航天编队飞行和空间虚拟探测技术
航天编队飞行和空间虚拟探测技术
香山科学会议第206次学术讨论会综述
以“建立高效、低成本、低风险分布式天基探测系统——航天编队飞行和空间虚拟探测技术”为主题的206次香山科学会议学术讨论会于2003年8月26～28日在北京举行。会议聘请宋健院士、中国科学院上海技术物理所龚惠兴院士和中国科学院空间科学与应用研究中心姜景山院士担任执行主席。会议的中心议题为航天编队飞行技术、空间虚拟探测技术、分布式合成孔径雷达、现代一体化设计小卫星等。
宋健院士首先做了“重视研究低成本小卫星和虚拟探测技术”的报告，指出21世纪航天技术的发展对于外空间的科学探测、认识宇宙，扩展生存空间、挑战传统物理学和天体物理学具有非常重要的意义。强调航天的作用不仅仅是认识我们地球，而是认识宇宙的不可缺少的手段。他提出了三点需要重视的问题：第一重视基础研究，要搞编队飞行或者是虚拟探测技术研究，都要重视基础研究；第二加强长远项目的研究，“编队飞行”是一个长远课题的研究，从近期入手，逐步到达更高的目的；第三航天技术应用研究，要向社会开放，特别是要向全国的研究机构和高等院校开放，动员社会力量逐步提高我们的航天技术，这样使航天技术的根基更深，深入民间。
一、航天编队飞行及空间虚拟探测技术研究现状及重要性
姜景山院士作了题为“航天编队飞行及空间虚拟探测技术——21世纪航天应用技术前沿”的总评述报告。他指出，编队飞行的目的在于以多颗小卫星编队飞行来实现大卫星才能具备的强大功能并且可以实现功能重组，它要求编队中的每一颗卫星的传感器所获得的信号要进行相干处理。从技术上说，实现编队飞行必须以具有高度自主能力的小卫星和特殊轨道设计为技术前提。编队飞行与虚拟探测紧密相连，相互促进、共同发展。
编队飞行及空间虚拟探测技术是本世纪航天技术及应用领域的前沿性、战略性课题。在21世纪人类的航天活动中，编队飞行及虚拟探测技术必将发挥出越来越重要的作用。对于国家安全来说，它是我们必须争取的21世纪航天领域的战略制高点。它的发展也将对空间科学、空间技术及应用产生深远的影响、对于空间对地观测以及对宇宙观测方面具有重大意义，同时可以极大地提高对地观测以及对宇宙观测的能力，还将极大地促进计算机、自动控制、精密定轨、星间信息交换、空间轨道设计和编队构形设计等航天技术的发展。我国作为一个重要航天国家，应不失时机地抓住机会，纵深布局，加快研究及试验，将有可能在这一领域与国际水平同步，为我国空间技术、国家建设及国家安全提供先进有效的战略科技途径。
迄今为止，这一技术在国际上的发展也不过十几年，而且普遍处在研究和试验阶段，美国的规划目标是到2020年在相关领域使这一技术具备实用性。我国对这一技术的研究始于上世纪末，也已有7～8年的时间。如果现在开始有计划地加强这一领域的研究，我国在这一领域与国际上的发展可以同步进行。到2020年时，在航天应用中将有可能广泛采用编队飞行技术，在提高我国航天竞争能力，提升国威方面将发挥重要作用。
二、航天编队飞行技术
航天科技集团502所林来兴研究员作了题为“航天器编队飞行技术和应用”的评述报告。认为编队飞行的特点是由若干颗卫星在轨道上构成一个特定形状，各颗卫星一方面保持这个形状，同时又绕地球中心旋转，各颗卫星轨道周期都相同。编队飞行中各颗卫星相互协同工作，共同构成一个虚拟卫星。报告中还论述了编队飞行动力学和轨道设计方法。着重研究了地球轨道编队飞行动力学模型和轨道构型，使编队飞行既能满足日益发展的应用需求，又能以低燃耗长期运行（例如编队飞行卫星每年燃耗占整星重量在百分之几以内等）。他指出以编队飞行应用为目的的关键技术包括：分布式有效载荷研究、自主编队队形的测量和位置保持控制技术、微推力器技术、星间通信以及编队飞行动力学和轨道构型设计软件工具开发研究等。
航天科技集团五院总体设计部杨维廉研究员作了关于“编队飞行的轨道设计”的议题评述报告。针对当前比较有应用价值的三类编队飞行——同轨迹、同轨道面和沿同一椭圆形地面轨迹的飞行，分析了目前关于相对运动模型基础Hill方程或C-W方法很难分析轨道摄动影响的局限性，提出一种利用卫星相对位置与轨道平根数的关系研究这些类型编队的轨道设计方法，并对这三种编队飞行的轨道参数进行了计算。为了减小摄动引起的队形演变，他提出在轨道设计时应选择某颗星与虚拟卫星的轨道共面或具有相同的轨道倾角，从而使所有轨道倾角偏置的最大值最小。
中国科学院计算技术研究所王贞松研究员的报告题目为“卫星自主处理及运行技术”，对星上需要自主处理的内容如卫星的姿态控制、太阳能帆板的控制、编队卫星的队形保持、轨道间距、姿态一致性控制、卫星间通讯与信号的处理、有效负载部分如自动增益控制、遥感信号实时处理等进行了分析。并初步计算了二星编队飞行后的距离分辨率和方位向分辨率，说明了合适的编队可以使分辨率得到提高。
三、空间虚拟探测技术
中国科学院空间科学与应用研究中心张云华研究员作了“空间虚拟探测技术及其发展趋势”的议题评述报告，分析了空间虚拟探测技术需要解决的理论问题，并围绕着这些问题阐述了空间虚拟探测技术的基本原理和实现方法，并重点分析了空间虚拟技术所面临的关键技术突破，包括为适应虚拟技术需要而进行的编队飞行技术、完成虚拟探测的数据处理技术等。在阐述空间虚拟探测技术时，以子孔径信号处理方法、超分辨率算法、外推插值技术、发射信号波形分解与综合技术等多种技术与方法说明实现空间虚拟探测技术的可能性并讨论了空间虚拟探测系统的设计方法。
中国科学院空间科学与应用研究中心都亨研究员作了“编队飞行在空间科学探测中的应用”的议题评述报告。报告从空间科学探测的角度，提出了提高分辨率的重要性。由于常用的提高分辨率的方法是通过多个探测器形成的干涉测量。而现在编队飞行提供了实现长基线干涉的有效方法，尤其编队飞行航天器之间的距离（即基线长度）可以根据需要进行调节，更是编队飞行独特的优势。编队干涉可以应用在从X射线到微波的所有波段上，观测目的不同，探测器的数目（编队航天器的数目）从2个到数十个不等，因而具有广阔的前景。对于空间的大尺度现象，也需要在超长的距离上安置设备，进行编队测量。
中国科学院空间科学与应用研究中心吴季研究员“综合孔径微波辐射成像技术”的中心发言介绍了微波辐射计的工作原理，分析了将其用于星载对地观测时的主要困难是需要通过增大探测器天线的物理孔径来获得较高的空间分辨率。提出了目前获得大孔径天线的两种做法：一是利用较小的单元天线，在不同的地点分时测量，然后再进行孔径综合；二是将大孔径进行有效稀疏，用点阵列上的小单元天线代替大孔径。
四、分布式合成孔径雷达
国防科技大学电子科学与工程学院梁甸农教授作了“分布式合成孔径雷达技术的发展及策略”的评述报告。对分布式SAR的基本概念、工作原理及优势进行了较为详细的分析，认为分布式雷达是一种崭新的概念系统，它不仅具有小卫星分布式航天器的共性优势，且因其能够提供合适长度的基线，突破单星雷达在功率、分辨率、距离和方位模糊、测绘带宽间的物理约束关系，极大地提高成像系统的自由度，从而能够同时实现天基雷达的多种功能，是国内外分布式航天器应用研究的热点。对实现分布式SAR的关键技术从理论层面和技术层面进行了全面的阐述，包括子雷达间同步控制；多任务协调；满足SAR、MTI任务的轨道构形和保持；小卫星空间状态精确测量；子雷达轻量化等。同时指出实现分布式SAR面临很多理论和技术的困难，主要包括多任务系统整体性能优化、雷达卫星编队协同控制、稀疏孔径信息处理和航天器的微小型化。分布式SAR 是多个学科交叉的研究领域，机遇与挑战并存。
报告提出关于该项技术的研究应该基于我国国情，结合需求定位，综合考虑我国相关技术的发展趋势来发展我国的分布式SAR。从基础概念研究开始，以有效载荷为中心，加强各学科的相互协作攻关，分阶段研究，最终实现分布式雷达系统。
