基于因子图协同定位辅助的单星定位方法

在诸如行星探测,战争损毁等导航星座拒止环境下,单星定位系统可以快速部署为目标提供定位支持,但单星定位系统较大的定轨误差导致定位误差较大。针对上述问题,提出了一种基于因子图协同定位辅助的单星定位方法。首先,通过多组卫星不同时刻的伪距差值构建定位双曲面为定位目标提供连续定位并减小卫星和接收机钟差的影响;其次,利用多个定位目标之间的高精度测距信息建立协作因子图,并利用该协作因子图辅助单星定位系统的定位结果,从而提高定位精度。将所提出的单星定位方法与现有的多普勒单星定位方法和径向加速度单星定位方法从卫星定轨误差、测距误差和定位误差3方面进行对比。仿真结果表明,所提出方法的定位误差仅为其他两种方法的1%～10%。     

修正的垂直航向运动补偿算法

机载毫米波高分辨合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)对运动补偿的精度要求很高。当前运动补偿算法在运动误差或斜视角大时对毫米波高分辨斜视SAR垂直航向运动误差补偿效果不明显。文中提出了一种修正的垂直航向运动补偿算法,通过先补偿包络和相位,然后产生一个附加的沿航向速度, 该附加沿航向速度和原始的沿航向运动误差一起补偿。毫米波高分辨斜视SAR仿真结果表明,所提方法在30°斜视角时仍能较好补偿垂直航向运动误差,补偿效果显著优于已有算法, 实测数据成像结果也进一步验证了所提方法的正确性和有效性。     

航向误差非线性预测的惯性行人导航零速修正算法

针对基于零速修正(zero velocity update, ZUPT)的行人导航算法无法对航向角进行观测导致航向角发散的问题，设计了一种基于ZUPT、零角速率修正和航向角误差非线性预测校正的惯性行人导航算法。首先通过广义似然比检测(generalized likelihood ratio test, GLRT)算法确定出零速区间；在检测到的零速区间内利用ZUPT算法构造速度误差观测量、利用零角速率修正(zero angular rate update, ZARU)算法构造角速率误差观测量，通过零速区间航向角误差观测模块构造航向角误差观测量，在非零速区间对航向角误差进行非线性预测；再利用卡尔曼滤波对零速区间内的速度、角速率、位置和航向角误差进行估计，利用估计误差对惯性行人导航系统进行误差修正；通过实际行人导航系统验证，在复杂运动状态下导航轨迹误差平均值仅为0.43 m,只占总路程的0.35%。在长航时行走的情况下导航误差仅为1.25%里程。所提算法无需增设其他传感器，无需限制行人的运动轨迹，具有良好的工程应用价值。     

基于距离测量的双领航AUV间协同导航算法

针对多自主水下航行器(AUV)编队中因领航AUV一时无法借助外部有源位置信息进行实时校准,自身定位误差逐渐增大可能导致的编队解体问题,提出了一种基于距离测量双领航AUV间协同导航算法.在给出领航AUV航位推算误差模型的基础上,首先设计两个领航AUV分别基于忽略对方位置误差的估计自身误差的滤波算法,然后提出其位置误差的分别修正算法,最后通过对位置误差估计的可观测性分析,指出在直线航行条件下两个领航AUV可通过加、减速进行相对机动,保证其可观测性.仿真结果表明:两个领航AUV存在航位推算位置误差的情况下,随着滤波时间增加其定位误差可逐渐趋同,并收敛到其经、纬度定位误差的均值,验证了本文所提协同导航算法的可行性和有效性.     

基于信标漂移误差识别的长基线定位算法

针对长基线水声定位系统中信标位置漂移误差难以识别和估计的问题,分析了长基线水声定位系统中同步式测距系统时钟同步误差和应答式测距系统信标漂移误差的等效性,提出一种对有效声速系统误差进行修正的单信标测距定位算法。在此基础上提出一种在不掌握声场环境信息时可以有效识别信标漂移误差的长基线定位算法,利用有效声速分布范围对信标漂移误差进行识别,基于航迹融合后轨迹对固定信标位置漂移误差进行估计和修正。试验结果表明算法提高了长基线系统的定位精度和鲁棒性。     

