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民机飞控系统需求符合性验证技术和实现方法研究

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机械科学与技术 2024年

作者：蒲优华李立倪晓彬中国航空工业集团公司西安飞行自动控制研究所

本文针对民机电传飞控系统需求符合性验证过程中对信号仿真、信号控制或故障注入的要求，提出了基于飞控系统内总线仿真和直接针对飞控系统软件参数进行实时注入或更新的验证技术和实现方法。该技术和方法的使用，可实现完整覆盖系统需... 详细信息

本文针对民机电传飞控系统需求符合性验证过程中对信号仿真、信号控制或故障注入的要求，提出了基于飞控系统内总线仿真和直接针对飞控系统软件参数进行实时注入或更新的验证技术和实现方法。该技术和方法的使用，可实现完整覆盖系统需求符合性验证过程中所需的测试场景和测试用例的生成，特别是利用实物产品无法生成，或者生成会对实物产品产生破坏的故障场景，以及产品实际运行过程中出现概率较低的故障模式的验证。此外，本文还初步分析了基于所提技术和方法开发的测试用例和测试结果等测试数据，提高了测试覆盖率的同时，也使系统测试更优地满足测试充分性准则的要求，为后续在测试验证工作中通过准则评价测试充分性提供了理论依据。

关键词：符合性验证故障注入系统内总线测试场景故障模式充分性准则

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一种光学陀螺随机误差在线补偿方法

北京航空航天大学学报 2024年第5期50卷 1614-1619页

作者：卢克文王新龙王彬丁小昆胡晓东北京航空航天大学宇航学院北京100191 北京控制与电子技术研究所北京100038 中国航空工业集团公司西安飞行自动控制研究所西安710065

光学陀螺随机误差在线补偿方法通常先离线建立随机误差模型,再利用Kalman滤波在线补偿随机误差。受陀螺仪自身性能稳定性以及外界环境的影响,离线建立的随机误差模型应用于在线补偿时会出现偏差;外界环境变化导致量测噪声统计特性具有... 详细信息

光学陀螺随机误差在线补偿方法通常先离线建立随机误差模型,再利用Kalman滤波在线补偿随机误差。受陀螺仪自身性能稳定性以及外界环境的影响,离线建立的随机误差模型应用于在线补偿时会出现偏差;外界环境变化导致量测噪声统计特性具有时变性,不满足Kalman滤波必须已知噪声先验统计的要求,这2个因素均会降低随机误差的在线估计精度。提出一种基于自适应滤波的随机误差在线补偿方法。通过引入虚拟噪声,将随机误差模型偏差的影响归结为时变虚拟系统噪声;进而利用渐消记忆时变噪声估值器,对虚拟系统噪声和量测噪声的统计特性进行估计与修正,消除随机误差模型偏差及量测噪声时变的影响。试验结果表明,所提方法可以实现对随机误差的高精度在线补偿,具有一定工程应用价值。

关键词：随机误差在线补偿模型偏差时变噪声自适应滤波

基于GPS-惯性数据的激光大气数据系统标定方法

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中国惯性技术学报 2024年第3期32卷 308-313页

作者：李彬雷宏杰岳亚洲周原田哲铭乔金良中国航空工业集团公司西安飞行自动控制研究所西安710065 飞行器控制一体化技术国防科技重点实验室西安710065

激光大气数据系统由于系统测量精度较高以及测量区域范围较大,目前尚无有效的高精度标定手段。针对这一问题,提出一种直线折返测速法,可以消除大气中风速的影响,将消除风速影响后的空速数据与GPS-惯性组合导航系统测量的地速数据进行对... 详细信息

激光大气数据系统由于系统测量精度较高以及测量区域范围较大,目前尚无有效的高精度标定手段。针对这一问题,提出一种直线折返测速法,可以消除大气中风速的影响,将消除风速影响后的空速数据与GPS-惯性组合导航系统测量的地速数据进行对比分析,以评价激光大气数据系统真空速测量性能。分析了所提方法的各类测量误差以及理论极限精度。飞行实验结果表明,所提方法测量精度优于0.5 m/s,接近理论误差极限,可以用来标定激光大气数据系统,为激光大气数据系统标定技术的发展和应用提供参考。

关键词：激光大气数据系统空速组合导航系统标定

GNSS/IMU与里程计紧-松耦合的因子图融合定位方法

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武汉大学学报(信息科学版) 2024年第10期49卷 1911-1921页