北京航空航天大学周荫清教授作了有关“空间分布式小卫星合成孔径雷达设计方法”的评述报告。首先讨论了分布式小卫星SAR系统中SAR与载体一体化、载体平台与轨道一体化、星地一体化设计的必要性。然后讨论了分布式小卫星SAR利用空间构形获取高分辨率、大测绘带SAR图像，利用干涉SAR技术获取高精度DEM图，利用MTI 技术实现动目标检测和成像等功能的原理和系统工作模式，并简要给出系统基本组成框图。通过对系统的总体分析，提出分布式小卫星SAR系统实现中需要着重解决编队构形、同步、测量与控制精度以及数据处理等四个方面的关键技术问题。认为空间编队构形设计是系统设计中非常重要的技术，也是分布式系统之所以不同于单颗星系统，能够同时实现三种功能的关键所在。
中国科学院电子学研究所王岩飞研究员作了关于“分布式合成孔径雷达关键技术分析及解决途径”的中心发言，针对分布式合成孔径雷达系统的发展，对分布式合成孔径雷达系统的关键技术进行了分析，认为就实现方面还面临着许多技术挑战，必须解决分布式合成孔径雷达的系统构成及工作模式，多星雷达协调工作的空间同步、时间同步、相位同步问题，以及分布式合成孔径雷达数据综合处理等问题。并探讨解决这些问题可能的方法和途径。
五、现代小卫星和有效载荷一体化设计
航天东方红卫星有限公司张永维研究员就“现代小卫星发展及编队飞行”作了评述报
告，从需求牵引与技术推动的角度，首先阐述了多、快、好、省地发展中国应用小卫星的必要性，提出打破传统的设计思路与设计概念的重要性。认为“分布式星座”或“编队飞行”的需求引出了新概念、新体系，对航天器功能和数量都提出更高的要求。根据不同的用途，对航天器设计提出的主要要求是：系统任务分析与实现的顶层设计技术、卫星群队形保持技术、空间无线网络技术等。提出中国的航天工业部门从一开始就遵循需求牵引和技术推动的发展宗旨，定位于为国民经济服务和国家安全服务。要针对潜在的任务需求，做出深入细微分析；鉴于国内技术的工艺和材料水平，通过转变设计思路和打破传统卫星的分系统的界线，转变服务意识，为用户着想、为有效载荷开发创造尽可能的宽松的环境，让用户在最短时间内用上属于自己的卫星。
中国科学院空间科学与应用研究中心胡行毅教授作了题为“小卫星编队飞行的地面运控管理技术综述”的议题评述报告。报告认为，小卫星星座和编队飞行的运控管理策略要以自主为主导、地面系统支持为辅助的手段。星上自主能力是基于很强的星上观测﹑处理与决策能力，使卫星能自主导航定位、位置保持、自主管理﹑调整与修复或重组等以及具备星间链路的支持。
清华大学尤政教授针对“纳型卫星编队飞行设计”作了报告。报告在总结国内外纳星技术发展的基础上，提出纳型卫星技术的两个主要发展方向，一是向更小、功能密度比更高的方向迈进；一是纳型航天器已经成为卫星组网技术飞行试验以及基于编队飞行的“虚拟卫星”的主要载体。报告结合国家863领域与清华大学共同支持研制的纳型卫星，提出了进行我国纳型卫星编队飞行的方案及其经济可行性分析。
与会专家对我国编队飞行及空间虚拟探测技术的发展与应用提出如下建议：
1、我国正在制定到2020年的中长期发展规划，各行各业都在考虑规划。建议在战略高技术的规划中把编队飞行及相关技术的发展列为一项重大科技专项。在2005年前开展关键问题研究并为作演示验证作准备；在2010年以前根据条件进行若干飞行试验；在“11.5”计划中安排相应的型号或专项试验；在2020年前全面开展实质性研究，在部分应用领域（如对地观测和科学探测）进行系统试验，同时取得一定的应用成果。
2、在我国载人飞行第二阶段“空间实验室”任务中，以空间实验室为核心进行编队飞行及空间虚拟探测试验，并把这一项目作为载人第二期的重要应用目标之一。（关于此建议已有专门报告及技术实现方案）
3、考虑新的型号任务时，在不影响主任务的前提下，安排编队飞行的可能性，力争在有些序列卫星中作关键技术试验（如SAR系列卫星）。
4、发射专门作编队飞行的小卫星或纳卫星，进行相关试验及应用试验。
5 、在国家重大研究计划中将编队飞行及空间虚拟探测技术相关研究项目作为一项前瞻性、战略性课题来布局研究。如863航天航空领域、973计划。或作为专项安排。
（李增惠2003年11月12日）
参会人员名单：
宋健院士中国工程院
龚惠兴院士中科院上海技物所
姜景山院士中科院空间中心
王贞松研究员中科院计算所
尤政教授清华大学
周荫清教授北京航空航天大学
魏锺铨研究员中国航天科技集团公司
张永维研究员中国航天科技集团公司
杨维廉研究员 501部
周志鑫研究员总参二部航天侦察局
王岩飞研究员中科院电子所
张云华研究员中科院空间中心
刘和光研究员中科院空间中心
许可研究员中科院空间中心
孙家栋院士中国航天科技集团公司
张履谦院士中国航天科技集团公司
屠善澄院士中国空间技术研究院
杨嘉墀院士中国空间技术研究院
李济生院士总装备部科技委
王任享院士总参测绘所
保铮院士西安电子科技大学
卞国良研究员总参二部技术局
林来兴研究员中国航天科技集团公司
梁甸农教授国防科技大学
雷利卿副研中科院空间中心
都亨研究员中科院空间中心
胡行毅研究员中科院空间中心
禹秉熙研究员中科院长春光机所
穆冬讲师中国电子科技集团公司
李祖洪研究员航天五院
朱炬波副研国防科技大学
张晓敏高工航天东方红卫星有限公司
姜康林研究员中国电子科技集团公司54所熊群力研究员中国电子科技集团公司
吴季研究员中科院空间中心
胡光镇院士解放军总参谋部
王雪飞中科院空间中心
毕大川研究员中国技术创新有限公司
王涛中科院空间中心
陈杰博士后北京航空航天大学
艾长春研究员总参二部
刘波主任中科院军工办罗格副司长国防科工委孙来燕秘书长国防科工委杨炳忻研究员香山科学会议李增惠研究员香山科学会议
航天编队飞行和空间虚拟探测技术
航天编队飞行和空间虚拟探测技术 香山科学会议第206次学术讨论会综述 以“建立高效、低成本、低风险分布式天基探测系统——航天编队飞行和空间虚拟探测技术”为主题的206次香山科学会议学术讨论会于2003年8月26～28日在北京举行。会议聘请宋健院士、中国科学院上海技术物理所龚惠兴院士和中国科学院空间科学与应用研究中心姜景山院士担任执行主席。会议的中心议题为航天编队飞行技术、空间虚拟探测技术、分布式合成孔径雷达、现代一体化设计小卫星等。 宋健院士首先做了“重视研究低成本小卫星和虚拟探测技术”的报告，指出21世纪航天技术的发展对于外空间的科学探测、认识宇宙，扩展生存空间、挑战传统物理学和天体物理学具有非常重要的意义。强调航天的作用不仅仅是认识我们地球，而是认识宇宙的不可缺少的手段。他提出了三点需要重视的问题：第一重视基础研究，要搞编队飞行或者是虚拟探测技术研究，都要重视基础研究；第二加强长远项目的研究，“编队飞行”是一个长远课题的研究，从近期入手，逐步到达更高的目的；第三航天技术应用研究，要向社会开放，特别是要向全国的研究机构和高等院校开放，动员社会力量逐步提高我们的航天技术，这样使航天技术的根基更深，深入民间。 一、航天编队飞行及空间虚拟探测技术研究现状及重要性 姜景山院士作了题为“航天编队飞行及空间虚拟探测技术——21世纪航天应用技术前沿”的总评述报告。他指出，编队飞行的目的在于以多颗小卫星编队飞行来实现大卫星才能具备的强大功能并且可以实现功能重组，它要求编队中的每一颗卫星的传感器所获得的信号要进行相干处理。从技术上说，实现编队飞行必须以具有高度自主能力的小卫星和特殊轨道设计为技术前提。编队飞行与虚拟探测紧密相连，相互促进、共同发展。 编队飞行及空间虚拟探测技术是本世纪航天技术及应用领域的前沿性、战略性课题。在21世纪人类的航天活动中，编队飞行及虚拟探测技术必将发挥出越来越重要的作用。对于国家安全来说，它是我们必须争取的21世纪航天领域的战略制高点。它的发展也将对空间科学、空间技术及应用产生深远的影响、对于空间对地观测以及对宇宙观测方面具有重大意义，同时可以极大地提高对地观测以及对宇宙观测的能力，还将极大地促进计算机、自动控制、精密定轨、星间信息交换、空间轨道设计和编队构形设计等航天技术的发展。我国作为一个重要航天国家，应不失时机地抓住机会，纵深布局，加快研究及试验，将有可能在这一领域与国际水平同步，为我国空间技术、国家建设及国家安全提供先进有效的战略科技途径。 迄今为止，这一技术在国际上的发展也不过十几年，而且普遍处在研究和试验阶段，美国的规划目标是到2020年在相关领域使这一技术具备实用性。我国对这一技术的研究始于上世纪末，也已有7～8年的时间。如果现在开始有计划地加强这一领域的研究，我国在这一领域与国际上的发展可以同步进行。到2020年时，在航天应用中将有可能广泛采用编队飞行技术，在提高我国航天竞争能力，提升国威方面将发挥重要作用。 二、航天编队飞行技术