车载GNSS失锁下基于BPNN的微陀螺误差估计及定位方法研究

针对在全球导航卫星系统(global navigation satellite system, GNSS)失锁阶段将微陀螺惯性系统作为备用定位系统时,由于微陀螺误差引起的定位误差发散问题,提出了基于后向传播神经网络(back propagation neural network, BPNN)的微陀螺误差估计及定位算法。在GNSS有效阶段为车辆提供定位信息,同时对微陀螺误差进行估计,并利用后向传播神经网络BPNN建立微陀螺误差预测模型,为GNSS失锁阶段车辆定位做准备;在GNSS失锁阶段,利用已建立好的微陀螺误差预测模型估计微陀螺误差,对微陀螺输出信息进行补偿,以抑制由陀螺误差引起的定位误差。最后利用仿真与试验验证了此方法的正确性与有效性。     

基于无人艇的导航雷达目标检测跟踪算法

在无人艇利用导航雷达进行环境感知的过程中,针对雷达回波图中出现的区域破碎现象以及对运动目标进行跟踪时存在较大误差的问题,提出了一种应用于导航雷达的目标检测跟踪方法提高无人艇对水面目标的检测能力。首先,对雷达原始回波图像解析并进行预处理操作;其次,在图像连通的基础上,设计自适应阈值分割Hausdorff匹配算法对回波图和地图进行匹配,区分属于目标和陆地的回波;然后,对连续两帧的雷达回波图进行目标匹配;最后,通过加入预测序列模型的经验模态分解算法优化检测跟踪结果,提高获取目标信息的准确性。实验验证结果表明：对1 km内相对运动速度低于30节的水面目标,所提方法目标检测概率提升了6.5%,距离误差低于2%,航速误差低于6%,航向误差低于6°,整体性能优于工程中常用的检测跟踪方法。     

海基导弹初始误差分离建模与参数估计

影响海基导弹落点偏差的因素主要是制导工具误差和初始参数误差。首先分析了海基导弹初始误差的来源,包括三项定位误差、三项定向误差以及三项艇速误差。然后详细推导了初始误差对弹道遥测、外差数据的影响,建立了海基导弹初始误差分离的线性模型,结果表明初始误差与工具误差可以实现线性分离。最后根据六自由度弹道仿真程序仿真的遥测数据和外测数据对模型进行了验证,计算结果证实了模型和算法的正确性与可行性。     

OAS/INS/GPS/APS舰艇组合导航系统设计与仿真

舰艇高精度导航需求日益迫切，设计的组合导航系统可以使舰艇在水上水下一些特殊环境下实现高精度航向和定位测量。系统设计和利用了三种新型导航系统作为导航分系统，分别为光学标校系统(OAS)、水声定位系统(APS)和GPS姿态测量系统。为了克服惯性导航系统(INS)系统的积累误差以及GPS、APS和OAS系统各自的缺陷，采用联邦卡尔曼滤波技术，设计了OAS／INS／GPS／APS组合导航系统滤波算法，仿真结果验证了算法的有效性，表明基于上述系统的组合导航系统可以获得较高的航向定位精度。     

车辆自主导航系统的双滤波器模型及其导航算法

给出了车辆自主导航系统的双滤波器模型及其航位递推算法 ,在导航解算的每步递推中 ,先用航向滤波器进行航向捕获 ,再用航位滤波器进行航位捕获。这种方法利用两个线性滤波器分别进行航向 /航位估计 ,避免了常规导航算法由于观测方程线性化引起的模型误差 ,算法稳定性好 ,且计算量较小。现场跑车试验表明 ,给出的双滤波器模型及其算法能够获得满意的导航精度     

基于交互式模型的多AUV协同导航鲁棒性滤波算法

针对多自主式水下潜器(autonomous underwater vehicle,AUV)在协同导航过程中量测异常等问题,提出一种基于交互式模型的多AUV协同导航滤波算法。首先以建立多AUV协同导航基本模型为基础,给出基本的协同导航滤波过程;通过广义最大似然估计的滤波算法对受污染的量测噪声进行处理;进一步地,利用Schweppe形式下的广义最大似然估计解决量测出现的异常情况;运用交互式多模型算法解决由量测噪声时变而造成的滤波精度下降问题。最后仿真结果表明该协同导航滤波算法具有良好的自适应鲁棒性。     

基于水声通信延迟的多UUV协同定位算法

针对多水下自治机器人(unmanned underwater vehicle, UUV)协同定位过程中水声通信延迟造成的定位失效问题,提出了一种基于状态估计均方误差最小的延时扩展卡尔曼滤波(delayed extended Kalman filter, DEKF)定位误差修正方法。首先建立考虑水声通信延迟的系统状态方程,利用状态转移矩阵推导系统等效量测方程,然后给出多UUV 考虑水声通信延迟的扩展卡尔曼滤波(extended Kalman filter, EKF)定位方法并分析其不足;最后在EKF方法的基础上,分析量测信息延迟对状态估计的影响,建立系统真实量测模型,设计基于状态估计均方误差最小的DEKF 算法。仿真结果表明,该方法能够有效地修正多UUV 协同定位中由于水声通信延迟造成的定位误差,在工程实践中具有一定参考意义。     

