科创探空火箭专题之二:落点预测软件初步设计任务
虎哥2011/05/09软件综合 IP:四川
本任务属于基础任务,将服务于“玉兔号”、“万户号”、“科创号”探空火箭。

有关探空火箭计划,请见https://www.kechuang.org/t/33334

任务描述:

探空火箭必须回收研究。近日进行的“玉兔号”火箭验证性试验中,火箭飞行高度远高于3千米,肉眼完全不可见,在可视范围内没有看到任何残骸落下,回收没有成功。

为了提高回收成功率,需要对火箭落点进行预测。

因“玉兔号”阶段,火箭上不载电子设备,因此,需要进行轨迹预测。在以后的阶段,即使火箭上载定位设备,仍有较大可能不能全程接收位置报告,例如当火箭降到一定高度,可能测量站就收不到了,因此最终落点仍需预测。

目前能提供的条件是:

在发射前半小时,放一次测风气球,以测风经纬仪进行跟踪,按每固定时间分层测定高空风向、风速(方位角、速度,如果有云,测到看不到气球为止,其余数据以最近的气象台报告的数据为准)。火箭发射时垂直,末段伞降,有发射点经纬度;可以给出预计飞行高度的范围;可以给出火箭在发射后若干时间(比如5秒,根据云底高度而定)的经纬度(现场光学观测,三点提供方位角、仰角,计算软件任务另拟)。其他需要的数据请根据下文要求提出。

需要的结果是:根据数据计算火箭落点(经纬度)的范围;提升:画出落点概率椭圆。

请大家对软件方案进行初步设计,任务要求是:明确指出还需要什么数据,基本计算方法,软件架构的初步设计。

以需要其他数据最少,且可以比较容易的获取;编程较为简捷,易实现为佳。提升:初步制定数据通信协议,绘制概率椭圆。

提出合理方案,有100~5000KCB加分奖励。

(本任务不需具体编程,实际上是要大家撰写程序设计任务书)

注:这是第一个技术任务发布帖,这种发布方式不一定最佳,仅起试点作用,希望大家积极参与。提升管理水平有时比提升技术重要。关于科创火箭研发的组织方式,任务的管理流程等,大家可以在这里提出建议。
来自:计算机科学 / 软件综合
19
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~~空空如也
vocal@ルカ
13年1个月前 IP:未同步
293703
用单片机搞个信标台 (2.4G脉冲发设)搞最后定位(还可以在末端火药里加入彩色烟饼)
用廉价红色激光搞成对射传感器 摆成#号搞几层 用于测量偏差量
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拔刀斋
13年1个月前 IP:未同步
293704
达到3千米以上的射高非常出色,可以认为不带电子设备的验证性试验已经圆满完成。
如果有测风气球和相应的通讯频道、跟踪设备可用,可以考虑下一步将测风气球的仪器转化为箭载。
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jetliao
13年1个月前 IP:未同步
293710
如果不在火箭上搭载电子设备的话,那么需要在天气能见度很高的情况下拉烟,也就是弹头装拉烟剂,至于光电跟踪或者雷达跟踪都是难度太高的。
如果搭载信号发射器,那么可以采用三角测位法,就是将3个高灵敏度的接收机等边三角形放置,然后三角形中心发射火箭。需要注意的是一个信号发生器的频率稳定性,最好是脉冲,并且功率足够。还有一个就是接收机灵敏度和时钟精确性。
算法里,理论上,应该每个接收机接收到的信号脉冲数量一致的,所以计算脉冲间隔差就可以得出速度与高度信息。有了末端速度高度,落点就可以得出。然后根据系统总误差可以得出落点圆。
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jrcsh
13年1个月前 IP:未同步
293712
能用雷达不.......................
现在想得到的几个数据: 重力 、地球自转、风力、。


如果在 箭头安放个 1~3W 的高亮LED.......是否能提高可见度  (还能用相机开长爆光拍到飞行轨迹)
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我说要有光
13年1个月前 IP:未同步
293739
希望能得到流体力学方面的技术支援
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拔刀斋
13年1个月前 IP:未同步
293750
发现即使有跟踪仪器还是要在发射前测风确定能不能发射,免得掉太远
回去补习《非导火箭飞行原理》
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litianyue
13年1个月前 IP:未同步
293785
我想知道末端风阻与侧面的投影面积,降落伞的阻力,末端质量,行的话升空时的速度也要(虽说升空时的位移应该可以忽略不计),还有的容我想想
初三作业多,压力大,没办法
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litianyue
13年1个月前 IP:未同步
293786
回 4楼(jrcsh) 的帖子
兄弟,地球自转可以忽略不计吧,这火箭又不到亚轨道级的(排场有点。。。。)