四轴飞行器运动分析
四轴飞行器运动分析 一、飞行原理 四轴飞行器的结构形如图所示，其中同一对角线上的电机转向应该相同，不同对角线上的电机转向应该相反。这样，当飞行器平衡飞行时，陀螺效应和空气动力扭矩效应均被抵消。 与传统的直升机相比，四旋翼飞行器有下列优势：各个旋翼对机身所施加的反扭矩与旋翼的旋转方向相反，因此当电机1和电机3逆时针旋转的同时，电机2和电机4顺时针旋转，可以平衡旋翼对机身的反扭矩。四旋翼飞行器在空间共有6个自由度（分别沿3个坐标轴作平移和旋转动作），这6个自由度的控制都可以通过调节不同电机的转速来实现。其基本运动状态可分为： （1）垂直运动； （2）俯仰运动； （3）滚转运动； （4）偏航运动； （5）前后运动； （6）侧向运动；
下面将逐个说明飞行器的各种飞行姿态： 垂直运动——在图中，因有两对电机转向相反，可以平衡其对机身的反扭矩，当同时增加四个电机的输出功率，旋翼转速增加使得总的拉力增大，当总拉力足以克服整机的重量时，四旋翼飞行器便离地垂直上升；反之，同时减小四个电机的输出功率，四旋翼飞行器则垂直下降，直至平衡落地，实现了沿z轴的垂直运动。当外界扰动量为零时，在旋翼产生的升力等于飞行器的自重时，飞行器便保持悬停状态。保证四个旋翼转速同步增加或减小是垂直运动的关键。 俯仰运动——在图（b）中，电机1的转速上升，电机3的转速下降，电机2、电机4的转速保持不变。为了不因为旋翼转速的改变引起四旋翼飞行器整体扭矩及总拉力改变，旋翼1与旋翼3转速该变量的大小应相等。由于旋翼1的升力上升，旋翼3的升力下降，产生的不平衡力矩使机身绕y轴旋转（方向如图所示），同理，当电机1的转速下降，电机3的转速上升，机身便绕y轴向另一个方向旋转，实现飞行器的俯仰运动。
四旋翼飞行器结构和原理
四旋翼飞行器结构和原理 1.结构形式 旋翼对称分布在机体的前后、左右四个方向，四个旋翼处于同一高度平面，且四个旋翼的结构和半径都相同，四个电机对称的安装在飞行器的支架端，支架中间空间安放飞行控制计算机和外部设备。结构形式如图1.1所示。 .工作原理 四旋翼飞行器通过调节四个电机转速来改变旋翼转速，实现升力的变化，从而控制飞行器的姿态和位置。四旋翼飞行器是一种六自由度的垂直升降机，但只有四个输入力，同时却有六个状态输出，所以它又是一种欠驱动系统。
四旋翼飞行器的电机1和电机3逆时针旋转的同时，电机2和电机4顺时针旋转，因此当飞行器平衡飞行时，陀螺效应和空气动力扭矩效应均被抵消。
在上图中，电机1和电机3作逆时针旋转，电机2和电机4作顺时针旋转，规定沿x轴正方向运动称为向前运动，箭头在旋翼的运动平面上方表示此电机转速提高，在下方表示此电机转速下降。 （1）垂直运动：同时增加四个电机的输出功率，旋翼转速增加使得总的拉力增大，当总拉力足以克服整机的重量时，四旋翼飞行器便离地垂直上升；反之，同时减小四个电机的输出功率，四旋翼飞行器则垂直下降，直至平衡落地，实现了沿z轴的垂直运动。当外界扰动量为零时，在旋翼产生的升力等于飞行器的自重时，飞行器便保持悬停状态。 （2）俯仰运动：在图（b）中，电机1的转速上升，电机3 的转速下降（改变量大小应相等），电机2、电机4 的转速保持不变。由于旋翼1 的升力上升，旋翼3 的升力下降，产生的不平衡力矩使机身绕y 轴旋转，同理，当电机1 的转速下降，电机3的转速上升，机身便绕y轴向另一个方向旋转，实现飞行器的俯仰运动。 （3）滚转运动：与图b 的原理相同，在图c 中，改变电机2和电机4的转速，保持电机1和电机3的转速不变，则可使机身绕x 轴旋转（正向和反向），实现飞行器的滚转运动。 （4）偏航运动：旋翼转动过程中由于空气阻力作用会形成与转动方向相反的反扭矩，为了克服反扭矩影响，可使四个旋翼中的两个正转，两个反转，且对角线上的各个旋翼转动方向相同。反扭矩的大小与旋翼转速有关，当四个电机转速相同时，四个旋翼产生的反扭矩相互平衡，四旋翼飞行器不发生转动；当四个电机转速不完全相同时，不平衡的反扭矩会引起四旋翼飞行器转动。在图d中，当电机1和电机3 的转速上升，电机2 和电机4 的转速下降时，旋翼1和旋翼3对机身的反扭矩大于旋翼2和旋翼4对机身的反扭矩，机身便在
虚拟仪器技术实验报告
成都理工大学工程技术学院 虚拟仪器技术实验报告 专业: 学号: 姓名: 2015年11月30日
1 正弦信号的发生及频率、相位的测量实验内容： ●设计一个双路正弦波发生器，其相位差可调。 ●设计一个频率计 ●设计一个相位计 分两种情况测量频率和相位： ●不经过数据采集的仿真 ●经过数据采集〔数据采集卡为PCI9112〕 频率和相位的测量至少有两种方法 ●FFT及其他信号处理方法 ●直接方法 实验过程： 1、正弦波发生器，相位差可调 双路正弦波发生器设计程序：
相位差的设计方法：可以令正弦2的相位为0，正弦1的相位可调，这样调节正弦1的相位，即为两正弦波的相位差。 2设计频率计、相位计 方法一：直接读取 从调节旋钮处直接读取数值，再显示出来。 方法二：直接测量 使用单频测量模块进行频率、相位的测量。方法为将模块直接接到输出信号的端子，即可读取测量值。 方法三：利用FFT进行频率和相位的测量 在频率谱和相位谱上可以直接读取正弦信号的主频和相位。 也可通过FFT求得两正弦波的相位差。即对信号进行频谱分析，获得信号的想频特性，两信号的相位差即主频率处的相位差值，所以这一方法是针对单一频率信号的相位差。 前面板如下：
程序框图： 2幅频特性的扫频测量 一、实验目的 1、掌握BT3 D扫频仪的使用方法。 2、学会用扫频法测量放大电路的幅频特性、增益及带宽。 二、工作原理 放大电路的幅频特性，一般在中频段Ｋ中最大，而且基本上不随频率而变化。在中频段以外随着频率的升高或降低，放大倍数都将随之下降。一般规定放大电路的频率响应指标为3dB，即放大倍数下降到中频放大倍数的70.7%，相应的频率分别叫作下限频率和上限频率。上下限频率之间的频率范围称为放大电路的通频带，它是表征放大电路频率特性的主要指标之一。如果放大电路的性能很差，在放大电路工作频带内的放大倍数变化很大，则会产生严重的频率失真，相应的
四旋翼飞行器建模与仿真Matlab