基于ZIHR航向角修正方法的行人导航算法

在行人导航系统中,零速修正(zero velocity update, ZUPT)方法能够准确计算出速度误差和水平姿态角误差,但是航向角误差却因其不可观难以估计而极易发散。为了解决航向角误差极易发散的问题,提出了零积分航向角速率(zero integrated heading rate, ZIHR)修正方法。推导发现在零速状态下相邻航向角差值和陀螺的漂移及航向角误差存在一定的关系,将此差值作为量测值,在ZUPT的基础上扩展一维量测,将卡尔曼滤波得到的估计值进行反馈校正。通过多组微机电系统(micro-electro mechanical system, MEMS)实物实验验证:提出的ZIHR修正方法能够很好地解决MEMS 惯性器件漂移导致的误差累积问题,多组实验的定位误差均小于总行程的2%。     

变化海流环境下AUV能量最优三维路径规划

为获取变化海流环境下自主水下航行器(autonomous underwater vehicle, AUV)的能量最优路径, 基于最优控制理论提出一种用于AUV的三维能量最优路径规划算法。首先, 为了有效抑制海流对路径规划的影响, 将海流向量加入到AUV运动学模型中。其次, 在已知俯仰角及AUV位置的情况下, 利用庞特里亚金极小值原理, 获得能量最优控制律。最后, 利用线性定常系统的状态空间理论, 计算得到初始艏向角、航速以及能量消耗。在仿真环节, 通过与负反馈控制策略相比较, 说明所提算法能够规划出三维能量最优路径, 而且可以有效降低AUV的能量消耗。     

MIMO系统中基于因素图的迭代信号检测算法

基于无线通信中接收信号的似然检测模型,给出发送信号估计和推理的因素图描述。在此基础上,应用标准和积算法提出一种频率选择性衰落信道下的多输入多输出(multiple input multiple output,MIMO)系统的迭代信号检测算法。为了降低计算复杂度,提出一种快速迭代检测算法,通过引入概率数据关联方法,避免了标准和积算法中符号概率估计的积分计算。仿真结果表明,应用标准和积算法得到的迭代信号检测算法可以逼近最优算法的性能,而快速迭代检测算法在大幅降低计算复杂度的同时,误码率性能比传统的最小均方误差算法有较大优势。     

基于辅助信标的无人机协同目标跟踪

针对无人机姿态角误差与观测误差影响目标定位精度问题, 构建基于辅助信标的无人机协同目标跟踪模型, 提高了对目标的定位精度。提出基于辅助信标的姿态校正方法, 利用辅助信标的精确位置实时校正无人机的姿态角, 减小姿态角误差对定位精度的影响。根据双无人机的最优观测构型, 设计双无人机协同控制律, 得到无人机观测的优化轨迹, 以提高无人机对目标的观测质量, 最后采用容积卡尔曼滤波算法得到目标的状态估计。仿真结果表明该算法能有效减小无人机姿态角误差和观测误差对目标定位的影响, 提高目标跟踪精度, 具有一定的工程应用价值。     

基于AOA的双机无源定位模型及其解算方法

在双机协同的无源定位算法中,角度信息有着非常重要的作用。为解决双机无源定位问题,提出了一种只利用角度信息的定位模型,并同时消去中间变量距离的影响。对比了最小二乘法、加权最小二乘法、总体最小二乘法、渐进无偏估计法等方法对该双机定位模型的解算。相比时差/到达角联合定位算法模型,该算法需要更少的观测信息和更少的观测误差,就能提高定位精度。仿真结果验证了上述4种解算算法的定位性能,证明了该算法在定位精度上的优秀性能。最后,还对4种算法在不同误差和约束条件下在双机协同观测定位中的定位精度进行了对比。     

非标准多传感器信息融合下的状态融合估计

给出了标准多传感器观测信息的统一融合模型,在此基础上分析了传感器观测系统参数对最优融合估计性能的影响.针对存在量测系统误差的非标准多传感器融合系统,构建了一种有效的系统误差参数估计模型.此外对传感器问具有不同非线性误差成份的融合系统,提出了一种基于互迭代自适应半参数的状态融合估计算法.该算法通过对非标准多传感器融合模型误差的补偿,利用线性和非线性迭代的方法来提取非线性因素,进而确定状态的最优融合估计.给出了应用该算法的具体步骤,并通过理论分析与仿真实验证明了该算法的有效性.