基于捷联惯导载体轨迹发生器的设计与仿真

为了给捷联惯性导航数字仿真系统提供实时导航参数及惯性元件的精确值,并为其导航解算提供比较基准,设计出了一种简单的基于捷联惯性导航系统的轨迹发生器。通过介绍轨迹发生器的总体设计思路,提出了对载体轨迹发生器的数学编排的推导,并对载体在不同运动状态下的轨迹输入进行定义,最后对设计的轨迹发生器进行仿真实验。通过仿真实验表明,此方法简单高效,具有一定的可行性,为捷联惯导系统仿真提供了依据。     

射流低频高声强发生器设计与实验研究

为解决现有低频高声强发生器声压低、装置复杂、声学性能可调性与重复性差等问题,设计了以压缩空气为能源、电机调谐的低频射流高声强发生器.按照气体动力学一维行波理论、守恒方程、伯努利方程与声学理论对其进行声学设计.按理想可压缩气体定常流流体动力学控制方程模型,采用三维结构化网格、压力耦合方程半隐式算法,计算得到流场的压力分布特性.为验证其声学特性,进行了现场发声测试试验.实验结果与设计值基本一致,验证了该低频高声强发生器具有50 Hz低声频、181dB高声强、声特性重复可调的特点,可以为噪声伤害、高声强声源工业应用及声学武器的研究提供实验基础与声源.     

基于车辆动力学的轨迹跟踪器设计

轨迹跟踪是移动机器人导航中的核心问题之一。针对非完整运动约束车辆,利用反馈线性化方法设计了轨迹跟踪器,仿真研究了跟踪算法的鲁棒性。最后,介绍了工程实现中参数观测器设计等相关问题。     

双体小行星探测协同光学导航方法研究

双体小行星探测已成为当前深空探测的重要领域,提高双体小行星探测器的导航精度是该领域的研究重点之一.本文以球体-椭球体的双体小行星模型为背景,设计了一种基于双探测器对双体小行星光学观测信息和星间测量信息的自主协同导航方案.考虑到从星相对于主星的位置不确知会影响探测器的导航精度,本文设计了对从星状态进行扩展估计的导航滤波器.特别地,通过分析导航系统的可观测度和轨迹约束,本文重点研究了导航观测几何构型并优化导航信息,实现探测器和双体小行星的最优构型配置,从而使探测器沿优化轨迹飞行时导航性能最优,最后通过仿真分析并验证探测器沿优化轨迹飞行时的导航性能.以上研究方法和仿真结果可为我国未来小行星探测提供参考和支持.     

船用捷联式惯性导航仿真系统设计及研究

针对船用捷联式惯性导航系统长时间工作后,精度明显下降,不能满足导航需求的问题,设计了一种模块化的船用捷联式惯性导航仿真系统,并进行了仿真研究。将船用捷联惯导设计为四个模块,分别为轨迹仿真模块、惯性器件仿真模块、导航解算模块和误差分析模块。利用建立的模型,仿真分析捷联式惯性导航系统姿态角、速度和位置误差的主要特性,研究天向速度的发散对东向和北向速度误差的影响,探究初始对准误差对导航精度的影响。结果表明,仿真系统可以很好的模拟舰船捷联式惯性导航系统的初始对准和导航过程;天向速度的发散和初始对准的精度都会直接影响导航精度。因此,在舰船长时间航行时,必须提高初始对准精度且引入阻尼系统,以减小船用捷联式惯性导航系统的导航误差。     

VC环境下捷联惯导仿真平台的开发

文章针对捷联惯导系统的算法,在VC环境下,介绍了一种捷联惯导仿真平台的搭建方法。平台由飞行器的轨迹模拟、惯导解算、导航数据演示等三个部分组成,轨迹仿真与解算结合,完成导航软件的测试与算法的误差分析,实现仿真功能。     