四轴飞行器的建模与仿真 摘要 四旋翼飞行器是一种能够垂直起降的多旋翼飞行器,它非常适合近地侦察、监视的任务,具有广泛的军事和民事应用前景。本文根据对四旋翼飞行器的机架结构和动力学特性做详尽的分析和研究,在此基础上建立四旋翼飞行器的动力学模型。四旋翼飞行器有各种的运行状态,比如:爬升、下降、悬停、滚转运动、俯仰运动、偏航运动等。本文采用动力学模型来描述四旋翼飞行器的飞行姿态。在上述研究和分析的基础上,进行飞行器的建模。动力学建模是通过对飞行器的飞行原理和各种运动状态下的受力关系以及参考牛顿-欧拉模型建立的仿真模型，模型建立后在Matlab/simulink软件中进行仿真。 关键字:四旋翼飞行器,动力学模型，Matlab/simulink Modeling and Simulating for a quad-rotor aircraft ABSTRACT The quad-rotor is a VTOL multi-rotor aircraft. It is very fit for the kind of reconnaissance mission and monitoring task of near-Earth, so it can be used in a wide range of military and civilian applications. In the dissertation, the detailed analysis and research on the rack structure and dynamic characteristics of the laboratory four-rotor aircraft is showed in the dissertation. The dynamic model of the four-rotor aircraft areestablished. It also studies on the force in the four-rotor aircraft flight principles and course of the campaign to make the research and analysis. The four-rotor aircraft has many operating status, such as climbing, downing, hovering and rolling movement, pitching movement and yawing movement. The dynamic model is used to describe the four-rotor aircraft in flight in the dissertation. On the basis of the above analysis, modeling of the aircraft can be made. Dynamics modeling is to build models under the principles of flight of the aircraft and a variety of state of motion, and Newton - Euler model with reference
现代自动检测技术的发展现状及趋势
南京理工大学 现代自动检测技术的发展 现状及趋势 指导老师：黄晓华 姓名：卢敏学号：0801500425 2011/5/24 自动检测技术已成为实现生产自动化的重要保证和不可缺少的一个组成部分
现代自动检测技术的发展现状及趋势一、现代自动检测技术的发展现状 检测自动化是提高生产效率, 减轻劳动强度, 节省人力的重要措施是保证产品质量, 实现检验的最好方法也是质量控制自动化的重要基础。因此, 自动检测技术已成为实现生产自动化的重要保证和不可缺少的一个组成部分。 自动检测的对象是指生产自动化技术中，所经常遇到的各种物理量位移、长度、速度、转矩、温度、流量、压力、湿度、粘度、水份等以及对工作机械运转状态生产设备的异常状态产品的在线监视等进行检测。 自动检测是一门综合性应用技术。它应用物理学中各种基本效应和电子学的各种最新成就, 采用各种传感器件将被测非电量, 直接或间接地转换成电量来进行测量。并通过对电敏信号的处理，送给自动控制系统以实现自动控制。而这种控制的精度, 在很大程度上就决定于检测的精度。 随着近代物理学新成就的取得电子计算机技术和半导体集成技术的发展, 又给自动检测技术提供出更先进的检测手段。使人们认识各种现象和规律的深度在精确度、灵敏度以及测量范围等方面正愈加深广。近年来, 检测技术发展很快，主要表现在检测技术和检测仪器的发展, 使检测精度、范围、可靠性及使用寿命等都得到不断提高。 科学技术的进步, 使检测对象与领域在不断增加和扩大。除较多用于工业连续生产过程外。在空间技术, 能源开发及环境保护等新领
域都得到发展。其中以遥感、遥测技术在宇航、卫星及空间实验室等技术中的发展尤为迅速。近代物理学中新的物理效应的应用，使检测手段在不断增强。如用激光、红外、超声、微波、各种谱线及射线等原理, 研制出各种新的传感器件。电子技术, 特别是半导体材料及工艺的发展。出现了多种灵敏度高、响应速度快、小型轻量的半导体传感器件。与集成组件结合将传感器、放大器和运算器一体化,使检测装置小型化、固体化和数字化。譬如, 近年来得到迅速发展和应用的一种新颖的摄象器件一电荷祸合器件简称, 则是将光电转换、信息存贮及读取装置均集中在一个支承片上的半导体表面器件，成为一种名符其实的固态摄象器件。它在摄象领域里, 用作图象传感器自动检测中用作特殊的摄象机等方面有着显著的优点。自动检测技术在工业生产领域也有广泛的应用。在线检测零件尺寸、产品缺陷、装配定位等；离线检测零件参数、尺寸与形位公差、品质参数等。现代工程装备中，检测环节的成本约占50—70％。军事上大大提高了部队的战斗力，比如夜视瞄准机系统就是利用非冷却红外传感器技术。国防领域是先行官，比如利用卫星红外线监测系统探测和发现敌人导弹的发射并追踪导弹的飞行轨道。在航天领域中的作用举足轻重，比如火箭测控检测火箭状况、姿态、轨迹；飞行器测控检测飞行器姿态、发电机工况，控制与操纵等。自动检测技术在日常生活中的应用与日俱增，海啸预报、智能电子警察监测系统、自动收费系统等等。自动检测技术更是社会的物化法官：检查产品质量、监测环境污染、查服违禁药物、识别指纹假钞、侦破刑事案件等等。自动检测技术在机械
VPG汽车整车虚拟实验仿真
VPG汽车整车虚拟实验仿真 概述 VPG（Virtual Proving Ground）通过构制统一平台，简化建模过程，引入虚拟试验场，只需建立一个整车模型，就能够在汽车真实试验条件下，进行整车非线性虚拟样机仿真，达到动态参数设计的目的。VPG技术可用于当前汽车产品开发的前沿，涵盖NVH、疲劳寿命、道路载荷预测、整车、子系统和部件的动力学和运动学分析。并针对碰撞安全法规的要求，内置欧美碰撞安全法规和各种碰撞模型（假人、壁障、安全带等），轻松进行碰撞安全仿真。 来源于多年汽车CAE仿真应用经验的VPG技术和优秀的LSDYNA求解器，保证了VPG具有先进、专业、可靠的仿真能力，其丰富的数据库为用户提供了极大的方便，软件应用方法简单标准，以其易用性和专业性领导汽车CAE行业的最新发展趋势。 特色功能 行业性最强 ?专业用于汽车行业整车碰撞及乘员安全性分析的软件 ?具备欧美等碰撞法规、汽车模型库等 ?具备用于汽车行业分析的向导式设置方式，操作简便
?具备大量汽车行业客户 友好的专业化图形界面 ?具备专业化、向导式的操作界面，简单易用 ?具备汽车行业专用后处理器，直接获取法规分析结果 ?具备参数化建模方式，实现根据用户产品结构需求的汽车模型建模?支持LSDYNA的所有关键字功能
功能最为全面 ?可进行汽车整车碰撞、乘员安全性、操纵稳定性、NVH分析?可进行整车及子系统非线性动力学、疲劳耐久性等分析 ?可进行特种车辆的防爆及动力学分析 ?可进行全面的LSDYNA求解程序的前后处理 强大的行业模型库 ?具备多种汽车悬挂模型 ?具备多种行业路面模型 ?具备多种汽车轮胎模型 ?具备多种碰撞假人及航空航天假人模型
电磁航天器编队飞行系统概述.