再补充几个:发射时质量,发动机推力
这些都可以在地面上测好吧,再按力去算,余下的就是概率问题了
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zhaokenb
13年1个月前 IP:未同步
293798
1、利用电子设备的条件下
我对电子技术不是很懂,所以经常搞点“拿来主义”
我的建议是使用大功率的模型飞机的遥控器进行改装(使之不断地发送信号,去除遥控器盒子,对电路板进行加固,充入树脂覆盖整块电路板,避免由于大过载造成元件脱落),使用6节纽扣电池(总重不超过400g),而且价格较低廉,例如火鸟403的遥控器价格约80元,如果有条件的可以在本市内,寻找航模训练队,他们飞机飞丢后(经常发生的),遥控器有大量剩余,可以商讨一下大量低价收购,然后KC里的同志自己做一个无线电定向接受器应该不是问题(如果不行的话,淘宝上买一个也可以)然后完成调频即可,发射完成后,只需要搜寻信号源即可快速找到
2、若不采用电子设备,可以在地面用一些简易风力设备(多级电风扇),在测定风速,并完全展开降落伞(可以用一些如吹风机之类的设备作为鼓气机竖直吹,展开降落伞)的条件下,测定火箭空气阻力的k值,而且火箭的尾翼应该为8片尾翼,避免由于旋转造成k的变化,而且测定整个竖直方向上空气阻力,并计算出最终的进入匀速直线运动的临界速度,然后应选择风力约1至5级左右的天气,并且制作一个简易测定风速的设备,具体风力测速我有一个方法,如下:
我在淘宝上看到过数显风力仪,价格100元左右,可以将其安装在氢气球下方,相信KC的电子技术高手有能力将相应的数据从百米高空传到地面(甚至可以通过手机摄像头和3G进行数据的传输),并悬挂飘带,测定风向
然后由于风速并不是很大,并不需要f=kv2这样适用于高速物体的公式,但也不需要f=kv这样适用于低速的公式,我个人以为应取1.2到1.7次方左右进行一下平衡(具体数值可以咨询一下学习流体阻力的KCer,我这个是属于凭感觉估算),然后通过前一次发射的高度并结合之前测定的临界速度,并全程可视为由临界速度下落,进行估算下落时间,并计算在下落时间内水平风对火箭的做功情况,大致估算出位移(而且还是偏大的),便于寻找
倘若技术上可以实现风速的回传,则可通过电脑对实时空气阻力进行积分,更精确的计算出火箭的水平位移
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litianyue
13年1个月前 IP:未同步
293960
初步想法:弄一到两个摄像头,末端下降时拉烟,根据一定长度烟的轨迹,估算下落轨迹,摄像头仰角估算高度,综合一下,就神马都算得出来了。
两个摄像头为了所谓的三维视角[s:243]
应该行吧
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hefanghua
13年1个月前 IP:未同步
295511
回 10楼(litianyue) 的帖子
1. 人家不可能一开始就玩高速的,一般都是滑翔类,再加上一般都有GPS的,所以飞丢的可能性较小。即使丢了,遥控器仍可重复使用。想捡便宜的思想就免了。一般遥控器都很大个,直接改成移动式的不好。
2. 不止要算风速和空气阻力,推力也得算进去。你说的“匀速直线运动”不大可能有这个运动过程,因为入轨前一直做匀加速。
3. 火箭的加速度太大了,极易跟丢,等你用摄像头去找时已经没影了,对焦不好的更加麻烦(主要指自动对焦的机子)。看到的烟也已飘远。如果加速度不太大可以考虑下电动跟踪,接下来就是想办法提高精度与跟踪速度的事。
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ltl
13年1个月前 IP:未同步
295518
用高精度时钟对地面上的三角信标以及箭载设备进行同步后通过接受箭载无线脉冲信号算出收发时差进而进行算出距离得到定位数据,这样的定位至少能做到100m高度以上有效,精度应该是百米级别的,如果超低空无法精确定位可以依赖最后定位的位置半径300~500m内搜索,如果场地空旷则肉眼可见,当然,建议加上短时间大功率警报、橙色烟雾、闪光等(手机的小氙气不错)

还有个建议,就是可以使用500mW 808nm的激光配以重锤悬在火箭内的某舱中,开伞后开始发射激光,如果不明显则加上红外滤镜观测,相信效果会很不错
+200
科创币
虎哥
2011-05-18
光学示踪的创意不错。
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zhaokenb
13年1个月前 IP:未同步
295604
回 11楼(hefanghua) 的帖子
是我没有表达清楚,我说的匀速直线运动是指发动机停止工作后,火箭开伞后下落的过程是匀速直线运动
顺便说一些,关于向航模队回收遥控器是非常可行的,尤其是向当地业余搞航模的小学,因为像火鸟403这样的400块左右级别的,没有你说的GPS,风一大就飞丢了,我小学的时候,老师那里飞机一共就只有6架,遥控器就有二十多个(我贡献了两个)[s:245]
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jrcsh
13年1个月前 IP:未同步
295607
从0515的实验来看 飘不出多近  特别是壳体有载重时  

现在可以看到的数据  风速,重量(火箭壳体及负载),与风向的甲角
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虎哥作者
13年1个月前 IP:未同步
295616
测风速的办法是放自由气球,用测风经纬仪不断的测定气球的位置,计算出风速。
气球上没必要携带任何风速测量装置,高空气象台也只是携带雷达应答机而已。气球的空速=0,地速=风速,携带测风装置是没意义的。
火箭的尾翼当增加到4片以上时,稳定作用的增加就很缓慢,增加到8片,稳定作用只增加30%左右,而空气阻力增加1倍以上。所以尾翼以3、4片为宜,最多不超过6片。
希望大家考虑一下这个数学模型该怎么建,因为现在要哪些参数都还没定论。
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拔刀斋
13年1个月前 IP:未同步
295633
风向标效应影响较大,火箭会向风来的方向偏转,严重时甚至变成顶风平飞。
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jrcsh
13年1个月前 IP:未同步
295642
在加多一个说明   地面低压区与高空区的风向 风速~~~有比大出入  

但是 这个数据主要用于 降落伞时才起到重要的偏移作用   如果先让 壳体在空中.....飘伙    计算好开降落伞的用时 。在离地面 多少距离在打开这样会更好控制着地点 面不会受风向这个因数的太大影响



我在花点时间去分析录象上的数据 给大家参考一下  不过公式可能会套错算错 大家~~~多多指导了
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小俊
13年1个月前 IP:未同步
295719
根据箭载传感器(加速计、陀螺仪、地磁计)的数据,直接计算大致落点。
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