阈值阵列系统中TCM编译码的随机共振现象

为了进一步降低网格编码调制(TCM)信号在接收端的误码率(BER),提高TCM码的译码性能。采用了一种离散的多阈值阵列系统与维特比译码器相结合的系统。并经过理论推导出阈值阵列系统输出端信号和TCM编码信号之间的互信息;同时通过仿真实验,分析了误码率的变化情况;并对两种不同测度下的变化情况进行了对比。理论分析表明,在适当噪声条件下,使信号无损传输到译码端;仿真实验也表明,在适当的噪声强度阈值阵列单元数量和噪声强度条件下,误码率会得到大幅度的降低。对比两种测度下的随机共振现象(SR),发现随机共振的存在性与测度有关。理论分析和仿真实验都表明,在该系统中适当的噪声能够显著提高互信息,降低误码率;随着阈值单元数的增加,这种效果也越发明显。     

基于MUBF算法的微机械陀螺输出降噪方法

针对微机械(micro electro mechanical system, MEMS)陀螺输出漂移不确定性,提出采用最小上限滤波(minimum upper-bound filter, MUBF)算法实现MEMS陀螺输出信号降噪处理,该算法将漂移看作陀螺输出信号中的未知干扰,通过获取漂移变化方差上限,利用凸优化动态寻优得到角速率估计。相比卡尔曼滤波算法(Kalman filter, KF),MUBF算法可以在陀螺输出漂移模型未知的情况下工作,弱化陀螺信号降噪处理条件。陀螺静态和动态实验结果表明:MUBF算法能够有效降低陀螺噪声且优于KF算法降噪效果,该算法为MEMS陀螺降噪研究提供新思路。     

数字闭环光纤陀螺建模与仿真研究

建立了数字闭环光纤陀螺的动态模型和随机模型。通过合理的近似,非线性动态模型简化为线性离散模型。设计了闭环数字控制算法,对光纤陀螺的动态响应进行了仿真。在随机建模中,运用不同的随机过程来模拟各种随机噪声,采用正交小波变换的方法来模拟1/f噪声,用白噪声一次离散积分的方法来模拟速率随机游走噪声,用一阶马尔可夫过程或指数相关随机序列来模拟指数相关噪声。进行了随机仿真,并用功率谱密度和Allan方差分析的方法对随机模型和仿真结果的有效性进行了验证。     

基于稳定分布模型的自适应阵列信号处理新方法

传统方法常对阵列信号处理所研究的噪声采用高斯分布的模型进行描述,但当噪声存在显著的尖峰时,往往不能得到满意的结果。利用稳定分布建模实际中所遇到的具有较大脉冲特性的随机噪声,综述了稳定分布模型下的信源定位、波达方向估计、波束形成等阵列信号处理方法,并利用分数低阶统计量提出了几种较有韧性的阵列信号处理新方法。仿真表明它们在高斯和低阶α稳定分布噪声条件下,具有良好韧性与有效性。     

α稳定分布噪声下基于FHN模型的UWB-IR信号检测

针对传统FitzHugh-Nagumo (FHN)模型检测方法在α稳定分布噪声条件下检测性能退化的问题,在α稳定分布的统计特性基础上,将三倍分散系数异常值剔除准则引入FHN模型检测方法,提出基于三倍分散系数FHN模型的超宽带冲激无线电(ultra wideband-impulse radio, UWB-IR)检测方法。此外,对传统三倍分散系数准则进行改进,使用样本分位数法对α稳定分布参数进行估计,避免了传统三倍分散系数准则对α稳定分布参数先验信息的依赖,使其适合全盲条件下的UWB-IR信号检测。仿真实验表明,该算法能有效抑制α稳定分布噪声中的强脉冲,可较好地重构UWB-IR信号波形,实现了强α稳定分布噪声条件下UWB-IR信号的有效检测。     

光纤陀螺温度和标度因数非线性误差建模研究

分析了开环光纤陀螺(O-FOG)的温度和非线性特性,以时间、温度和输入角速率为参量得到O-FOG的温度和标度因数非线性误差的混合模型,并设计了一种能够同时辨识这些参数的实验方法和数据处理方法,通过大量温度速率实验,辨识出O-FOG的温度和非线性混合模型,利用该模型对陀螺进行补偿验证,结果表明,补偿后的O-FOG克服了温度和非线性对其测量精度的影响,使它在全温度和全速率下的测量精度得到了极大提高,证明了该方法的可行性。     