电磁航天器编队飞行系统 1、引言 随着各国航天技术的不断发展，航天任务日趋多样化、复杂化，对航天器提出了更高的要求。传统的大卫星研制周期长、耗资多、风险大，而小卫星具有体积小、重量轻、成本低、研制周期短、能利用多种发射方式快速灵活发射等特点，使得小卫星成为大卫星的必要补充。但单颗小卫星由于功能单一，在应用方面受到一定的限制，通常将多颗小卫星进行编队，以实现单一大卫星的功能或对单一大卫星功能进行扩展，完成单颗卫星不能完成的任务。 卫星编队飞行是指一群相距很近、分布在特定轨道构型上、物理上不相连的成员卫星协同工作，共同完成特定任务。通常编队卫星以某一点（主航天器）为基准，构成一个特定几何形状，各颗卫星之间通过星间通信相互联系、协同工作，共同承担空间信号的采集与处理以及承载有效载荷等任务，整个星群构成一个满足任务需要的、规模较大的虚拟传感器或探测器。相对于传统的大卫星，卫星编队飞行具有巨大的观测口径或测量基线，在电子侦察、立体成像、精确定位、气象测量等应用领域具有无法比拟的突出优势，同时多颗卫星组成的分布式传感器系统能够有更好的灵活性和冗余度，可以降低飞行风险和成本。自二十世纪九十年代后期开始，航天器的编队飞行技术越来越引起世界航天领域的极大兴趣和广泛关注。包括美国航空航天局（NASA）、喷气推进实验室（JPL）、美国空军实验室（AirForce）以及欧空局（ESA）在内的多家著名的航天技术研究单位都看好编队飞行技术的广阔前景。图1为美国NASA的轨道列车计划（A-Train），利用六颗卫星编队飞行监测地球环境变化。 图 1 NASA的轨道列车计划 卫星编队飞行过程中要受到地球扁率、大气阻力和太阳光压等各种摄动因素的影响，此外为满足空间观测任务的要求，需要编队系统具有构型重构的机动能力，这就使得卫星要借助地球引力之外的力在非开普勒轨道上进行飞行，传统上一般采用火箭发动机喷气产生的推力来控制编队系统中成员卫星的相对位置，但这种推进方式存在以下几个方面的缺点：（1）火箭发动机喷射产生的羽流会污染临近卫星的光学器件，对空间光学观测任务产生比较大的影响，另外由于推进过程中产生红外线，会影响卫星在轨飞行的隐身效果。 （2）由于喷气推进是一种需要工质的推进方式，在不考虑卫星损毁情况下其工作寿命严格受到卫星所携带推进剂的影响，会影响卫星在轨飞行的寿命；
LMS Virtual Lab虚拟实验
LMS/Virtual Lab虚拟实验 LMS/Virtual Lab是Lms公司开发的世界上第一个功能品质工程集成解决方案。 i.LMS/Virtual Lab的主要功能 https://www.sodocs.net/doc/032441119.html,b将有限元和多体分析与耐久性预测集成起来，提供最先进的系统级解决方案。主要用于振动、噪声、平顺性与操纵稳定性、舒适性、安全性、碰撞、耐久性以及其它关键属性的分析。 ii.LMS/Virtual Lab的主要特点 1)LMS https://www.sodocs.net/doc/032441119.html,b是一个开放的环境，实现了与CAD、CAE和试验的无缝 连接，为多学科设计分析团队提供一切所需的工具，从而更快地为市场提供更好的产品。它能成倍提高增值设计时间（Value-Added Time），并且将总体开发周期缩短30－50％。 2)https://www.sodocs.net/doc/032441119.html,b实践创新的设计理念，将产品的关键属性嵌人在设计流程中， 并且在整个开发过程中不断改进。即在概念设计阶段作前期分析；使用虚拟模型作产品改进和多学科优化，不仅在部件级，而且也在性能问题出现最多的系统级上进行；随后再对数量减少了的实物原型作深入试验。 3)LMS https://www.sodocs.net/doc/032441119.html,b采用混合仿真(hybrid simulation)技术，它将实物试验和 虚拟仿真的长处相结合，新的设计过程不仅更快，而且更加精确可靠，因为试验验证过的模型已经嵌人在系统模型中。因此对投资的回报不仅体现在产品更快地投放市场和节约开发费用，而且改进了产品质量，并减少了产品召回的数量。 4)https://www.sodocs.net/doc/032441119.html,b自动链接主流的CAD、CAE和试验系统，消除了不必要的文 件转换和数据冗余，使增值设计时间成倍增加。https://www.sodocs.net/doc/032441119.html,b捕捉分析流程并使之自动化，具有高效的参数化分析能力；任何设计上的改动都能很快地通过分析流程自动重算。这种速度的突破使产品开发周期大幅度缩短，减少不确定性，并使得对实物原型的依赖降到最低。如https://www.sodocs.net/doc/032441119.html,b（虚拟试验室）与ANSYS之间的接口协议，使得https://www.sodocs.net/doc/032441119.html,b的用户不仅可以访问ANSYS的模型和结果数据，还使ANSYS成为https://www.sodocs.net/doc/032441119.html,b的自动分析流程的一个组成部分。在https://www.sodocs.net/doc/032441119.html,b环境中，用户能够自动地建立ANSYS求解任务，并驱动和监视ANSYS求解器的执行，分析结果自动传回到https://www.sodocs.net/doc/032441119.html,b 环境中。和ANSYS的集成不仅实现了结果数据的自动更新，也消除了费时且易出错的传输障碍，而且可以通过https://www.sodocs.net/doc/032441119.html,b的自动分析流程极大地提高客户的效率。 iii.LMS/Virtual Lab应用举例 1)预测副车架的疲劳寿命
四轴飞行器报告(高级篇)
四轴飞行器报告(高级篇) 姓名: 阿力木江艾合买提江高瞻 完成日期: 2014年12月29日星期一 报告内容 1.姿态解算用到的常用数学方法和处理手段 2.自动控制原理PID和系统建模 姿态解算用到的常用数学方法和处理手段 姿态有多种数学表示方式，常见的是四元数，欧拉角，矩阵和轴角。他们各自有其自身的优点，在不同的领域使用不同的表示方式。在四轴飞行器中使用到了四元数和欧拉角。 四元数是由爱尔兰数学家威廉·卢云·哈密顿在1843年发现的数学概念。从明确地角度而言，四元数是复数的不可交换延伸。如把四元数的集合考虑成多维实数空间的话，四元数就代表着一个四维空间，相对于复数为二维空间。 四元数大量用于电脑绘图（及相关的图像分析）上表示三维物件的旋转及方位。四元数亦见于控制论、信号处理、姿态控制、物理和轨道力学，都是用来表示旋转和方位。 相对于另几种旋转表示法（矩阵，欧拉角，轴角），四元数具有某些方面的优势，如速度更快、提供平滑插值、有效避免万向锁问题、存储空间较小等等。 以上部分摘自维基百科-四元数。
