Digging with ‘hands’: observations of food capture in the flying gurnard Dactylopterus volitans (Linnaeus, 1758)

ABSTRACT

Videofilms of a foraging flying gurnard (Dactylopterus volitans) were collected at Itaipu, Niterói, RJ, Brazil. Analysis revealed details of the use of anterior parts of the pectoral fins which act as digging ‘hands’ to access infaunal prey items that are subsequently captured by oral suction feeding. Each pectoral fin has two distinct sections articulated separately on the pectoral girdle. The digging ‘anterior pectoral fin’ mainly consists of segmented and flexible fin rays but has an anterior robust unsegmented ray that provides an edge to the ‘hand’, allowing penetration of the substratum. The huge ‘posterior pectoral fins’ are supported by unsegmented rays. Most digging episodes involved one ‘hand’ and consisted of 1–7 cycles of movement with frequencies 1.15–3.74 cycles s^?1. During a cycle, the ‘hand’ is moved forwards and medially above the substratum, then is twisted medially and simultaneously depressed so that the anterior unsegmented ray impacts and enters the substratum. The hand is then drawn backwards and laterally to disturb the substratum. To prevent upward pitching of the head during digging, the ‘posterior pectoral fins’ are both moved anteriorly and laterally to shift the centre of gravity forwards while the caudal and ?second dorsal fins continue to provide propulsive force.     

试验与服役数据融合的飞机结构安全寿命分析

针对飞机结构安全寿命分析中样本容量偏少的问题,综合考虑结构分散性和载荷分散性的飞机结构疲劳寿命是否服从对数正态分布或威布尔分布的情况,根据等损伤原理,将服役飞机实际飞行小时数等效转化为在同一试验载荷谱下的当量飞行小时数,以实现飞机结构试验疲劳寿命与服役使用数据的融合,采用随机右截尾情形下的极大似然估计方法估算疲劳寿命分布函数的参数,进行飞机结构安全寿命分析;最后以飞机结构疲劳寿命服从对数正态分布为例进行了算例分析,分析结果表明:在相同的可靠度和置信水平下,利用试验数据与服役使用数据融合方法可以显著增大样本容量,从而充分挖掘飞机结构可靠性的储备。     

卫星编队飞行相对姿态控制

卫星编队飞行在轨执行任务时,除了对相对位置有特定要求外,还需根据不同任务需求保持一定的相对姿态,为此研究了两颗卫星相对姿态的保持控制。根据刚体运动学推导了两个星体坐标系之间的坐标转换矩阵,给出了从星始终指向主星所需的目标姿态和角速度。基于卫星姿态动力学给出了3个相互垂直安装的反作用轮的控制律,并利用Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统的渐近稳定性。最后通过数值仿真验证了控制算法的正确性,其相对误差小于10-6。     

一种DSM模型下飞行障碍物尺度的研究

在一种数字表面模型(DSM)建模方法的基础上,对威胁飞行器低空飞行安全的独立障碍物的尺度与DSM纵横断面采样间距的关系进行了分析,给出了独立障碍物的定义、分类和确定独立障碍物的方法。通过对7.2km2一典型城市地域的仿真试验表明,DSM纵横断面间距在3～25m之间,威胁飞行器地形跟踪制导安全的孤立障碍物较少,同时装订并实时处理的DSM模型数据量也较小,并在纵横断面间距12.5m处达到两者最优。     

基于频率响应的纵向等效系统辨识方法

在对比分析三种等效系统方法的基础上，从中选择了效果较好的系统辨识方法。以某第三代战斗机的纵向模态特性为例进行了计算，验证了该方法的可行性。     

卫星编队飞行指向跟踪姿态控制

卫星编队飞行的应用之一是受控卫星在目标卫星、空间站、载人飞船周围以“编队飞行”的形式相伴飞行,对目标进行观测或者执行更多的操作。该文研究这种应用中的姿态控制问题。假设两个飞行器的轨道信息已知,由轨道信息确定实现姿态跟踪调节所需的一种可能的期望姿态,给出了解析表达式,包括姿态角、姿态角速度及角加速度。采用基于四元数的控制律,用3个动量轮实现了卫星长时间、大角度姿态跟踪机动。仿真结果显示,在超过一个周期的仿真时间内,姿态及姿态角速度与期望姿态的吻合程度比较好,而且力矩的花费也不是太大。     

遗传算法在近圆轨道编队设计中的应用

椭圆参考轨道的卫星编队队形设计比圆参考轨道要困难得多,有时很难找到符合队形要求的初始条件。基于L aw den方程,给出了利用遗传算法设计椭圆参考轨道情形下的星下点圆形编队设计方法。由于参考轨道为大偏心率椭圆轨道时不存在圆形星下点队形,只讨论了参考轨道为小偏心率椭圆的情形。与对圆参考轨道的C-W方程初始条件进行修正的方法相比,该方法有更高的设计精度。最后使用脉冲推力模型求解了椭圆参考轨道编队的能量最省队形重构的轨迹规划问题。结果表明,遗传算法可以很好地应用于小偏心率参考轨道编队的队形和重构轨迹设计中。     

卫星编队飞行的协同控制

为了实现卫星编队飞行任务,设计了卫星编队飞行队形协同控制。考虑控制精度以及小推力卫星变轨时间长等特点,采用了相对运动的非线性动力学方程进行数学建模,并采用精度较高的相对轨道根数法设计了目标队形。应用滑模控制理论,设计了跟踪控制器,并通过Lyapunov稳定性理论,证明了控制系统全局渐近稳定性。通过一个“1颗主星与3颗从星”编队的测量基线放大控制仿真,验证了该控制器的可行性。结果表明,该控制器具有控制精度高、实时性强等特点,可用于卫星编队飞行队形协同控制。     

基于轨道根数差的卫星编队自主定轨研究

设计一种应用于卫星编队的自主相对轨道确定方案。不同于目前广泛采用的Hill方程,采用轨道根数差的形式描述编队卫星间的相对运动规律,选择“无线电 激光”的组合测量方法,利用星间距离信息与方位信息作为观测量,设计扩展卡尔曼滤波器实现环绕星相对轨道的自主确定。仿真结果验证了这种导航方案的有效性。     

基于π型舵船舶减纵摇广义预测控制研究

针对π型舵船舶减纵摇问题,建立了船舶舵减纵摇状态空间数学模型,基于广义预测控制理论,经过适当简化,推导出一种用于π型舵船舶减纵摇状态空间模型的输出多步预测和广义预测控制律并进行仿真研究。对于白噪声干扰情况,利用线性Kalman滤波器估计系统状态,以水翼艇为研究对象进行了仿真。仿真结果表明:有效可行、简便实用并具有良好的参数鲁棒性,获得了良好的减纵摇控制效果。