AUV同时定位与跟踪算法研究

为了提高自治水下航行器的水下适应能力,对比目标跟踪与协同导航的概念,并仿照同时定位与制图方法,提出了基于EKF-SLAM框架和FastSLAM框架的自治水下航行器同时定位与跟踪算法.根据装备在携带低精度自定位传感器AUV上的声纳传感器持续探测非合作目标并估计目标航迹的同时,利用探测到的AUV与目标间的相对信息修正其自身航位推算带来的累积估计误差,从而提高AUV的自定位精度,AUV的定位和目标的状态估计同时进行,且要满足一定的精度.仿真比较了所提出的两种算法的精度,并验证了算法的有效性和一致性.     

水下和海底大地坐标的精确测量

潜艇水下高精度定位，长期以来一直是水下导航定位领域的一个难题．为了解决潜艇在水下长时间航行过程中的高精度定位问题，提出了一种比较实用的解决方案．该方案构建了由DGPS定位和水声定位相结合的水下定位系统．系统采用系缆浮筏作为潜艇，利用DGPS进行水下定位的中继站，利用水声相对定位技术将：DGPS水面定位向水下延伸，使潜艇在工作潜深就可以直接获得自身的大地经纬度坐标．系统将DGPS的优良性能与超短基线在水下定位中的优势很好地结合在一起，其定位精度可以保证与DGPS水面定位精度在同一量级。     

利用水平多波束形成实现海底目标定位的方法

通常来讲,利用水平多波束形成只能得到目标的水平方位和距离信息,无法确定目标的深度．根据水下机器人导航定位功能可以获得不同时刻水下机器人的精确位置及姿态角,文中利用空间几何关系将这些信息结合水平多波束形成技术,可以实现海底目标的定位,获得海底目标的深度信息,并给出仿真结果,证明方法可行．     

激光半主动末修弹目标定位方法研究

在激光半主动末修弹实施弹道修正前,为实时精确得到地面目标相对弹丸的位置,提出利用激光探测器测角信息结合先验弹道的弹丸姿态角和弹道高信息得到目标相对位置的定位算法. 建立了目标定位模型,并利用蒙特卡洛法仿真,分析了弹丸在不同发射角下视角误差、弹丸姿态角误差和弹道高误差对定位精度的影响. 仿真结果表明,弹道高误差对定位精度影响最大,但单项误差因素引起的最大定位误差不超过12 m;弹丸发射角越大,其定位精度相对越高. 提出的目标定位方法简单易行,满足精度和实时性要求.      

基于时分模式的水下自主定位方法研究

为了提高水下声学定位系统的精度,提出一种基于时分模式的水下自主定位系统.该系统由1个控制中心和若干漂浮式基站组成,控制中心用于发布命令和信息处理,漂浮式基站负责采集定位信标信号和测试数据.采用完全水声的自主定位原理、TDMA与CDMA相结合的通信技术,并且利用TOA定位原理实现系统的定位.实验表明,该方法对于克服水环境对定位的影响、提高定位精度是有效的.     

基于矢量水听器的水下战武器二维弹道测量研究

 水下弹道测量是水下战武器试验的重要内容。本文基于矢量水听器测量水中目标航行噪声,利用矢量水听器测向原理,经过数字信号处理器对矢量信号进行分析处理,得出武器水下航行的二维弹道轨迹。介绍矢量水听器测量原理和矢量浮标阵纯方位定位原理。通过实验室消声水池测试对矢量水听器声压与振速相位差进行修正,利用湖上试验对矢量水听器的测向误差进行修正。采用DGPS水面定位与水下水声定位相结合的方法,研制了水下战武器二维弹道测量系统,介绍测量系统的3个主要组成部分及其主要功能,并在海上实际试验中验证了基于矢量水听器的水下武器弹道测量方法先进可行、实时性强、测量精度高、使用方便,可以满足实际使用要求。     

一种基于GPS实现水下定位的有效方法

针对水下目标的定位需求,在探讨GPS定位原理和水下超声定位原理基础上,提出了一种基于GPS实现水下定位的实现方法。给出了该方法的工作原理和具体工作过程。通过分析和计算GPS定位误差、水下定位误差,得到了这种定位方法的总体误差。分析和计算结果表明基于GPS实现水下定位的设想可能具有一定的实用价值。     

基于磁矩信息的水下地磁连续定位算法

针对地磁场背景中偶极子目标磁场大小难以获得的问题，提出了载体潜深辅助地磁定位方法，通过2次测量潜深及磁场梯度计算载体相对目标的垂向位置，但若想连续定位须载体不断垂向移动. 为解决这一不足，提出利用目标磁矩信息实现水下地磁连续定位，由已知磁矩和磁场梯度组成关于位置的非线性方程组，解算载体位置. 给出了连续定位算法的具体步骤. 数值仿真结果表明，该方法能实现水下连续定位，且具有较高精度.     