量子定位中精跟踪系统状态滤波及控制器设计

量子定位系统中精跟踪系统的跟踪精度是高精度定位的前提。针对卫星平台抖动以及工作环境噪声对量子定位系统跟踪精度的影响,建立了带有卫星平台振动信号模型以及有色噪声信号的精跟踪系统模型;设计了自适应强跟踪卡尔曼滤波器(adaptive strong tracking Kalman filter,ASTKF)算法,对状态扰动和输出噪声进行在线估计;并设计ASTKF对精跟踪系统进行闭环跟踪控制。在系统仿真实验中,对ASTKF进行了数值设计;对带有滤波器和比例积分微分(proportion integration differentiation,PID)控制器的精跟踪系统的控制性能,与仅采用PID控制方法以及采用自抗扰控制方法进行了性能对比实验。结果表明:采用带有所提出的ASTKF的PID控制的跟踪精度相较PID及自抗扰控制精度均有明显提高,可以达到量子定位的精跟踪系统对跟踪精度±2 μrad的要求。     

多传感器信息融合ARMA信号Wiener滤波器

应用现代时间序列分析方法,基于自回归滑动平均(autoregressive moving average,ARMA)新息模型和增广的状态空间模型,在线性最小方差按标量加权最优融合规则下,对带白色和有色观测噪声的单通道ARMA信号,提出了多传感器最优分布式融合Wiener滤波器。给出了计算局部滤波器误差方差和互协方差的公式,它们可被用于计算最优加权系数。同单传感器情形相比,可提高融合滤波器的精度。一个带三传感器的跟踪系统的仿真例子说明其有效性。     

ARMA模型辨识及其在光纤陀螺漂移建模中的应用

针对含有噪声的时间序列模型辨识精度低的问题,采用自回归函数的衰减正弦曲线方法估计含有噪声的ARMA模型系统参数,AR参数从衰减正弦曲线直接获得,MA参数估计采用相关匹配技术.仿真结果表明,时于具有不同信噪比噪声干扰的系统,该算法具有良好的收敛性和准确性.在此基础上,将该方法应用到光纤陀螺漂移误差建模中,实验结果表明,采用该算法所确定的模型能够精确的反应光纤陀螺的漂移趋势.     

基于盲分离的卫星MIMO系统接收技术研究

针对卫星MIMO(Multi-Input Multi-Output)通信系统,提出采用盲分离的思路对各卫星信号进行接收.考虑到盲分离性能易受噪声、混合矩阵病态性的影响,分析了噪声对接收性能影响最小时信道传输矩阵(即盲分离中的混合矩阵)应满足的条件,并给出了满足此条件的等距线阵的构建方式.通过计算机仿真分析了在此方式下,等距线阵的方位角、间距以及信号频率对盲分离接收的影响,最后得出对天线阵列建设具有一定指导意义的结论,为进一步进行实验奠定基础.     

MEMS陀螺仪冗余配置故障检测方法

针对姿态测量系统的可靠性问题,提出了一种冗余配置方式的微机电系统(micro-electro-mechanical system,MEMS)陀螺仪故障检测方法。首先,基于三轴MEMS陀螺仪研究了冗余配置的形式,给出了相应的故障评价函数,并给出了最优配置角度的计算方法;其次,根据冗余配置建立陀螺仪故障检测数学模型,设计了MEMS陀螺仪硬故障检测方法,并进一步证明了陀螺仪的软故障和陀螺仪输出噪声的相关性,通过最大似然估计给出了软故障检测判决函数;最后,利用自主构建的故障检测硬件平台进行了实验验证,成功实现了对发生硬故障及软故障陀螺仪敏感轴的检测。该方法将MEMS陀螺仪的冗余配置扩展到了敏感轴水平,提高了MEMS陀螺仪的数据利用率,增加了系统可靠性。     

具有扇区输入非线性的三轴MEMS陀螺仪鲁棒自适应控制

微机电系统(micro electro mechanic system, MEMS)陀螺仪在制造和应用过程中会受到系统参数不确定、外界干扰和力电换能器非线性效应的影响,降低MEMS陀螺仪的检测精度。提出一种基于增益自适应的滑模控制策略对MEMS陀螺仪3个轴向轨迹进行控制,采用一种基于时变死区技术的积分自适应律估计参数不确定和干扰的上界以避免估计发散,选择合适的控制律消除非线性扇区输入的影响,实现陀螺3个轴向的轨迹跟踪指定的参考运动,从而提高检测精度。最后利用Lyapunov直接法证明了闭环误差系统的渐近稳定性和所有信号的有界性。仿真结果表明了该策略的有效性。     

