UKF和UPF在惯导初始对准中的应用研究对比

捷联惯性导航系统是新型航位推算系统,在惯导系统执行工作任务之前需要进行初始对准,以保证系统的正常运行。对捷联式惯导系统,初始对准就是确定初始时刻的姿态阵,利用惯性元件的输出信息,选用合适的滤波方法,将计算的导航坐标系与真实导航坐标系的失准角估计出来,来修正姿态矩阵,使计算坐标系与真实坐标系尽可能重合。在实际的导航系统中,状态方程和量测方程通常都是非线性的,对于非线性特性,传统的解决方法是利用EKF滤波算法,但它只适用于弱非线性模型的估计,系统的非线性越强,引起的估计误差就越大,甚至会引起滤波发散。为此提出两种滤波算法UKF与UPF,并将两者进行了仿真对比,结果表明UPF算法比UKF算法收敛速度更快,估计精度更高。     

一种改进的北斗导航卫星伪距码偏差建模方法

基于多路径组合观测值分析了中国北斗卫星导航系统存在的伪距码偏差特性。针对现有的伪距码偏差修正模型,提出了一种改进的建模方法。利用历元间单差MP组合观测值对倾斜地球同步轨道卫星(IGSO)和中轨卫星(MEO)中每颗卫星的伪距码偏差分别进行建模。最后通过HMW组合观测值对各修正模型进行评估,比较和分析了不同修正模型的表现。结果表明:对于北斗IGSO和MEO卫星,改进后的修正模型相比于已有的模型在修正码偏差上平均提升约20%;在部分卫星和高度角上提升程度平均可以达到30%。     

信号量化对导航系统抗干扰性能的影响分析

在导航信号的接收过程中,量化是至关重要的环节。模数转换中的量化会带给卫星信号信噪比(SNR)的损失,对导航系统的抗干扰性能有一定的影响。在连续波干扰和白噪声的环境下分析得到了不同量化比特数和量化门限下系统输出信噪比的计算公式,并且对信号进行了仿真分析,得到信号量化前后信噪比变化曲线。结果表明:随着干扰幅度的增加,信号量化间隔需要相应增大才能保证信号信噪比损耗较小,同时需要注意量化间隔的变化对信噪比降低具有较大的影响。     

多星座导航系统三维大气水汽预测仿真

卫星导航系统(GNSS)技术可用于探测大气水汽,目前中国GNSS监测网络已应用于很多地区上空大气水汽的日常监测和水汽预测的研究;但在水汽反演过程中,由于对流层水汽时空变化迅速,GNSS监测网站间距较大、分布不均匀,导致单一GNSS无法在短时间内获得足够的斜路径观测值。为了解决这个问题,在无需扩大GNSS监测网前提下,提出利用多模GNSS技术的三维大气水汽预测。通过中国地区3个IGS测站BJFS、WUHN、LHAZ站验证多星座下格网覆盖率显著高于单星座,然后以北京地区为例,构建观测网络并进行水汽反演仿真。仿真结果表明:在相同观测条件下,相较于单GNSS,多模GNSS能够加快层析方程解算收敛速度,获取更多的斜路径观测值;进而明显改善反演结果,尤其能显著提高地面4 km以上的预测精度。可见多星座导航系统能提高大气水汽反演精度。     

导弹自旋条件下GPS信号跟踪环路设计

根据实际中自旋导弹GPS接收天线相位中心与导弹自旋几何中心的不一致性,建立弹载天线坐标系。推导弹体自旋条件下接收的GPS卫星信号的附加多普勒频移变化规律,验证弹体自旋对接收信号的影响。提出一种新的GPS信号跟踪环路设计方法,以消除附加多普勒频率对跟踪的影响。该设计在传统环路基础上加入旋转跟踪环,实现对弹体自旋转速的估计,利用转速信息辅助环路跟踪。经过计算机仿真验证,新环路载波相位跟踪误差较传统环路显著减小,表明该设计能够获得更佳的信号跟踪性能。     

无迹卡尔曼滤波和无迹粒子滤波在惯导初始对准中的应用对比

捷联惯性导航系统是新型航位推算系统,在惯导系统执行工作任务之前需要进行初始对准,以保证系统的正常运行。对捷联式惯导系统,初始对准就是确定初始时刻的姿态阵,利用惯性元件的输出信息,选用合适的滤波方法,将计算的导航坐标系与真实导航坐标系的失准角估计出来,来修正姿态矩阵,使计算坐标系与真实坐标系尽可能重合。在实际的导航系统中,状态方程和量测方程通常都是非线性的,对于非线性特性,传统的解决方法是利用EKF滤波算法,但它只适用于弱非线性模型的估计,系统的非线性越强,引起的估计误差就越大,甚至会引起滤波发散。为此提出两种滤波算法无迹卡尔曼滤波UKF与无迹粒子滤波UPF,并将两者进行了仿真对比,结果表明(UPF)算法比(UKF)算法收敛速度更快,估计精度更高。     

基于Shewhart控制图的完好性监测算法

Galileo系统完好性处理中,通常假设空间信号误差(SISE)服从零均值的高斯分布,以理想状态处理,但在实际情况中该假设很难满足。首先阐述了SISE的概念与统计方法,以IGS提供的数据为基础,分析了2012年8月26日的SISE分布状况;然后针对非零均值模型的SISE完好性监测,将统计过程控制引入完好性监测中,提出了一种基于Shewhart控制图的完好性监测算法,并与最小方差法进行对比。仿真结果表明,所提算法比最小方差法监测性能更优。     

一类二阶具多偏差变元微分方程周期解的存在性

利用Mawhin延拓定理和最佳不等式研究了一类二阶具多偏差变元的微分方程x″(t) f(t,x(t),x(t-τ0(t)))x′(t) ∑mi=1βi(t)gi(x(t-τi(t)))=p(t)的周期解问题,得到了存在周期解的充分性结果。进一步对周期解的先验界给出了较好的估计。