作者：崔晓珍周琪武东杰吴汶鸿陈步什仲训昱厦门大学航空航天学院中国航空工业集团公司西安飞行自动控制研究所

开展了不同深度的信息融合对微惯性导航（micro inertial navigation system,M-INS）与全球导航卫星系统（global navigation satellite system,GNSS）组成的导航系统精度的影响研究，以及室内外一体化定位研究。首先，基于因子图优化（... 详细信息

开展了不同深度的信息融合对微惯性导航（micro inertial navigation system,M-INS）与全球导航卫星系统（global navigation satellite system,GNSS）组成的导航系统精度的影响研究，以及室内外一体化定位研究。首先，基于因子图优化（factor graph optimization,FGO）算法分别建立M-INS/GNSS单点定位的松耦合系统和M-INS/伪距/多普勒速度的紧耦合系统，并通过实验验证紧耦合设计的优势。然后，将视觉惯性里程计（visual inertial odometry,VIO）因子以松耦合的方式接入紧耦合M-INS/GNSS系统的因子结构中，提出了基于FGO紧-松耦合的多源融合算法模型。最后，通过实验验证系统的定位精度和室内外一体化定位能力。实验结果表明，在无法观测到4颗卫星而导致无法获得单点定位解时，M-INS/GNSS紧耦合系统的定位精度可以达到M-INS/GNSS松耦合系统的2倍；基于FGO的M-INS/GNSS/VIO紧-松耦合系统能够无缝应对室内外环境之间的变化，在GNSS或VIO任意一种传感器突然失效的情况下保证持续可靠定位，东、北向的平均误差比基于滤波方法的M-INS/GNSS/VIO系统精度分别提升了53.98%、54.74%。

关键词：组合导航因子图松耦合紧耦合多源融合

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空间桁架在轨装配机器人的运动规划方法

系统工程与电子技术 2024年第2期46卷 715-721页

作者：刘聪李海锋王明明罗建军中国航空工业集团公司西安飞行自动控制研究所陕西西安710076 空军装备部驻西安地区第五军事代表室陕西西安710065 西北工业大学航天学院陕西西安710072

提出一种利用机器人完成空间桁架在轨装配的设计方案,并针对其中机器人的无碰运动规划问题,提出一种引入启发信息的运动规划方法。首先,设计了装配机器人和空间桁架系统;随后,引入基于距离场的碰撞检测算法进行空间中的障碍检测,并利用... 详细信息

提出一种利用机器人完成空间桁架在轨装配的设计方案,并针对其中机器人的无碰运动规划问题,提出一种引入启发信息的运动规划方法。首先,设计了装配机器人和空间桁架系统;随后,引入基于距离场的碰撞检测算法进行空间中的障碍检测,并利用随机轨迹优化框架下的运动规划(stochastic trajectory optimization for motion planning,STOMP)算法进行机器人无碰运动规划;针对其中随机叠加轨迹方向不确定导致的规划效率低的问题提出了启发式STOMP(heuristically STOMP,hSTOMP)运动规划算法。仿真结果表明该算法能够快速得到机器人的无碰平滑关节轨迹,其中启发信息的引入大大提高了原算法的规划效率,具有一定的理论意义和应用价值。

关键词：在轨装配机器人随机优化运动规划

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一种考虑g敏感性的MIMU系统级标定方法研究

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弹箭与制导学报 2024年

作者：严恭敏蒲兴超张亚崇温泽敬西北工业大学自动化学院中国航空工业集团公司西安飞行自动控制研究所

针对微机械惯性测量单元（MIMU，Micro-electro-mechanical-system Inertial Measurement Unit）中存在陀螺漂移的g敏感性以及因漂移误差大而无法进行自主方位对准问题，建立了MIMU系统级标定Kalman滤波状态空间模型，考虑g敏感性误差... 详细信息

针对微机械惯性测量单元（MIMU，Micro-electro-mechanical-system Inertial Measurement Unit）中存在陀螺漂移的g敏感性以及因漂移误差大而无法进行自主方位对准问题，建立了MIMU系统级标定Kalman滤波状态空间模型，考虑g敏感性误差状态的影响，在量测方程中加入方位失准角变化率以增强g敏感性的状态估计可观性；直接采用外输入粗略初始方位角进行导航解算，降低地球自转角速度的影响，提高陀螺漂移估计精度。设计了一套完整的系统级标定转位编排方案，陀螺标定和加速度计标定相互依赖，共同协作完成MIMU系统级标定，能够有效分离出所有30个标定参数，利用某型号弹载MIMU进行了实物标定试验验证，分别用标定前后数据进行导航解算，对比导航结算结果发现标定后的三个方向的导航速度都变小了，加速度计的刻度因数和零偏标定精度更高。特别在MIMU存在多轴大角度转动情况下，近10min内达到优于30m/s的导航速度精度，验证了系统级标定具有较高的精度。

