关键词： 复杂环境   履带式矿车   自主感知   导航系统   计算策略  

摘要： 在复杂的矿井环境中,矿车的自主感知与导航系统是确保其高效、准确和安全运行的关键技术。该系统使矿车能够自主适应矿井的特殊条件,显著提高生产效率,同时降低作业风险。文章提出了一套适用于复杂矿井的履带式矿车自动感知与导航系统,包括矿车的传感模块、边缘计算单元、通信模块和后端数据处理部分。通过“边+云”协同计算策略,实现矿车的实时感知与导航。测试结果表明,所设计的自主感知与导航系统能够满足工矿环境中履带式矿车的自动导航任务需求。

关键词： 船舶路径跟踪   避碰   模型预测控制   矢量场制导法   干扰观测器  

摘要： 为提高船舶路径跟踪和避碰效果,提出了一种基于矢量场制导法的模型预测控制方法.首先,采用矢量场制导算法将船舶的路径跟踪和船舶避碰问题转换为航向控制问题;然后,采用一阶Nomoto响应模型作为模型预测控制的动力学模型,考虑船舶的舵角输入受限问题,引入干扰观测器对模型误差项和环境扰动进行补偿,并应用Lyapunov理论证明了所设计的路径跟踪控制系统的稳定性;最后,设计了基于矢量场制导法的避碰策略,使船舶在路径跟踪的过程中同时完成自主避碰.仿真计算结果表明,开发的方法可以使船舶在波浪干扰作用下准确地跟踪目标路径并有效实现避碰.

关键词： 无人船   深度相机   SLAM系统   定位导航  

摘要： 阐述针对垃圾打捞无人船的应用,设计基于深度相机的定位导航系统。该定位导航系统采用基于深度相机SLAM系统的点云图构建方法,通过SLAM系统给无人船提供位置信息,实现定位和路径规划。实验验证了基于深度相机的垃圾打捞无人船定位导航系统的可行性和有效性。

关键词： 导航系统   狭窄环境   自适应   合适通行位姿   路径跟踪  

摘要： 在机器人领域中，安全地通过狭窄环境是机器人自主可靠地执行导航任务的关键之一。对于多种误差源导致的机器人无法安全通过狭窄环境的问题，提出了面向狭窄环境的机器人室内导航系统。该系统在导航过程中根据地图中障碍物与全局路径的几何关系标记狭窄环境并生成合适通行位姿对；机器人出入被标记的狭窄环境时自动切换相应导航策略，以自适应环境；在狭窄环境导航策略中，全局成本地图膨胀化以规划更安全的全局路径，机器人根据合适通行位姿分段规划全局路径，目的为提前调整位姿以减少在狭窄环境中的转向需求，并通过最优控制问题转化为最小二乘问题的思想优化MPC路径跟踪方法，用以代替局部轨迹规划方法计算轨迹，防止局部轨迹碰撞误判导致导航失败。仿真及真实环境实验结果表明，该系统能够有效提升机器人面对狭窄环境时的通过率，使机器人更加安全稳定地执行导航任务。

关键词： 气动舵机   建模仿真   故障分析   “毛刺”干扰  

摘要： 为提升舵机的执行精度,根据一种出口型的制导武器气动舵机工作原理建立舵机放大器、射流管阀、作动筒、反馈电位计等关键部件的数学模型。基于所建立的数学模型进行Matlab/Simulink仿真,验证该模型在频域特性及时域特性的准确性;针对制导弹药靶试过程中气动舵机出现的“毛刺”干扰问题,分别对舵机各关键部件数学模型注入“毛刺”干扰仿真,并与制导弹药靶试遥测数据进行对比分析。仿真结果表明:气动舵机反馈电位计故障可导致气动舵机出现“毛刺”问题,经实际排除后再次靶试“毛刺”干扰得到消除,为后续制导武器气动舵机故障模式分析提供了一定理论基础。

关键词： 混合式惯性导航系统   平台转动控制   坐标系转换关系   四元数  

摘要： 混合式惯性导航系统(HINS)通过误差调制可以有效提高惯性导航系统的独立导航精度。传统三框架HINS平台转动控制算法能够控制旋转平台实现相对参考系(地理系或惯性系)稳定,但在此基础上叠加误差调制转动时会出现奇异点,使得旋转平台无法按预定方案旋转。针对出现奇异点的问题,分析了HINS在不同导航模式下旋转平台在转动过程中相应坐标系之间的转换关系,并以控制旋转平台达到指定位置为控制目标,利用四元数进行控制指令解算,设计了一种基于坐标系转换关系的四元数旋转平台转动控制算法。通过相应的仿真及实验进行验证,结果表明:所提算法避免了计算框架指令角位置信息时出现奇异点,使得三框架HINS能够按预定方案旋转。