船用捷联式惯性导航仿真系统设计

针对船用捷联式惯性导航系统长时间工作后,精度明显下降,不能满足导航需求的问题,设计了一种模块化的船用捷联式惯性导航仿真系统;并进行了仿真研究。将船用捷联惯导设计为四个模块,分别为轨迹仿真模块、惯性器件仿真模块、导航解算模块和误差分析模块。利用建立的模型,仿真分析捷联式惯性导航系统姿态角、速度和位置误差的主要特性,研究天向速度的发散对东向和北向速度误差的影响,探究初始对准误差对导航精度的影响。结果表明,仿真系统可以很好地模拟舰船捷联式惯性导航系统的初始对准和导航过程;天向速度的发散和初始对准的精度都会直接影响导航精度。因此,在舰船长时间航行时,必须提高初始对准精度且引入阻尼系统,以减小船用捷联式惯性导航系统的导航误差。     

助推-滑翔无动力跳跃飞行器轨迹预测

针对助推-滑翔无动力跳跃飞行器再入拉起后升阻比大小较为稳定的特点,设计了基于稳定升阻比的轨迹预测算法。首先对目标的弹道特性进行了分析,鉴于其再入后特有的跳跃拉升现象,将再入拉起时刻确定为轨迹预测算法的起始时刻;其次,根据防御方已知信息和未知信息对飞行器跳跃段运动方程进行了转化,给出了转化后运动方程中未知参量的计算方法,并设计了基于转化后运动方程的轨迹预测流程及算法;最后对算法进行了仿真验证,仿真结果表明所设计预测算法对助推-滑翔无动力跳跃飞行器再入拉起后的轨迹具有较好的预测能力。     

车轮辐条运动方程及计算机仿真算法

通过对车轮辐条运动状态的研究，给出了车轮辐条运动的数学方程、车轮辐条运动方程轨迹及计算机仿真算法的数学模型．车轮辐条运动方程轨迹的计算机仿真效果以及仿真源程序。     

基于四元数法飞行运动方程的逆向仿真算法

逆向仿真算法对于已知飞行状态的验证具有重要的意义.为了避免奇异性,采用四元数法构建了飞机的六自由度运动方程,并进行了四元数方程的仿真分析;介绍了逆向仿真算法的思路,讨论了仿真中关键参数的确定方法;对根据三自由度方程建立的飞机规避导弹时的飞行轨迹进行逆向反推,得出了产生此轨迹需要的输入变量的变化过程,将得出的输入变量作用于基于四元数法的六自由度运动方程中,获得其逆向仿真轨迹.通过对逆向仿真轨迹和原轨迹的比较验证了原飞行轨迹的合理性.     

锁频环辅助下锁相环的跟踪误差分析

为适应高动态环境,卫星导航接收机采取锁频环辅助锁相环的技术进行载波跟踪.锁相环在锁频环跟踪频率基础上锁定载波相位.现基于经典的二阶锁频环辅助三阶锁相环结构,研究其中的载波相位跟踪误差,包括动态应力误差与热噪声跟踪误差.通过推导,得到了2个误差的计算公式.仿真结果表明,有关载波相位跟踪误差的分析是准确的,有助于之后的载波跟踪环路设计.     

基于差分GPS的局部区域无人车路径跟踪算法

为确保无人车在弯曲度变化较大的路径上运行的平稳性及速度变化的连续性,基于差分GPS定位导航系统,综合考虑前视距离、速度和弯曲度之间的关系,提出了一种改进的Pure Pursuit算法。首先,通过差分GPS对局部区域内的路径信息进行采集,基于NMEA协议对GPS接收机输出数据进行坐标转换;其次,结合车辆运动学自行车模型与Pure Pursuit改进算法进行路径跟踪。试验结果表明,无人车以30 km/h的最高车速与5 km/h的最低车速跟踪既定路径时,最大横向跟踪偏差相比既有算法降低55. 4%,平均横向跟踪误差相比既有算法降低23. 98%,达到了较好的跟踪效果。     