莱昂哈德·欧拉用欧拉角来描述刚体在三维欧几里得空间的取向。对于在三维空间里的一个参考系，任何坐标系的取向，都可以用三个欧拉角来表现。参考系又称为实验室参考系，是静止不动的。而坐标系则固定于刚体，随着刚体的旋转而旋转。 以上部分摘自维基百科-欧拉角。下面我们通过图例来看看欧拉角是如何产生的，并且分别对应哪个角度。 姿态解算的核心在于旋转，一般旋转有4种表示方式：矩阵表示、欧拉角表示、轴角表示和四元数表示。矩阵表示适合变换向量，欧拉角最直观，轴角表示则适合几何推导，而在组合旋转方面，四元数表示最佳。因为姿态解算需要频繁组合旋转和用旋转变换向量，所以采用四元数保存组合姿态、辅以矩阵来变换向量的方案。 总结来说，在飞行器中，姿态解算中使用四元数来保存飞行器的姿态，包括旋转和方位。在获得四元数之后，会将其转化为欧拉角，然后输入到姿态控制算法中。 姿态控制算法的输入参数必须要是欧拉角。AD值是指MP U6050的陀螺仪和加速度值，3个维度的陀螺仪值和3个维度的加速度值，每个值为16位精度。AD值必须先转化为四元数，然后通过四元数转化为欧拉角。这个四元数可能是软解，主控芯片（STM32）读取到AD值，用软件从AD值算得，也可能是通过MP U6050中的DMP硬解，主控芯片（STM32）直接读取到四元数。具体参考《MP U60x0的四元数生成方式介绍》。 下面就是四元数软解过程，可以由下面这个框图表示：
MSC虚拟试验平台技术方案
MSC虚拟试验平台技术方案 1前言 1.1背景 十六大以来，我国的发展战略是工业化和信息化融合。针对装备制造业，就是工业化与信息化复合发展的战略。而虚拟试验技术在装备制造业信息化中占有举足轻重的作用，从某种意义上说，高技术含量的产品不是依靠设计或制造，而是靠着严格的试验和评定确认合格后才最终面世的。中航工业科技委科技研究部部长蔡小斌，在2011装备制造业信息化高峰论坛上指出，对于国防科技工业，“虚拟试验技术是国防科技先进工业技术的支柱之一，是国防科技工业基础能力的重要组成部分，决定着武器装备的研制水平和作战效率”。 1.2虚拟试验技术及其作用 虚拟现实试验是在长期积累的大量有关数据，如有关的动力学模型、各类三维模型的基础上，利用高性能计算机、网络环境、传感器或各种虚拟现实设备，建立能方便地进行人机交互的虚拟环境或虚实结合的环境，在此环境中对实体、物理样机或虚拟样机进行试验，用可视化的方法观察被视物体的性能及其相互间的关系，并对试验结果进行分析与研究。例如：虚拟风洞、虚拟发动机试车、虚拟试飞等。 从上述定义可以看出，虚拟试验的内涵主要涉及三方面内容：第一是试验手段，即试验所需仪器设备的虚拟；第二是试验对象的虚拟和仿真；第三是试验环境的虚拟和仿真。虚拟试验是虚拟现实结合的试验技术。在产品研制的不同阶段，构成虚拟试验的三方面虚实程度会发生变化。比如，在武器装备最初的要求确定和方案论证阶段，虚拟试验是开展试验的主要手段。由于尚无任何实物，用户和承包商根据军事需求建立装备模型，主要利用构造仿真手段在计算机上开展虚拟试验，确定装备的战技指标和选择最佳的保障方案，分析评估各种技术途径和备选方案的可能性，演示和评估关键子系统和部件的能力，为决策提供辅助支持；当装备采办进入系统研制和演示验证阶段（过去称工程与制造研制阶段）后，随着数据的不断积累，部件和分系统硬件的逐步增多，采用构造仿真和虚拟仿真（硬件在回路或人在回路仿真）相结合的方式开展虚拟试验成为主要手段，特别是在不可能进行重复的实物试验，却需要得到某些具有统计特性的总体技术指标时；或系统复杂，参试设备数量有限而实际系统不可能参与试验时，虚拟现实试验成为解决真实试验的这些瓶颈问题的重要工具，它可提供理想的仿真环境和系统性能响应的手段，帮助获得足够的性能统计和评价数据，加速型号的研制过程。 虚拟试验技术改变了传统的试验模式，改变了产品研发流程，如图1所示。
汽车CAE技术的新进展——虚拟试验场(VPG)技术
汽车CAE技术的新进展——虚拟试验场(VPG)技术 CAE技术在飞速发展，非线性软件功能有了很大的提高，计算机硬件也提供了足够的支持，所以CAE技术满足上述汽车现代设计要求是可能的。美国工程技术合作公司（ETA公司）推出的虚拟试验场技术（VIRTUAL PROVING GROUND ，以下简称VPG技术）即是针对上述要求发展的实用软件。 一、概述 现代汽车对结构设计提出了越来越高的要求，汽车结构分析已不满足于结构线性弹性分析。实际上汽车结构系统中大量存在非线性结构，例如发动机、驾驶室橡胶支承、悬挂大变形、零部件间连接的能量缓冲等。在产品要求精益设计的条件下，只应用线性分析普遍感到不足。产品开发要求CAE更多地考虑非线性影响。其次，汽车零部件结构分析的一个难点是分析载荷的不定因素，大量零部件结构实际所受到的载荷到底是多大，往往很难明确给出。对此过去往往应用对比分析法，但这越来越不适应越来越高的设计要求。第三，汽车产品设计已进入有限寿命设计阶段，这要求汽车在设计的使用期内，整车和零部件完好，不产生疲劳破坏，而达到使用期后（例如轿车一般设计寿命为八年），零部件尽可能多地达到损伤，以求产品轻量化，节约材料和节省能源。这也对CAE分析提出了使用真实载荷的要求。汽车整车性能，如舒适性、行驶操纵稳定性分析也不仅仅满足于结构刚性简化，还要求考虑结构变形刚度影响，进行整车非线性系统分析，以达到动态参数设计的目标。 CAE技术在飞速发展，非线性软件功能有了很大的提高，计算机硬件也提供了足够的支持，所以CAE技术满足上述汽车现代设计要求是可能的。美国工程技术合作公司（ETA公司）推出的虚拟试验场技术（VIRTUAL PROVING GROUND ，以下简称VPG技术）即是针对上述要求发展的实用软件。 二、VPG技术 VPG技术是汽车CAE技术领域中一个很有代表性的进展。 1．分析对象不再是分开的各个零部件，而是包括车身FEM模型、悬挂系（弹簧、减振器、动力控制臂）、转向梯形、车轮轮胎等整车非线性系统模型。这样，车身和悬挂系统与转向系统间难以明确的作用力关系已包含在分析模型之内。如图1所示。
虚拟仿真实验技术材料文件
虚拟仿真实验解决方案 上海华一风景观艺术工程有限公司 2017年8月
目录 第一章需求分析 (2) 一、项目背景 (2) 二、实验教学现状 (3) 三、用户需求 (3) 第二章建设原则 (5) 一、建设目标 (5) 二、建设原则 (6) 第三章系统总体解决方案 (7) 一、总体架构 (7) 二、学科简介 (8) 第四章产品优势 (14) 第五章产品服务 (16) 一、服务方式 (16) 二、服务内容 (16) 三、故障响应服务流程 (17) 四、故障定义 (18) 五、故障响应时间 (18) 六、故障处理流程 (19) 七、应急预案 (19)
