经纬仪航向误差辅助判读技术在交会对接任务中的应用研究

交会对接海上测控任务时间长,测量船航向数据精度要求高,对作为测量船航向精度基准的标校经纬仪系统受天气的影响大、在海上风云变幻情况下,标校经纬仪测量电视经常出现无法正常获取航向误差数据的情况。针对上述问题,提出了两种新型航向误差辅助判读方法,为测量船高质量完成交会对接任务提供了有力保障。     

基于循环神经网络的船摇数据实时预测

航天测量船船体姿态数据实时预测具有重要的意义。论文针对测量船船摇运动建立了基于循环神经网络的预测模型,详细描述了适用于本文模型的船体姿态数据集构建以及预测模型的实现过程。在该模型的基础上,利用实测数据对船体姿态数据进行短时预测,并将预测结果与滤波方法进行了比较,实验结果验证了本文算法的有效性。     

基于模糊航向制导的AUV航迹控制方法研究

提出了基于模糊航向制导的水下机器人间接航迹控制方法，航向制导环采用模糊算法进行最优艏向实时解算，再以此艏向作为期望航向进行航向控制；为提高系统的鲁棒性和自适应性能，航向控制环采用滑模控制器，最终实现AUV的航迹跟踪，最后，根据此方法进行了航迹跟踪试验，结果表明模糊艏向解算器的航迹控制精度要大大高于PID艏向解算器，并且设计方法易于理解，便于工程设计和应用。     

一种面向船舶智能航行的海上目标实时跟踪算法

海上目标感知的准确性和实时性是实现船舶智能航行的前提和基础.为了满足以上要求,将有效卷积算子(ECO)引入海上船舶目标跟踪中.该算法以相关滤波为基础,响应最大值之处为目标船舶中心所在位置.获得中心位置之后,采用尺度滤波方法估计出船舶目标的最佳尺度,从而完成对目标当前帧的跟踪.利用因式分解卷积的方式分解卷积,降低数据维度,减少计算时间;采用高斯混合模型将样本分成不同类别,降低训练集样本冗余度;采用稀疏更新策略更新样本模型,防止过拟合问题.选取海洋环境下船舶不同运动场景作为实验样本,与几种常用跟踪算法对比,验证了ECO算法在海上船舶目标跟踪上的准确性和实时性.     

无人水面艇航向跟踪控制器的设计与验证

为解决"蓝信"号无人水面艇的航向跟踪控制问题,设计并实现了一种基于模糊自适应PID的无人水面艇航向跟踪控制器.首先,建立"蓝信"号无人水面艇的数学模型,利用实船操纵数据对其参数进行辨识;其次,在辨识的USV模型基础上,设计一种模糊自适应PID航向跟踪控制器并在干扰环境下进行仿真;最后,采用卡尔曼滤波算法对USV的姿态数据进行融合,设计并实现了"蓝信"号无人水面艇嵌入式航向跟踪控制系统的软硬件.实船验证结果表明,在实际的海洋环境干扰条件下,该航向跟踪控制器具有良好的动静态控制性能和抗干扰能力,可用于"蓝信"号无人水面艇精确和快速的航向跟踪控制.     

多特征融合的无人船视觉目标跟踪

针对海面光照变化、水花遮挡、水面倒影等耦合作用引起的无人船视觉目标跟踪漂移问题，提出一种基于多特征融合的尺度自适应相关滤波跟踪算法。通过多特征融合，增强了水面目标特征表达，避免了目标跟踪漂移。为减少环境干扰对跟踪目标外观描述的影响，设计尺度自适应跟踪滤波器，提升目标跟踪鲁棒性能。采用本文算法对多个代表性海上视频数据集进行验证，并与典型目标跟踪算法进行比较。结果表明，相较基于单一CN特征的跟踪算法，本文算法的平均重叠率提升23.63%、平均中心误差减少53.79个像素点。本文算法适用于处理由于海面环境剧烈变化、目标尺度变化导致的跟踪漂移问题，可为无人船作业自主性提供重要智能感知技术支持。     

航天测量船组合导航系统在某型号测控任务中的应用

分析了INS、ESGM、GNSS导航系统和测量船某型号测控任务的特点.分析了INS/ESGM/GNSS组合导航系统的优势.通过工程实际应用对测量船航向误差进行分析修正和补偿,测量船航向取得了很高的精度.该技术在航天测量船执行某型号测控任务中通过光电经纬仪航向校验,能长期有效地保证航向精度和系统的稳定性.对测量船成功完成某型号测控任务具有重大意义.     

