基于地磁异常定位的水下载体地速测量新方法

根据水下地磁异常定位中磁性目标位置不变的特点,提出了载体在航行时姿态不变与变化的情况下载体对地速度的解算方法。给出了两种方法的计算公式并进行了数值仿真,结果表明两种方法均具有较高的解算精度,为载体对地速度的绝对测量提供了一种新途径。理论分析与数值仿真了速度解算误差与载体速度间的关系,结果表明误差随速度增大而增加,但即使速度较大时误差也可接受。     

基于GPS/地磁组合弹体滚转姿态测量方法

在全球定位系统(global positioning system, GPS)/地磁组合测量方法的基础上,对组合测量过程中存在地磁测量盲区问题进行了研究分析。针对磁阻传感器在测量弹丸滚转姿态时因有可能出现的磁探测盲区而造成解算结果不准确的情况,提出了利用弹丸的速度倾斜角代替滚转姿态输出的思路,建立了基于GPS弹丸速度倾斜角的解算模型,根据GPS的量测输出信息,对弹丸的速度倾斜角进行测量解算,并对采用弹丸的速度倾斜角代替滚转姿态输出的可行性进行了理论验证。通过数值仿真计算验证了该解算方法的正确性,有效弥补了磁探测盲区出现时组合测量解算误差较大或无法解算的不足,在一定程度上提高了GPS/地磁组合弹体滚转姿态解算的精度。     

基于OpenGL的目标序列影像姿态仿真方法研究

详细探讨了OpenGL模拟成像特点,结合光电测量系统性能虚拟测试的需求,提出了一种基于序列影像的飞行目标姿态仿真方法,建立了运动特征仿真模型及解算方法,实现了目标运动轨迹与姿态变化的独立模拟,仿真出丰富多样的姿态变化特征。利用双站姿态交会测量算法对模拟影像姿态精度进行了检测,验证了仿真结果的可行性。该方法已有效应用于光电测量系统目标姿态提取算法性能的仿真测试。     

最简多磁偶极子等效建模方法

针对磁体模拟法等效磁偶极子个数过多、磁矩方向不明确造成等效方程求解困难的问题, 研究了利用多磁偶极子模型等效模拟磁异常目标空间磁场分布时, 在不同空间尺度条件下的多磁偶极子磁矩、空间分布对等效效果的影响即多磁偶极子等效规律。建立了不同空间尺度条件下的多磁偶极子最简等效模型。通过COMSOL Multiphysics仿真软件完成潜艇空间磁场分布的仿真求解, 并将最简等效模型在测平面上的磁场分布与仿真结果对比, 验证了最简等效模型的有效性。     

地磁导航基准图三分量数学仿真方法研究

针对现有地磁场磁测数据尤其是三分量数据难以满足地磁导航技术研究需求的问题,同时为了给后续的地磁导航技术研究提供一种较为真实的仿真验证手段,提出一种使用三分量数值计算的方法用以实现地磁导航基准图的数学仿真。使用Maxwell软件对磁性体磁化磁场进行数值计算来仿真静态磁场三分量的空间分布,辅以地磁场的时间变化模型和误差组合模型,通过径向基函数法插值后,得到数学仿真的地磁导航基准图。计算结果表明该方法可以对地磁场进行高精度的数学仿真,可以为地磁导航相关技术的研究提供试验验证平台。     

一种新的对地定位方法及其精度分析与仿真

提出一种新的无人空中载体对地定位方法。该方法根据GPS／INS组合导航系统测量的载体坐标与姿态角、光轴稳定平台相对于载体的姿态角以及激光测距数据，计算地面目标点的三维维坐标，克服了共线条件方程对地形鲁棒性差和DEM迭代定位算法容易发散的缺点。为分析此方法的定位性能，给出了定位误差分析模型，并通过仿真算例验证了该定位方法的有效性，仿真结果表明目标定位精度满足舰炮作战要求。     

基于磁力仪的惯导姿态校正系统设计与仿真

惯性导航系统姿态误差主要是陀螺漂移引起的累积误差,特别是低价位的系统,其误差随时间快速增长.而地磁传感器与加速度计组合可用于计算载体姿态,在载体稳定状态时能达到高精度,且没有累积误差.因为地磁-加速度计姿态系统的有效性取决于载体状态,设计一个模糊专家系统确定载体当前状态,在不同状态下选择不同的姿态传感器,并用Kalman滤波来优化载体姿态并控制估计误差.仿真结果显示,该算法可有效消除惯导姿态随时间增长的累积误差.     