关键词： 激光制导炸弹   多目标打击   目标复杂性   粒子群   蒙特卡洛   毁伤体量   毁伤概率  

摘要： 激光在激光制导炸弹的对地多目标打击任务中,目标的复杂性使准确量化毁伤结果变得十分困难,需要同时考虑目标的当量面积、重要程度与易损度等主要因素。提出了一种基于改进粒子群算法的多目标最佳弹着点选择方法,基于超压冲量方程与弹着点位置关系,得到不同易损度目标的有效毁伤范围,并利用网格化处理手段准确计算目标的毁伤面积,结合当量面积与重要程度,对目标真实落点进行蒙特卡洛试验,给出计算目标毁伤概率的模型,应用粒子群优化算法对空间优秀的感知能力,重新定义毁伤体量的最大值为适应度函数,确定落点的优先级排序。利用所提方法对模拟目标进行了仿真计算,并讨论各关键因素对毁伤结果的影响程度。该方法充分考虑了目标的复杂性对地面目标毁伤程度的影响,对激光制导炸弹的实际应用有一定的指导意义。

关键词： 组合导航   故障检测   信息融合   容错   卡尔曼滤波   联邦滤波  

摘要： 为提高组合导航系统的可靠性,提出了改进故障检测和信息融合方法的组合导航系统容错机制。设计了改进的序贯概率比检验法,引入了渐消因子提高对当前时刻残差信息的跟踪速度,结合马氏距离来判断故障的结束时间,并依据判断结果在恰当的时机完全重置判断信息;设计了一种基于联邦滤波的自适应归一化融合算法,构建故障检测统计量的归一化检测值,将此值作为量测噪声方差阵的权重系数,对相应的子滤波器进行加权量测更新,以此改变全局融合过程中的权重分配。车载实验的结果表明,改进的完全重置序贯概率比检验算法相较于传统的残差卡方检验法、渐消序贯概率比法和快速重置序贯概率比法,在软故障检测上的正检率分别提高了96.43%、25.00%和19.57%,采用的自适应归一化融合算法相比于传统的联邦滤波法也提高了44.70%和35.60%的定位精度。因此,所改进的两种方法可以在很大程度上提升组合导航系统的容错性能,具有较高的实用价值。

关键词： 无人机   欺骗信号   双差数据  

摘要： 随着无人机技术和全球导航卫星系统(GNSS)的快速发展,消费级和商用无人机日益普及。然而,无人机对GNSS的高度依赖使其极易受到欺骗信号的干扰,进而引发一系列安全问题。针对这一现状,本文设计并实现了一种高效的无人机GNSS反欺骗方法,旨在提高无人机的飞行安全性。系统采用软硬件结合的方式,包括无人机搭载的GNSS实时接收模块、连接用户终端的实时传输模块以及无人机飞行状态信息处理技术。该系统通过对天线阵列接收到的载波相位观测量进行双差处理进而有效区分真实信号与欺骗信号。本文通过多种场景下的测试验证了系统的有效性和可靠性。测试结果表明,反欺骗理论具有较高的准确性和稳定性,能够准确快速地检测出欺骗信号。

关键词： 机载定向能   面对称飞行器   侧向加速度补偿   倾斜角约束   航向角约束  

摘要： 机载定向能武器是未来攻防对抗中获得非对称优势的决定性因素之一。针对定向能载荷对目标有效毁伤要求下的面对称飞行器位置、航向、倾斜姿态等多约束问题,提出一种侧向加速度补偿的定向定姿多约束机动制导策略。描述了机载定向能对地面目标实施打击的任务场景,揭示了定向能载荷约束下面对称飞行器的机动规律及其对位置、航向、倾斜姿态等的约束条件;基于面对称飞行器运动学模型及其位置、定向、定姿等多约束条件,设计了“虚拟导引-定姿攻击”的机动制导策略,协调各约束施加的时间和条件,避免了过约束可能导致的指令解算困难问题。分析了各约束条件之间的耦合关联特性,提出了虚拟导引定向制导机制,引导飞行器沿指定航向飞向目标;在此基础上,提出了基于侧向加速度补偿的定向定姿机动策略,主动产生侧向加速度以实现飞行器动态平衡,保证面对称飞行器能够同时满足并维持定向能载荷正常工作所需要的航向和倾斜角约束,确保定向能载荷拥有充足的照射时间。仿真结果表明,研究提出的基于侧向加速度补偿的机动制导策略,能够满足定向能载荷约束下面对称飞行器的定向定姿制导任务要求,对支撑机载定向能武器的实际运用具有一定的参考价值。