第一章需求分析 一、项目背景 《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010－2020年）》明确指出：把教育信息化纳入国家信息化发展整体战略，超前部署教育信息网络。到2020年，基本建成覆盖城乡各级各类学校的教育信息化体系，促进教育内容、教学手段和方法现代化。加强优质教育资源开发与应用，建立数字图书馆和虚拟实验室。鼓励企业和社会机构根据教育教学改革方向和师生教学需求，开发一批专业化教学应用工具软件，并通过教育资源平台提供资源服务，推广普及应用。 在“十三五规划”方针政策指引下，各地陆续出台政策，强调数理化实验教学的重要性。 2016年，北京公布了中高考的新方案，强调义务教育阶段所有科目都设为100分，表示它们在义务教育与学生成长中同等重要，不再人为去区分主次，使学校、老师、家长、社会对每一门学科都很重重视，其中物生化实验部分占分比例为30%，高考不再文理分科。 继北京重磅发布此消息后，河南教育厅发布《关于2016年普通高中招生工作的意见》，其中明确要求理化生实验操作考试满分为30分；安徽省初中毕业升学理化实验操作考试分数为15分，考试成绩计入考生中考录取总分；山西省理化实验操作10分。
天基空间目标探测技术探讨
收稿日期:2005-06-01; 收修改稿日期:2005-09-07 天基空间目标探测技术探讨 谭莹 (武汉大学电子信息学院,武汉430079) 摘 要 天基空间目标探测系统可以在太空中近距离地对空间目标进行监视、跟踪和 识别,因而成为当前研究的热点。文章分析了国内外天基空间目标探测技术研究概况,对其发展趋势进行了探讨。 主题词 空间目标 天基监视跟踪系统 探测 1 引 言 目前国际上使用的空间目标的观测设备主要都是地面设备。地面观测设备由于不受体积和质量等限制,可以采用大口径天线来得到很高的空间分辨率,以及以很大的发射功率来获得很远的观测距离,所以仍然是目前空间目标观测的有力武器。但是地面设备也有其局限性,除了受仪器本身发展的限制外,观测过程中还受到大气传播抖动、蒙气差、电离闪烁等因素的影响,而且观测信号在大气中的衰减使其频率只能在较低的频率范围内选择,使得对小尺度的目标以及目标细节的观测受到限制。目前对于中小尺度的空间碎片在地面观测还是盲区,利用天基观测设备则可以有效地解决这些问题。而且对于高轨道上的空间目标的观测,利用天基探测设备更加有效,特别是对于对地观测有重要意义的地球同步轨道。随着微小卫星技术的发展,灵活多样的小卫星也为天基探测在大范围开展提供了支持,降低了天基观测的门槛[1]。 下面介绍国内外天基空间目标探测技术研究概况。 2 天基空间目标监视系统发展现状 为了克服地基系统的各种缺点,美国等航天大国部署了天基空间目标监视系统[2,3] 。该系统包 括一个专用天基传感器。它被称为天基可视传感器(S BV ,Space Based V isible )[4]。S BV 传感器在 1996年由弹道导弹防御组织(BMDO ,Ballistic m issile Defense Office )发射的中程空间实验(MSX,M id 2course Space Ex peri m ent )卫星运送至轨道。MSX 卫星的遥感器波长为016 μm ～26μm ,覆盖紫外到超长波红外谱段,另外还装有CCD 可见光遥感器。该卫星发射于1996年,用于跟踪导弹,完成原定使命后被用来加强“地基空间侦察系统”。 图1是安装在MSX 卫星上的天基可见光传感器,这是第一个天基空间探测传感器,由美国麻省理工学院林肯实验室设计和完成[5～10]。 美国正在研制的天基空间目标监视(S BSS,Space 2Based Space Surveillance )系统是美国为提高对空间目标监视、跟踪和识别能力,增强对空间战场态势的实时感知能力而研制的支持空间型天战武器装备。美国希望S BV 能够坚持到第一颗S BSS 卫星开始在太空中运转。5 2006年第3期 空间电子技术S PAC E ELEC TRON I C TECHNOLO GY
四旋翼飞行器基本原理
四旋翼飞行器无刷直流电机调速系统的设计 孟磊，蒋宏，罗俊，钟疏桐 武汉理工大学自动化学院、武汉理工大学信息工程学院 摘要，关键字：略 近年来，无人机的研究和应用广泛受到各个方面的重视。四旋翼飞行器作为无人机的一种，能够垂直起落、空中悬停、可适用于各种飞行速度与飞行剖面，具有灵活度高、安全性好的特点，适用于警务监控、新闻摄影、火场指挥、交通管理、地质灾害调查、管线巡航等领域实现空中时时移动监控。 四旋翼飞行器的动力来源是无刷直流电机，因此针对该型无刷直流电机的调速系统对飞行器的性能起着决定性的作用。为了提高四旋翼飞行器的性能，本文设计制作了飞行试验平台，完成了直流无刷电机无感调速系统的硬件、软件设计。通过实验证明该系统的设计是可行的。 四旋翼飞行器平台结构 四旋翼平台呈十字形交叉，有四个独立电机驱动螺旋桨组成。当飞行器工作时，平台中心对角的螺旋桨转向相同，相邻的螺旋桨转向相反同时增加减少四个螺旋桨的速度，飞行器就垂直上下运动；相反的改变中心对角的螺旋桨速度，可以产生滚动、俯仰等运动。结构图如下： 四旋翼飞行器的控制系统分为两个部分：飞行控制系统和无刷直流电机调速系统。飞行控制系统通过IMU惯性测量单位（由陀螺传感器和加速度传感器组成）检测飞行姿态，通过无线通讯模块与地面遥控器通信。4个无刷直流电机调速系统通过I2C总线与飞行控制器通信，通过改变4个无刷直流电机的转速来改变飞行姿态，系统采用12V电池供电。控制系统结构图如下：
无刷直流电机调速系统 无刷直流电动机既具有运行效率高、调速性能好，同时又具有交流电动机结构简单、运行可靠、维护方便的优点，是电机主要发展方向之一，现已成功运用与军事、航空、计算机数控机床、机器人、电动自行车等多个领域。在该四旋翼飞行器上使用了新西达2217外转子式无刷直流电机，其结构为12绕组7对磁极，典型KV值为1400. 通常无刷直流电机的控制方式分为有位置传感器控制方式和无位置传感器控制方式。有位置传感器控制方式通过再定子上安装电磁式、光电式或者磁敏式位置传感器来检测转子的位置，为驱动电路提供转向信息。无位置传感器的控制方式有很多，包括磁链计算法‘反电动势法、状态观测器法、电感法等。在各种无位置传感器控制方法中，反电动势法是目前技术最为成熟的、应用最为广泛的一种位置检测方法。本系统采用的饭店董事过零检测法是反电动势法中的一种，通过检测各相绕组反电动势的过零点来判断转子的位置。根据无刷直流电机的特性，电机的最佳转向时刻是想反电动势过零点延迟30电角度的时刻，而该延迟的电角度对应的时间可以有两次过零点时间间隔计算得到。 无刷直流电机调速系统硬件设计 该无刷直流电机调速系统有三相全桥驱动电路、反电势过零电路、电流电压检测电路组成电机驱动器。使用一片ATmega8单片机作为控制器，该单片机内部集成了8kB的flash，最多具有23个可编程的I/O口，输出时为推挽结构输出，驱动能力较强。片上集成了AD 转换器、模拟比较器、通用定时器、可编程计数器等资源。 三相全桥驱动电路利用功率型MOS管作为开关器件，选用P型MOS管FD6637与N型MOS管FD6635搭配使用，设计容量为允许通过的最大电流为30A。FD6637的开关利用三极管9013进行驱动、FD6635的开关直接用单片机的I/O口进行驱动。电路如图3所示。通过R17、R19、R25来减少下管FDD6635的栅极充电电流峰值，防止震荡并保护MOS管；R16、R23、R24作为下拉电阻，保证下关的正常导通与关断；R2、R5、R8作为上管栅极上拉电阻，阻值选择470Ω，既保证了MOS管的开关速率不降低，同时也防止三极管Ic电流过大。A+、B+、C+提供驱动桥的上桥臂的栅极导通信号，分别通过ATmega8的三个硬件PWM通道驱动，通过改变PWM信号的占空比来实现电机调速；A-、B-、C-提供下桥臂栅极驱动信号，由单片机的I/O口控制，只有导通和关闭两种状态。
