基于载噪比模型加权的GNSS双频载波和差联合跟踪算法优化与分析

前期发展的全球导航卫星系统(global navigation satellite system, GNSS)双频载波和差联合跟踪算法存在双频信号载噪比不一致情况下双频信号跟踪稳定度和跟踪精度较差问题,对此提出了优化改进的算法。针对实际应用中共星双频信号存在的信号载噪比不同情况,优化原有双频载波和差联合跟踪环路结构,基于载噪比模型计算GNSS双频信号在双频载波和差联合跟踪环路中的加权值,利用该加权值实现共星双频信号的载波和差联合跟踪。算法理论分析和仿真结果表明,优化后的基于载噪比模型加权的GNSS双频载波联合跟踪算法更加适用于实际应用条件,能够提高原有算法在双频信号载噪比不一致情况下共星双频信号跟踪稳定性和跟踪精度。     

高动态跳频载波跟踪技术

在无人机或导弹等高速运动目标间建立稳定、可靠的通信链路,需要突破高动态下的载波跟踪技术,考虑跳频通信系统的突发传输模式,本文提出基于开环最大似然估计(maximum likelihood estimation,MLE)和扩展卡尔曼滤波跟踪算法的高动态载波信号跟踪技术.通过理论和仿真分析证实了该算法可有效克服传统环路的缺...     

基于各向异性参数模型的六自由度电磁跟踪系统

为了解决六自由度电磁跟踪系统三轴增益不一致带来的参数计算精度降低问题,提出了各向异性参数的模型.由三轴线圈匝数、面积、激励电流幅值和频率、电路增益决定各向异性参数的数值.在磁偶极子近场模型基础上推导出了包含各向异性参数的电磁跟踪系统模型.结合基于最大单位指向矢的跟踪算法和特征向量法求解位置参数,提高了算法的稳定性,克服了原跟踪算法位置参数求解局部误差放大的问题.,由接收信号矩阵直接推导姿态变换矩阵的表达式,避免了误差积累.该模型符合系统的实际运行环境,降低了硬件设计难度.实验结果验证了模型的正确性,提高了系统定位的精度.     

基于环境适应性的无人机电磁仿真研究

电磁环境的日益恶化使得无人机面临着前所未有的威胁。本文通过分析可能遭遇的电磁信号，结合战场电磁环境数据库和任务飞行规划，对基于环境适应性的无人机电磁半实物仿真技术进行了研究，并依据外界电磁环境对无人机的威胁途径，在一定程度上可归结为天线端口和机载电缆，提出了天线端口注入和机载电缆注入的电磁环境仿真方法，从而克服了传统全实物仿真中无法动态仿真电磁环境的弊端，降低了对仿真试验设备和场地的要求。     

高动态GPS载波跟踪算法研究

为了寻求更好的高动态GPS载波跟踪解决方案,设计了适于高动态环境的基于参数估计的载波跟踪环路,分析了高动态GPS载波跟踪系统模型,比较了EKF、UKF和PF三种滤波算法的参数估计性能。在此基础上,完成了基于EKF、UKF和PF的载波跟踪环路的设计,并以JPL提出的高动态模型为例进行仿真验证。仿真结果表明,虽然这三种算法均能实现对高动态信号的精确跟踪,但总体而言,基于PF的载波跟踪环路具有更好的动态适应能力。另外,鉴于高动态GPS接收机应用场合的特殊性,又对PF滤波算法在非线性、非高斯GPS载波系统的假设下进行了仿真验证,结果显示了应用粒子滤波算法解决非高斯噪声干扰载波跟踪问题的可行性。     

窄带水声信号的分布式检测融合

研究了分布式检测融合系统的融合算法，及其在水声信号检测中的应用。提出了一种基于软决策融合的水声信号检测融合算法，并结合窄带声呐信号检测系统，给出了融合系统检测性能的计算机仿真结果。仿真结果表明，采用检测融合技术可大幅度地提高水声信号检测系统的检测性能。     

天气变化时光伏并网系统MPPT算法的仿真研究

光伏并网系统在天气快速变化时,采用传统的扰动观测算法会产生误判。针对这一问题,对dP-P&O算法进行了改进,提出了dP-P&O-dP最大功率跟踪算法,进一步减少了最大功率跟踪过程中的误判现象。引入了变步长的方法解决了跟踪快速性与稳态稳定性难以兼顾的问题,并给出了步长系数的设计原则。在详细分析光伏阵列输出特性的基础上,建立了其随光照变化的仿真模型,并且简化了并网逆变器的模型,采用MATLAB中的S函数编写了提出的最大功率跟踪算法的仿真算法,大大提高了仿真的速度。通过对仿真结果的比较分析,表明了该算法的正确性和有效性。     

超声波检测系统中电磁干扰模型仿真与分析

超声波无损检测系统中PWM放大器所产生的电磁噪声严重影响信号的分析和读取,本文采用理论分析和仿真实验得出了一种抑制干扰,提高信噪比的可行方法,并在实际应用中取得良好效果.     