一种准无陀螺惯导系统解算新方法研究

为了有效抑制随时间发散的无陀螺惯性导航系统(GFINS)的误差,提出了一种新的解算算法(GA6A法)。利用合理配置的6个加速度计和1个起辅助作用的低成本速率陀螺仪,形成一种新的准无陀螺惯性导航系统(NGFINS),通过加速度计组合的输出直接解算载体的角速度数值的绝对值,再利用陀螺仪决定角速度的正负性,从而可以使求解载体姿态和位置的积分次数分别减少1次。给出了新算法的理论推导过程,并对该算法进行了可行性和有效性仿真。当计算步长?t=0.01s,仿真迭代10000次时,采用该算法可使载体姿态角精度和位置精度提高70%以上。     

一种动态整周模糊值求解算法及其仿真分析

针对GPS应用中的动态整周模糊值求解问题,结合Z变换减少模糊值参数的强相关性和FASF(快速模糊值搜索滤波器)算法递归确定模糊值搜索空间的优点,提出了基于Z变换增强FASF的整周模糊值求解算法,并给出了计算机实验结果。仿真结果表明,相对于传统的模糊值解算算法,该算法能显著降低整周模糊值解算所需要的历元数目,提高整周模糊值解算的效率和实时性,对GPS实时高动态定位和GPS实时姿态测量的工程应用及理论研究具有参考价值。     

天线方向图在GPS仿真实验中的应用

利用Spirent公司的GSS6560 GPS模拟器建立了仿真平台,将载体姿态和接收机天线方向图加入到仿真过程中,模拟了载体姿态变化和天线方向图对接收到的卫星信号的影响,针对有无天线方向图和载体姿态变化的不同情况进行了对比实验,分析了卫星信号强度的变化过程,验证了载体姿态变化对接收机工作情况的影响,为GPS接收机测试和有GPS参与的组合导航系统半实物仿真提供了更加真实的仿真环境。     

基于信息熵的AUV地磁仿生导航方法

针对地磁异常引起磁参量变化规律失真,导致自主水下航行器(autonomous underwater vehicle,AUV)导航搜索算法极易陷入局部极小的问题,提出了一种基于种群信息熵的进化搜索方法。该方法对地磁异常区域内信息熵的变化状态进行观测,通过预设的熵值门限值判断搜索算法是否进入磁异常区域,采用最大概率选择机制使算法跳出异常区域的干扰,避免算法陷入局部极小,并且对算法的收敛性进行证明。在未知环境下对AUV的导航搜索算法进行仿真,结果表明,利用熵值观测和最大概率选取的方法能够使得AUV在磁异常存在的情况下完成导航任务,验证了算法的有效性。     

基于磁梯度张量的目标定位改进方法

针对目前磁性目标单点磁梯度张量定位方法受地磁场影响较大的问题,通过对单点磁梯度张量定位算法的偏微分推导,提出了基于磁梯度张量的目标定位改进算法,并针对定位算法中的所需变量提出了基于正六面体磁梯度张量测量系统的变量计算方法。所提方法利用磁梯度实现目标定位,降低了地磁场对目标定位的影响。仿真结果证明,与原方法相比所提方法受地磁场测量误差的影响很小,且定位精度较高,磁力仪精度和系统基线是影响定位误差的主要因素。     

水下航行器终端姿态约束的制导方法研究

针对水下航行器采用主视声纳和旁视声纳识别和跟踪,引入了初始导引段跟踪虚拟目标的概念,提出一种新的精确制导方法,给出了导引跟踪数学模型,并进行了仿真和分析.结果表明该导引方法对水下航行器和目标的初始态势几乎没有限制.     