关键词：捷联惯组系统级标定 g敏感性转位方案编排

基于近红外单元单光子雪崩二极管的相干测速实验分析

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光子学报 2024年第1期53卷 202-211页

作者：李彬王晓芳康岩岳亚洲李薇薇张艺馨雷宏杰张同意中国航空工业集团公司西安飞行自动控制研究所西安710065 中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室西安710119 中国科学院大学北京100049

为分析死时间、暗计数等因素对单光子相干测速性能的影响,搭建了基于近红外单元单光子雪崩二极管探测器的外差相干测速实验系统,实验分析了探测器暗计数率和信号探测光子计数率对多普勒信息重建的影响,以及由探测器死时间决定的饱和计... 详细信息

为分析死时间、暗计数等因素对单光子相干测速性能的影响,搭建了基于近红外单元单光子雪崩二极管探测器的外差相干测速实验系统,实验分析了探测器暗计数率和信号探测光子计数率对多普勒信息重建的影响,以及由探测器死时间决定的饱和计数率限制下的最优信号探测光子计数率。在1μs探测器死时间、1 ms采集时间下,分别对1.8 kHz、52.4 kHz和194.4 kHz探测器暗计数率影响下的光子到达时间序列进行快速傅里叶变换,从频谱数据中提取拍频信号。实验结果表明,随着光子计数率的增加,相干拍频信号频谱信噪比逐渐增大而后趋于平稳,当接近饱和计数率时,在相干拍频信号频谱低频区域和拍频频率两侧出现了谐波分量,谐波频率间距与光子计数率数值基本相等,受谐波影响较小的最优光子计数率约为单光子探测器饱和计数率的90%。研究结果可为全光纤单光子多普勒测速雷达技术的发展和应用提供参考。

关键词：相干探测光子计数外差探测多普勒测速

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多飞行器协同导航最优编队构型设计

航空兵器 2024年

作者：李兆琦王新龙丁伟聂光皓胡晓东中国航空工业集团公司西安飞行自动控制研究所北京控制与电子技术研究所北京航空航天大学宇航学院

高精度的协同导航是实现多飞行器编队飞行的关键，而编队构型是影响协同导航定位精度的重要因素。为了实现高精度的协同导航，建立了多飞行器协同导航系统模型，分析了编队构型及其动态变化对协同导航定位精度的影响，确定了使系统完全... 详细信息

高精度的协同导航是实现多飞行器编队飞行的关键，而编队构型是影响协同导航定位精度的重要因素。为了实现高精度的协同导航，建立了多飞行器协同导航系统模型，分析了编队构型及其动态变化对协同导航定位精度的影响，确定了使系统完全可观的编队构型；进而，基于系统可观测度分析方法建立了协同导航定位精度评价模型，得到了多飞行器协同导航最优编队构型。仿真结果表明，相较于采用非最优编队构型，采用最优编队构型时的定位精度可提高75%以上，有效提升了编队飞行器的协同导航定位精度。

关键词：多飞行器编队协同导航可观测度最优编队构型高精度

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大功率电子器件的自驱动散热系统技术研究

兵器装备工程学报 2024年第9期45卷 307-313页

作者：陈永华酒晨霄张文斌吴文东昆明理工大学机电工程学院昆明650504 中国航空工业集团公司西安飞行自动控制研究所西安710076

针对武器装备中的电池组、电子设备、电机等大功率发热器件在运行过程中会产生大量热能影响其工作效率的问题,优化设计了一种自驱动散热系统,该系统以液态镓合金作为介质,通过热电转换的方式对产生的废热进行回收利用,从而驱动液态金属... 详细信息

针对武器装备中的电池组、电子设备、电机等大功率发热器件在运行过程中会产生大量热能影响其工作效率的问题,优化设计了一种自驱动散热系统,该系统以液态镓合金作为介质,通过热电转换的方式对产生的废热进行回收利用,从而驱动液态金属的泵以实现大功率器件的高效散热。通过对该系统进行仿真和实验分析,结果表明系统在温差达到30℃时,热电模块输出0.12 W驱使泵进入工作状态,模拟发热源的温度下降了7.6℃。当温差增至90℃时,输出电能1.1 W,液态金属在系统中的流速达到0.31 m/s,热源温度降至36.2℃。本系统的散热在无外界供能和控制的前提下,实现散热的自启动,散热效率较于自然冷却提升了116%。

关键词：液态金属自驱动热电转换散热大功率器件