星载GPS低轨卫星跟踪数据的建模与仿真

在研究星载GPS低轨卫星系统的基础上，建立了星载GPS低轨卫星跟踪数据的仿真模型，编制了相应的计算机程序。仿真模型包括卫星参数模型、动力学模型和观测误差模型。仿真计算表明，卫星参数模型和动力学模型真实地反映了卫星的运动规律；误差模型反映了观测环境对信号的传播影响。同时可以调节和选择仿真模型的参数，仿真采用不同高度、具有不同星体参数的低轨卫星和具有不同误差大小的跟踪数据，这对于论证星载GPS定轨方案、评价定轨算法、设计GPS接收机等有一定的实用价值。     

基于扩展量测的球坐标系中水下目标跟踪算法的研究

基于自适应高斯模型，提出了球坐标系中扩展量测的水下目标跟踪，导出了目标模型和目标运动状态的坐标转换公式，推导了基于扩展量测的球坐标系目标跟踪算法，给出了Monte carlo仿真结果。结果表明：本文提出的跟踪算法不但能够提高目标距离的稳态跟踪精度，而且能够提高目标方位角和俯仰角的稳态跟踪精度，改善系统的动态收敛特性。     

电磁跟踪系统磁场畸变规律数值模拟及校正方法

电磁跟踪系统参数定位精度易受工作环境中金属物体的影响。为了研究由于金属干扰导致电磁跟踪系统空间磁场的畸变规律,采用基于消息传递模式的网络并行计算系统和区域分割技术实现了并行时域有限差分算法。引入快速傅里叶变换算法,克服了系统激励源频率较低难以模拟的困难。通过对磁场畸变规律的研究,引入误差校正矩阵,通过修正发射矩阵进而校正磁场畸变引起的目标参数定位误差。采用正交多项式拟合的算法求解误差校正矩阵,数值模拟结果验证了校正方法的正确性,可以明显提高磁场畸变时系统参数的定位精度。磁场畸变规律的数值模拟,降低了系统实时数据采集的工作量,提高了系统校正方法检验的快速性。     

海流扰动下无人水下航行器的动态面反演轨迹跟踪控制

针对存在未知海流扰动条件下无人水下航行器(unmanned underwater vehicle, UUV)的轨迹跟踪控制问题, 提出一种欠驱动UUV的动态面反演轨迹跟踪控制方法。首先, 设计一种改进型海流扰动观测器来估测航行器动力学模型中存在的未知海流扰动。然后, 采用反演法并结合动态面控制技术设计三维轨迹跟踪控制器, 将控制算法中微分运算转换为简单且易于实现的代数运算, 降低控制算法复杂性的同时避免“微分爆炸”问题, 结合李雅普诺夫理论证明系统闭环稳定性。最后, 对所设计的控制器进行仿真验证, 结果表明所设计观测器能够有效应对时变海流干扰问题, 精确地完成UUV的轨迹跟踪控制任务。     

基于标签多贝努利多传感器组网目标跟踪算法

随着电磁环境的日益复杂, 强干扰和高杂波带来的目标低检测概率问题日益突出, 给探测系统准确估计监测区域内目标个数以及目标状态带来了新的挑战。针对低检测概率问题, 提出随机有限集框架下基于标签多贝努利(labelled multi-Bernoulli, LMB)多传感器组网目标跟踪算法。该算法首次将LMB框架应用到不同探测范围的多传感器组网目标跟踪场景中, 实现了多目标跟踪目标数和相应状态稳定估计。仿真结果表明, 所提方法不仅能在低检测概率条件下获得目标稳定的航迹估计, 及时捕捉目标新生、消亡等事件, 还能有效叠加不同传感器不同探测范围, 充分发挥多传感器优势。     

