的轨道参数作为设计变量,建立了包含转移时间和速度增量约束的定点返回轨道设计模型,然后将解析模型和数值算法有效结合起来设计初始轨道,采用了一种从初步设计到精确设计的串行策略来设计高精度轨道,仿真结果表明此方法具有求解精度高,计算速度快的特点.以上述方法为基础,对定点返回轨道的月心轨道参数、地心轨道参数、转移速度和时间等轨道特性做出了分析,为载人登月任务轨道方案的制定提供参考.