基于磁强计/太阳敏感器的自主导航方法

地磁场矢量是关于卫星位置的函数,利用星载三轴磁强计测量地磁场矢量,并且引入国际地磁场参考模型标准值,即可确定卫星的位置和速度。由于地磁场模型存在不确定性和长期变化性,所以单一使用磁强计自主导航精度有限。提出一种基于三轴磁强计与太阳敏感器相结合的自主导航方法,将太阳敏感器输出的高精度矢量信息与地磁场信息相结合,设计在太阳光照区和太阳阴影区两种情况下基于信息融合的组合导航原理及滤波算法并进行数值仿真,通过对仿真结果进行分析和比较,论证所设计方法既提高了系统的导航精度和鲁棒性,又有利于工程实际应用。     

基于地磁场的高精度自主导航方法

地磁场矢量可描述成卫星的位置函数,利用三轴磁强计观测地磁场矢量或模,可实现近地卫星在任何运行状态下的自主导航,但是由于地球磁场模型存在不确定性和长期变化性,三轴磁强计存在安装误差和未知比例因子等误差因素,所以目前单一使用三轴磁强计进行自主导航精度有限。提出一种利用地磁场信息在轨修正地磁场模型高斯系数和标定三轴磁强计模型误差的新方法,通过将三轴磁强计与地磁场模型参考值的矢量和模分别作差,推导两种差值与地磁场模型高斯系数和三轴磁强计模型误差参数的数学关系,设计先进滤波算法得到高斯系数及误差参数的最优估计,实时修正地磁场模型和三轴磁强计模型。以某低轨卫星利用地磁场进行自主导航为例,利用数值仿真验证在轨修正后地磁场模型和标定后三轴磁强计模型,并对3种自主导航方法进行仿真结果的分析和比较,论证所设计方法既提高系统导航精度、收敛性和稳定性,又有利于工程实际应用。     

基于随机信标的水下SLAM导航方法

研究了基于随机信标的水下同时制图定位(simultaneous localization and mapping,SLAM)导航定位方法。信标导航是目前导航领域的研究热点,但往往需要提前对信标位置进行标定。对此文中提出一种无需位置标定的随机信标导航方法,即在信标随机散布的情况下,通过量测信标和航行器间的距离和方位,用SLAM方法对随机信标位置进行估计,从而实现对航行器的导航,并在不同的信标密度和观测误差下分析了其导航精度。仿真结果表明,该导航方法具有良好的收敛性和定位精度。     

AUV Based Source Seeking with Estimated Gradients

This paper addresses the source seeking problems for an autonomous underwater vehicle (AUV) with the estimated gradients. The AUV is embedded with multiple sensors, which are only able to detect the signal strengths of the source with unknown distribution. To resolve this challenge, a sensor configuration is explicitly designed as a semicircle to estimate gradients of the signal field. Then, a controller is obtained via the estimated gradients to drive the AUV to approach the source. Moreover, an upper bound for the localization error is provided in terms of the radius of the semicircle and the signal distribution. Finally, the authors include a simulation example by applying the strategy to a Remote Environmental Monitoring UnitS (REMUS) for seeking the deepest point of a region of seabed in the South China Sea.     

声速不确定条件下的运动水下航行器自定位

传统利用水下声学定位系统的航行器自定位存在两方面问题, 一方面没有考虑测量周期内航行器的运动, 另一方面没有考虑水声声速的不确定。为解决上述问题, 构建了航行器运动状态下的时间测量定位模型, 并对声速不确定性进行建模。分别推导了基于加权最小二乘的运动航行器定位方法和基于最大似然估计的声速更新方法。利用所提模型和时间测量, 不仅可以估计航行器位置, 还可以更新声速。仿真结果验证了本文所提方法在各种参数设置下均优于现有方法, 并且在时间测量噪声不大时可以达到克拉美罗下界(Cramer-Rao lower bound, CRLB), 在时间误差不大时, 声速更新结果显著提高。