基于GNSS-A的海底目标高精度定位算法研究

为提高海底目标垂直方向的定位精度,在分析全球导航卫星/声学定位（Global Navigation Satellite System-Acoustic,GNSS-A）基本原理的基础上,提出基于动态观测的海底目标声学定位算法。针对动态观测中产生的双程传播时延问题,将其发射和接收过程分别考虑,并利用最小二乘（Least Squares,LS）法解算圆形对称观测数据,消除绝大部分系统误差和粗差对水平定位精度的影响;结合水平解算结果、高精度声学测距信息和实测声速剖面信息,开展声线跟踪（Sound Ray Tracking,SRT）并构造迭代,进一步减弱垂直方向误差,提高海底目标点的垂直定位精度。南海实验证明,采用本文方法可以有效减小声速误差对测距精度的影响,明显提高海底目标在垂直方向上的定位精度。     

传感器位置浮动情况下的水下TDOA定位算法

针对水下声源定位中传感器位置存在不确定性的问题,提出了一种基于两阶段加权最小二乘算法的水下目标定位算法.首先,当传感器位置浮动时,利用获取的到达时间差数据,将测量值噪声和传感器位置误差构造加权系数矩阵,通过加权最小二乘算法估计目标位置;然后,通过引入目标定位误差构造定位方程;最后,用求解的目标定位误差调节上个阶段估计的目标位置.仿真结果表明:在传感器位置噪声较小情况下,本文算法具有较好的定位精度.     

USBL定位精度简易测量方法

阐述了USBL水下定位系统的组成、系统定位原理、安装及方位校正,指出USBL水下定位系统能够为海洋开发和海洋工程建设提供很高的水下定位精度。     

水下航行器组合导航定位系统设计研究

为解决航行器编队水下航行时的导航定位问题,针对主航行器设计了单体导航定位系统,对于编队中的从航行器,应用水声定位及通信传输模块进行绝对定位,以此完成整体编队导航定位,并给出了整体设计思想和软件流程.通过实验数据对导航精度进行分析,比较了简易DR算法和卡尔曼滤波算法,论证了方案的可行性、可靠性和导航的精确性.     

附有权值条件的卡尔曼滤波定位方法

采用描述机动载体运动的"当前"统计模型,根据GPS接收机实际能够输出位置与速度信息的特点构建了系统的量测方程,建立了标准的GPS动态定位卡尔曼滤波模型,并描述了算法的推导过程.仿真实验分析,带有速度信息的卡尔曼滤波方程在载体低速运行时位置误差会很大,通过改进卡尔曼滤波方程,在方程中附加一个权值,能有效的提高载体在低速运...     

浮筒式水下目标轨迹测量标校系统精度研究

为了对水声定位测量系统进行海上校准,设计了以浮筒作为平台的水下目标轨迹测量标校系统,利用高精度DGPS和方位姿态仪解算出水下基准坐标并给出运动轨迹.具体研究了影响标校系统定位精度的相关因素,并给出系统的组合定位精度.对标校系统进行了陆上验证性试验,试验结果表明,标校系统的定位误差不超过50 cm,可对水声定位测量系统进行高精度的海上标校.     

北斗双星导航定位系统在某地区动静态试验

对北斗双星基本型用户机在某地区进行了海上动态、陆上静态定位试验及其短信发报功能测试。试验结果表明:动态、静态定位精度基本一致;X 值(北纬度)变化幅度较大,Y 值(东经度)较为稳定;其定位精度可满足小于 1:25000 比例尺海洋测图;短信发报功能独特,几乎不受距离限制。研究指出可以运用北斗双星的短信发报功能来完成 DGPS 及北斗双星导航定位的差分信息,并提出了基于北斗双星/DGPS 组合导航定位的海洋综合测量系统的基本框架及功能设计。     

区域定位系统中高程辅助三星定位算法

提出了一种不受高度限制的区域定位系统高程辅助三星定位算法.该算法既不依赖于先验的位置信息和定位结果,也不需要构建近似椭球方程.算法的关键是在牛顿算法迭代过程中不断更新接收机估算位置到地心的虚拟伪距.结合中国区域定位系统(Chinese Area Positioning System, CAPS) 的试验验证星座开展了仿真分析,结果表明：在用户高度已知的情况下,当高度达到中轨卫星轨道高度(约12×103 km)时,该算法仍能够进行正常的定位解算.在分析高程辅助算法中精度衰减矩阵的基础上,提出了高程辅助下误差椭圆轴长和轴方向的计算公式.结合CAPS试验验证星座仿真分析表明,提出的计算公式可以准确描述误差椭圆的几何特征.     

北斗无源定位的虚拟卫星算法

为了解决现有的气压高度计辅助卫星定位算法计算繁琐或者难于分析定位精度的问题,该文提出虚拟卫星定位算法。该算法根据用户的位置估计值生成一颗"虚拟"卫星,对应的"虚拟"伪距由气压高度计提供,结合用户的可见卫星和测得的伪距来更新用户的位置估计值,反复执行上述过程直至收敛。该算法计算步骤简单,可直接进行定位精度分析。将该算法应用于北斗三星无源定位当中,仿真结果表明:设定气压测高误差标准差为8m,则中国及邻近地区的位置精度因子为8.8至22.4;在清华大学校园进行的静态测试显示,在各个历元上迭代过程只有4～9次,定位均方根误差为42.7m。     

对抗条件下水下目标分布模型研究

根据水下目标对抗来袭水下潜器的基本原则和典型态势,以正态分布模型为基础,推导了随机机动及机动并使用对抗器材2种情况下的目标位置分布模型．借助能够真实再现水下潜器攻击目标的完整攻防过程的仿真系统,记录对任一阵位对抗来袭水下潜器状态下的目标分布情况．仿真结果表明：文中给出的模型与仿真所得的分布情况一致,证明了其有效性和合理性,可进一步利用该分布模型为评估水下潜器攻击效果或规划水下潜器搜索策略提供支撑．