模拟电子技术实验报告
模拟电子技术基础实验 实验报告
目录 一、共射放大电路 二、集成运算放大器 三、RC正弦波振荡器 四、方波发生器 五、多级负反馈放大电路 六、有源滤波器 七、复合信号发生器
一、共射放大电路 1.实验目的 (1)掌握用Multisim 13仿真软件分析单极放大电路主要性能指标的方法。 (2)熟悉常用电子仪器的使用方法，熟悉基本电子元器件的作用。 (3)学会并熟悉“先静态后动态”的电子线路的基本调试方法。 (4)分析静态工作点对放大器性能的影响，学会调试放大器的静态工作点。 (5)掌握放大器电压放大倍数、输入电阻、输出电阻及最大不失真输出电压的测试方法。 (6)测量放大电路的频率特性。 2.实验器材 （1）双路直流稳压电源一台； （2）函数信号发生器一台； （3）示波器一台； （4）毫伏表一台； （5）万用表一台； （6）三极管一个； （7）电阻电位器； （8）模拟电路实验箱； 3.实验原理及电路 实验电路如下图所示，采用基极固定分压式偏置电路。电路在接通直 流电源Vcc而未加入输入信号（Vi=0）时，三极管三个极电压和电流称为 静态工作点。 根据
当滑动变阻器R7设置为11%时，有最大不失真电压。 静态工作点测量 将交流电源置零，用万用表测量静态工作点。
1.Q点过低——信号进入截止区 2.Q点过高——信号进入饱和区 二、集成运算放大器 1.实验目的 (1)加深对集成运算放大器的基本应用电路和性能参数的理解。 (2)了解集成运算放大器的特点，掌握集成运算放大器的正确使用方法和基本应用电路。 (3) 掌握由运算放大器组成的比例、加法、减法、积分和微分等基本运算电路的功能。 (4)进一步熟悉仿真软件的使用。 2.实验原理 集成运放是一种具有高电压放大倍数的直接耦合器件。当外部接入有不同的线性或非线性元器件组成的输入负反馈电路时，可以灵活的实现各种函数关系，在线性应用方面，可组成加法、减法、比例。积分、微分、对数等模拟运算电路。 在大多数情况下，将运放视为理想的，即在一般讨论中，以下三条基本结论 是普遍使用的：
高大空间火灾探测及灭火新技术详细版
文件编号：GD/FS-6341 （解决方案范本系列） 高大空间火灾探测及灭火 新技术详细版 A Specific Measure To Solve A Certain Problem, The Process Includes Determining The Problem Object And Influence Scope, Analyzing The Problem, Cost Planning, And Finally Implementing. 编辑：_________________ 单位：_________________ 日期：_________________
高大空间火灾探测及灭火新技术详 细版 提示语：本解决方案文件适合使用于对某一问题，或行业提出的一个解决问题的具体措施，过程包含确定问题对象和影响范围，分析问题，提出解决问题的办法和建议，成本规划和可行性分析，最后执行。，文档所展示内容即为所得，可在下载完成后直接进行编辑。 随着社会经济的迅速发展, 高大空间建筑物比比皆是。但近几年来高大空间建筑连续发生数起群死群伤的特大火灾事故, 消防设计满足不了高大空间建筑要求。尤其是目前众多的大型影剧院、会议展览中心、体育馆、仓库、纺织行业等, 其建筑结构特殊、防火分区过大, 设施复杂, 火灾隐患颇多。一旦发生火灾不能及早发现和有效扑救灭火, 这不仅给消防救援带来巨大的压力和困难, 同时也将造成巨大的经济损失和社会影响, 甚至还会造成人员伤亡。因此, 完善高大空间建筑物的消防设施, 合理设计这些高大空间的火灾自动报警系统及灭火系统是十分必要的, 而
四轴飞行器知识简介
四轴飞行器知识 什么是四轴飞行器？ 四轴飞行器也叫四旋翼飞行器。通俗点说就是拥有四个独立动力旋翼 的飞行器，有四个旋翼来悬停、维持姿态及平飞。四轴飞行器是多轴 飞行器其中的一种，常见的多轴飞行器有两轴，三轴，四轴，六轴， 八轴或者更多轴。 四轴飞行器飞行原理 重心的距离相等, 当对角两个轴产生的升力相同时能够保证力矩的 平衡, 四轴不会向任何一个四轴飞行器有四个电机呈十字形排列, 驱动四片桨旋转产生推力; 四个电机轴距几何中方向倾转; 而四个 电机一对正转,一对反转的方式使得绕竖直轴方向旋转的反扭矩平衡, 保证了四轴航向的稳定. 此飞行控制板规定四轴电机的排布方式相 对应。1,4号电机顺时针方向旋转, 2,3号电机逆时针方向旋转. 四个电机的转速做相应的变化即可实现四轴横向、纵向、竖直方向 和偏航方向上的运动: 当四轴需要向前方运动时, 2,3号电机 保持转速不变, 1号电机转速下降, 4号电机转速上升, 此时4号电 机产生的升力大于1号电机的升力, 四轴就会沿几何中心向前倾转, 桨叶升力沿纵向的分力驱动四轴向前运动. 当四轴要转向左转 向时, 1,4号电机转速上升, 2,3号电机转速下降, 使向左的反扭距 大于向右的反扭矩, 四轴在反扭距的作用下向左旋转.四个桨产生的 推力, 超过或者低于四轴本身重力的时候能够实现竖直方向上升与 下降的运动, 当桨的升力与四轴本身的重力相等的时候即实现悬停。
其他方式的运动原理与以上过程类似. 四轴飞行原理虽然简单, 但实现起来还需很多工作要做. 四轴飞行器需要的零件 无刷电机（4个）、电子调速器（简称电调，4个，）、螺旋桨（4个，需要2个正浆，2个反浆）、飞行控制板（常见有瑞伯达、KK等品牌）、电池（11.1v航模动力电池）、遥控器（最低四通道遥控器）、机架（非必选）、充电器(尽量选择平衡充电器) 怎样知道是否能正常起飞？ 一切准备完毕，怎么知道可以试飞了呢，我个人建议为了避免匆忙上马，秒炸。先拿手上试飞比较好，但要注意离身体距离。 拿手上通电，加油门，如果一切正常，四轴是不会大幅度的晃动的，而是比较平稳。还可以故意左右晃动一下，会感觉到四轴保持平衡的反力量，只要达到这个效果，就基本达到了试飞的条件。RBD飞控我复位了好几次，只要没有意外，是基本都能成功的。 试飞场地建议选宽阔的地方，建议是草坪，这样的不容甩坏。 马达选择有刷马达，原因很简单，要需要复杂的电调，直接用MOS 管就可以驱动了。而且响应速度又快，价格也便宜。也可以选择减速组配高转速马达。只是成本高了点。而且实际的测试结果是马达里面火化直冒也无法将四轴自身拉离地面。原因就是马达转速和减速组搭配不合理，转速过快但拉力不够。经历过失败后，决定不在冒险，于是选择了大众配置：瑞伯达 2212，1000KV外转子无刷马达，瑞伯达30A电调（好赢兼容的程序），在解决了如何安装的问题后，终于可