太阳高度角对大气偏振模式航向解算误差影响分析

太阳子午线是大气偏振模式中重要的特征,可以将其作为导航的参考基准,从而获取其中所蕴含的重要导航信息;因此通过检测大气偏振模式中太阳子午线的位置,可以得到运动载体的二维航向信息。仿真实验结果表明,在不同太阳高度角时,太阳子午线的提取精度和航向解算精度都会受到影响。太阳高度角小于30°时,航向角误差维持在0.02°以内,在解算时可忽略;当太阳高度角在30°~60°时,航向角误差从0.02°开始缓慢增大为0.05°;当太阳高度角大于60°时,航向角误差急剧增大,最大可达0.1°以上;而当太阳高度角达到90°时,则完全不能进行航向测量。经过理论分析得出,当太阳高度角增大时,太阳子午线附近特征点分布区域会发散,在利用最小二乘法进行拟合时造成了误差。依据该分析可以在今后的航向解算时进行相应的误差补偿、优化算法以提高航向解算精度。     

某机载雷达对海目标航向解算及精度验证

本文主要论述了在某机载雷达中对海目标绝对航向航速的解算方法,并对可以提高航向航速解算精度的滑窗平滑方法进行了探讨,最后验证了绝对航向航速解算精度。     

基于船舶自动识别系统信息的目标跟踪

探讨了基于目标船舶舶自动识别系统播发的信息，采用目标船的呼号，船名和海上移动业务识别码的三参数静态信息，以及通过建立被跟踪目标的跟踪信息链表，对目标进行识别与跟踪的“三参数静态信息目标识别与跟踪法”，并对目标的录取，信息的存储方法等进行了讨论，利用其动态信息，完成对目标的距离与舷角、dDCPA与tTCPA，危险判断的计算方法以及跟踪算法流程 ，并进行计算机仿真，该方法相对于ARPA跟踪目标方法，具有易于识别，不易丢失目标，跟踪速度快，精度与可靠性高，方法简单等优点。     

基于逆推算法的非线性船舶航向跟踪控制器

针对线性Nomoto船舶运动模型航向改变操纵过程中，往往引起快速大的舵动，产生严重的水动力非线性的问题．基于逆推设计方法设计了非线性船舶航向跟踪控制器，并证明由其构成的闭环动态系统是全局指数渐近稳定的．对大连海事大学远洋实习船“育龙”号的仿真实验表明，所设计的船舶变航跟踪控制器是有效的．     

测姿GPS系统在测量船上的应用

针对测量船姿态确定方法中惯导航向存在误差累计、静电低纬度无法正常转导航、经纬仪受天气条件限制等问题,提出了依托GPS系统为基础的组合测姿技术。从基线矢量解算和姿态确定分别介绍船用测姿GPS系统的原理。最后通过实际应用数据精度对比,分析展望了船载测姿GPS系统的应用前景。     

基于模拟退火算法的船中剖面优化设计研究

将模拟退火算法技术应用于船中剖面优化设计，在图形环境中建立了船中剖面力学模型和优化模型，以船中剖面面积为目标函数，钢板厚度和型钢断面面积为设计变量，在强度和稳定性约束下进行优化，使优化后的船后剖面满足设计要求，算例结果表明结合模拟退火算法技术进行船中剖面优化是可行的，该法在初始设计阶段可用于船中剖面设计。     

惯性导航系统极区导航参数解算方法

针对惯性导航系统(INS)极区航向、速度误差增大和大圆航线航向角快速改变的问题,提出了一种INS极区导航参数解算方法.首先研究了极区INS误差抑制机制,构建了椭球面栅格航向基准模型,然后利用INS解算的导航参数信息,实现了栅格航向和栅格速度解算,最后完成了极区导航参数导航性能评估.理论分析和仿真结果表明,该方法计算简单,解算的导航参数有利于极区航行监控和航行绘算;栅格航向和速度精度明显优于地理航向和速度精度,可以满足极区载体航行需求,提高了INS极区导航性能.     