基于互补滤波器的MEMS/GPS/地磁组合导航系统

针对低成本、高性能、高可靠性导航系统的迫切需求,设计并实现了一种基于互补滤波器的微机电系统(micro electro mechanical system, MEMS)/全球定位系统(global positioning system, GPS)/地磁组合导航系统。通过精确地器件标定,提高了MEMS陀螺仪、加速度计输出数据的准确性;根据MEMS惯性导航系统解算的姿态角、速度、位置结果,结合GPS及地磁的输出,设计了组合导航系统;依据载体的运动状态,设计了自适应调整截止频率的互补滤波器数据融合方法,实现了组合导航系统的定姿定位;最后,对组合导航系统进行静态、动态测试试验,实际测试结果表明,组合导航系统能够达到较高的导航精度。     

硅MEMS陀螺动态误差建模及系统仿真

为了增强MEMS(Micro Electromechanical System)陀螺抗外部角运动干扰能力,利用欧拉动力学理论,采用解析法构建了动态误差数学模型,分析了各误差的物理起因及影响大小。通过系统误差标定、补偿试验,计算基于MEMS惯性器件的微小型捷联惯性导航系统的动态误差。采用仿真方法验证了该系统应用于反坦克弹的可行性。     

MEMS三轴陀螺仪中不匹配干扰抑制方法

微机电系统(micro electro mechanic system, MEMS)陀螺仪作为一类新型角速率传感器,其制造和应用过程中不可避免会受到不匹配干扰的影响,即速度项的测量过程中引入各种噪声,降低MEMS陀螺仪的检测精度。在滑模控制策略下提出一种基于辅助变量的非线性干扰观测器,对MEMS陀螺系统中存在的不匹配干扰进行实时估计,同时针对积分自适应切换增益发散问题,采用了一种避发散技术-死区技术。最后通过李雅普诺夫理论进行了系统稳定性分析。仿真结果表明,该策略实现了轴向轨迹跟踪,提高了陀螺仪的检测精度。     

微型三轴气浮台姿态确定系统设计

为建立现代小卫星的姿态确定仿真系统,在微型三轴气浮转台上设计了基于敏感元件组合"MEMS陀螺+倾角传感器"的姿态确定系统。首先,系统采用具有32位浮点运算能力的TMS320F28335为中心处理器,通过CAN总线实时采集低精度输出的MEMS陀螺仪角速度信息和较高精度输出的倾角传感器角度信息,然后用扩展卡尔曼滤波器实时处理角速度、角度信息,得到三轴气浮转台的姿态信息;最后通过数学仿真和物理仿真来验证三轴气浮转台姿态确定系统设计的合理性。实验结果表明,该系统能够滤除MEMS陀螺仪输出的漂移,提高转台角速度测量精度,其均方差由0.01516降低至0.005632;角度输出精度基本保持不变,其均方差约为0.001。这表明系统设计合理,能够提供较高精度的姿态信息,满足小卫星姿态确定系统仿真平台的要求。     

组网冗余MEMS惯性传感器网络优化配置与融合处理方法

针对单个惯性传感器精度与可靠性问题,提出了一种组网冗余微机电系统(micro-electro-mechanical system, MEMS)惯性传感网络优化配置与融合处理方法。首先,研究了多惯性传感器节点的空间配置形式,给出了网络观测模型。利用节点之间的最优化冗余配置策略,提升系统测量可靠性。在此基础上,进一步考虑MEMS陀螺仪和加速度计的安装误差对输出结果的影响,提出了相应的误差模型及校正算法。以随机游走为主要误差源,设计了新型的卡尔曼滤波方法,实现了冗余配置下的高精度导航信息解算。最后,采用自主构建的实验系统进行试验,证明所提出的融合方法能够有效降低陀螺仪和加速度计的随机游走误差。车载试验进一步证明了所提出的方法及系统的有效性。     

组网冗余MEMS惯性传感器网络优化配置与融合处理方法

针对单个惯性传感器精度与可靠性问题,提出了一种组网冗余微机电系统(micro-electro-mechanical system, MEMS)惯性传感网络优化配置与融合处理方法。首先,研究了多惯性传感器节点的空间配置形式,给出了网络观测模型。利用节点之间的最优化冗余配置策略,提升系统测量可靠性。在此基础上,进一步考虑MEMS陀螺仪和加速度计的安装误差对输出结果的影响,提出了相应的误差模型及校正算法。以随机游走为主要误差源,设计了新型的卡尔曼滤波方法,实现了冗余配置下的高精度导航信息解算。最后,采用自主构建的实验系统进行试验,证明所提出的融合方法能够有效降低陀螺仪和加速度计的随机游走误差。车载试验进一步证明了所提出的方法及系统的有效性。