基于支持向量机分类决策的行人导航零速修正方法

为了减小行人导航过程中的误差,提出基于支持向量机分类决策的零速反馈修正方法。根据行人足部运动特点,构建行人足部运动模型,利用支持向量机决策方法对足部运动样本数据进行训练和提取数据特征,建立超平面方程。通过超平面函数对行人足部运动数据进行分类和决策,辨别区分静止段和运动段。在零速静止段,对惯性导航解算的速度、角速度和方向进行修正,利用扩展卡尔曼滤波递推方法进行方向、速度和位置误差跟踪。进行了行人按既定路径的行走跟踪实验,结果表明,设计的行人导航系统能够使行人行走轨迹与设定路径完全吻合,多次测试数据最大误差小于2.5%,平均误差为1.94%。因此,基于支持向量机分类决策的行人导航零速修正方法能够准确地对行人轨迹进行跟踪和定位。     

基于北斗二代系统的船用导航仪硬件设计及关键算法研究

摘要：随着北斗新一代全球卫星导航系统的实施,船舶导航关键设备将实现从GPS到北斗的更新与应用。本文首先介绍了基于北斗二代卫星导航系统的ARM嵌入式船用导航仪的设计原理及硬件平台,该导航仪采用ARM9系列的S3C2410A处理器作为导航仪的基础硬件平台,采用专用的北斗基带芯片接收北斗卫星信号并进行处理,加上必要的外围电路;此基础上对适合船用的北斗基带芯片核心算法进行了研究,即北斗卫星信号的捕获、跟踪算法研究,并给出导航定位实验结果。     

低轮廓动中通惯导系统的研究

目前低轮廓动中通的小型化、低成本的发展趋势中倍受青睐,它采用的低轮廓的平板天线对跟踪精度的要求有所改变。文章就低轮廓动中通惯导系统的研究提出了总体方案的设计,并针对惯导系统以及GPS/INS组合导航系统做出一些详细的分析进而体现出它的研究的价值所在。     

矢量延迟锁定环码跟踪偏差产生机理研究

矢量延迟锁定环（VDLL,Vector Delay Lock Loop）是一种直接估计接收机状态（位置,速度和钟差等）进而实现对各路可见卫星信号PRN序列的跟踪的方法.不同卫星信号到接收机的传输时延由接收机和卫星的位置决定,它们满足特定的几何关系,VDLL通过对各路卫星信号传输时延之间相关信息的提取,达到降低跟踪门限的目的.目前国内外对VDLL算法的研究均默认了VDLL跟踪的无偏性,给出了VDLL算法的理论计算结果,发现VDLL算法会导致码跟踪偏差,并通过理论计算和实验仿真验证了该问题,该码跟踪偏差会导致定位解算出现较大的偏差,因此必须加以修正.     

基于视觉目标跟踪的侦察机器人导航方法

针对未知环境下侦察机器人的自主导航问题,提出了一种基于视觉目标跟踪的侦察机器人导航方法.首先利用二进制鲁棒独立元素特征(BRIEF)提取方法来检测和描述待跟踪视觉目标的局部不变特征点,在快速的特征匹配计算基础上提出由粗到精的目标定位两步法实现机器人导航过程中视觉目标的实时准确跟踪.其次对基于视觉目标跟踪的自主导航任务进行行为分解和实现,在行为中集成视觉目标跟踪算法.最后利用基于宏行为的机器人事务执行机制实现移向视觉目标的自主导航控制.实验结果表明,提出的方法能够使侦察机器人实时准确地跟踪视觉引导目标,在复杂障碍物环境下可靠地完成移向目标的自主导航任务.     

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。     

容错联邦强跟踪卡尔曼滤波算法在组合导航中的应用研究

提出了一种改进的联邦强跟踪卡尔曼滤波算法,并将其应用于MSINS／GPS浅组合中。采用了三层容错结构,能够有效地检测出数据粗大误差、GPS速度跳变以及滤波器误差估计的故障,及时进行故障隔离,从而使系统具有良好的容错能力。仿真结果表明,联邦强跟踪卡尔曼滤波算法解决了量测相关、GPS速度跳变和初值选取敏感性等问题,可以提高系统的实时性、鲁棒性和容错性能。