基于MLP方法的船舶大幅横摇近似解析解

具有一定精度的近似解析解可以将船舶横摇运动特征直接与船体参数相联系,便于分析船体参数对横摇运动及稳定性的影响.文中考虑阻尼力矩和恢复力矩的非线性建立了船舶在规则波中的横摇运动方程;为了克服弱非线性的局限性,采用改进的Lindstedt-Poincare(MLP)方法对横摇运动方程进行摄动求解,经细致推导得到精确至二阶的解析解(静水中)和精确至一阶的解析解(波浪中).最后对一目标船分别采用MLP和数值算法进行求解,验证了近似解析解的正确性.     

磁性套管中磁测斜仪误差建模分析

在利用磁测斜仪测量钻井方位角时,铁磁性套管会对放入其中的测斜仪产生磁屏蔽作用,严重影响了方位角的解算精度。针对该问题,利用ANSYS软件对磁测斜仪环境磁场进行仿真,从而建立磁测斜仪误差模型;并用牛顿迭代法对钻具方位角和套管磁屏蔽系数进行快速解算。最后针对该优化算法的误差校准效果进行数学仿真分析。仿真结果表明,相比于传统解算算法,该方法能够更准确地解算出钻井的方位角。同时,在存在随机白噪声干扰的情况下,当信噪比较低时可以通过多次测量求平均值来减小解算误差。     

基于线性拟合的多运动目标跟踪算法

提出了一种基于线性拟合的多运动目标跟踪算法.该算法首先利用新的DG_CENTRIST特征和颜色特征,进行似然计算;然后计算跟踪目标与当前帧目标的重合度,利用重合度进行目标度量和遮挡判断,当存在遮挡时,通过线性拟合来预测相互遮挡时目标的轨迹,对跟踪结果进行校正,实现多目标的正确跟踪.该算法具有很好的鲁棒性和稳定性,实验结果表明该方法能有效提高多目标跟踪的准确性.     

无人艇航迹跟踪控制系统设计与验证

针对复杂湖面环境干扰下的无人艇自主航行控制问题,设计了一种有效的无人艇航迹跟踪控制系统。该系统从航迹跟踪控制算法、数据融合处理、上位机监控三个部分展开设计。在算法设计层面,将航迹跟踪控制问题分为外环和内环两部分,外环部分提出了一种自适应视线(Line of sight,LOS）制导算法,以求解目标航向角作为航向控制器的输入;内环部分设计了无模型自适应PID航向控制器,以实现无人艇稳定的航行。在数据处理层面,采用卡尔曼滤波算法对传感器信息进行融合,实现了对无人艇位置和姿态信息的准确估计。在监控层面,设计了一种可视化上位机软件,实时监测无人艇航行状态,保证航行安全。最后,利用实艇进行湖测实验,验证了该控制系统的有效性,结果表明该系统具备在内湖执行任务的能力以及应对复杂环境干扰的能力。     

基于FCTP模型的Mean shift目标跟踪算法

为了解决目标跟踪过程中的定位偏差问题,本文提出Mean shift算法和拟合曲线轨迹预测模型（FCTP）相结合的目标跟踪算法。首先根据目标已知位置信息,从FCTP模型中选取最优拟合曲线来拟合目标运动轨迹,并得出目标预测位置;然后,利用跟踪窗口自适应的Mean shift算法在预测位置邻域内搜索目标最终位置。实验结果表明,该算法能有效地实现快速运动目标的预测跟踪,保证了跟踪精度。     

规则波中船舶操纵与垂荡、纵摇耦合运动模拟与特性分析

采用MMG分离模型的思路,在船舶六自由度操纵性运动方程中叠加波浪垂荡力和纵摇力矩,构成波浪中船舶操纵与垂荡、纵摇耦合动力学模型,用来模拟规则波中船舶操纵与垂荡、纵摇耦合运动特性。其中的波浪力由切片法计算,船舶航向保持采用PD控制模式。采用耦合动力学模型计算了某船在规则波中保持航向时的垂荡、纵摇运动,并与试验结果进行了比较。两者的幅频曲线形式上基本一致,间接证明了耦合动力学模型的有效性。进而采用该模型计算了该船在不同浪向角和航速下保持航向稳定的垂荡、纵摇运动,以垂荡、纵摇等值极坐标曲线形式表征了船舶规则波浪中操纵与垂荡、纵摇的耦合运动特性。