基于ANFIS的自适应机动目标状态估计算法

针对基于当前统计(current statistics,CS)模型的机动目标状态估计算法对机动目标加速度的极限值依赖性大的缺陷,提出了一种利用自适应神经网络-模糊推理系统(adaptive neuro-fuzzy inference system, ANFIS)自适应调整目标状态噪声方差的方法。首先利用ANFIS算法对目标机动强度进行估计,进而对目标状态噪声协方差矩阵进行自适应调整;然后利用粒子滤波(particle filter, PF)算法对目标状态进行估计。仿真结果表明,与该方法能够有效提高目标状态估计的精度。     

空基外辐射源定位系统的观测站航迹优化

针对空基外辐射源定位(airborne passive coherent location, APCL)系统容易出现可观测性差、定位性能不稳定的问题,提出了观测站航迹优化算法以提高系统的定位跟踪性能。首先,建立APCL系统的二维运动学模型与量测方程,并选取系统可观测度和几何精度因子(geometrical dilution of precision, GDOP)作为优化指标,推导出航迹优化函数。然后,使用加权离散搜索优化算法控制观测站机动至最优观测位置,并以容积卡尔曼滤波(cubature Kalman filter, CKF)为工具,对目标和外辐射源进行定位跟踪。仿真结果表明,观测站采用航迹优化算法能大幅提高系统定位的稳定性,显著减小跟踪估计误差。     

分布式多传感器融合多目标跟踪方法

为实现杂波干扰环境中对密集多目标的精确跟踪,对于分布式多传感器融合多目标跟踪系统,提出一种序贯处理的航迹关联算法。其中航迹关联采用了粗、精关联相结合的方法,航迹融合采用了序贯的融合方法。本文算法在保证航迹关联正确的同时,大大降低了计算量。仿真实验结果说明了本文方法的有效性。     

空基外辐射源定位系统的观测站航迹优化

针对空基外辐射源定位(airborne passive coherent location, APCL)系统容易出现可观测性差、定位性能不稳定的问题,提出了观测站航迹优化算法以提高系统的定位跟踪性能。首先，建立APCL系统的二维运动学模型与量测方程,并选取系统可观测度和几何精度因子(geometrical dilution of precision, GDOP)作为优化指标,推导出航迹优化函数。然后，使用加权离散搜索优化算法控制观测站机动至最优观测位置,并以容积卡尔曼滤波(cubature Kalman filter, CKF)为工具,对目标和外辐射源进行定位跟踪。仿真结果表明,观测站采用航迹优化算法能大幅提高系统定位的稳定性,显著减小跟踪估计误差。     

转台外置的空馈式低频寻的制导半实物仿真研究

隐身目标的低频探测与跟踪制导对半实物仿真验证技术提出新的要求。内置转台容易对导引头产生电磁干扰。提出转台外置的空馈式低频寻的制导半实物仿真系统的技术方案,并建立了空馈式低频制导仿真计算模型,采用转台外置彻底消除了转台电磁干扰对导引头的影响。构建了非惯性空间运动的仿真环境,解决了半实物仿真中多重空间的信息融合问题。采用数字仿真的方式完成了仿真方法的可行性验证。验证结果表明转台外置形式可在基本不影响仿真结果的前提下消除对导引头的电磁干扰。     

基于卷积粒子滤波的交互式多模型算法

针对噪声分布未知环境下的非线性目标跟踪,提出了基于卷积粒子滤波的交互式多模型算法。该算法利用卷积粒子滤波器并行地运行多个模型,对前一时刻每个模型的状态后验概率密度进行交互,从交互后的概率密度中采样作为当前时刻滤波器的初始粒子,对当前时刻每个模型的状态后验概率密度进行加权作为系统输出。与基于粒子滤波的交互式多模型算法相比,算法消除了对量测噪声分布的依赖,提高了效费比,理论分析和仿真结果证明了该算法的有效性。     

基于"当前"统计模型的模糊自适应跟踪算法

“当前”统计模型需要预先设定目标最大机动加速度，不能很好的适应各种机动情况。采用模糊推理的方法根据测量新息和新息变化率实时调整目标最大机动加速度，自适应各种机动情况。此外，针对多数传感器测量方程的非线性，采用性能较好的Unscented Kalman Filter代替常用的扩展卡尔曼滤波。仿真结果表明，该算法在跟踪精度和收敛速度都优于传统的基于“当前”统计模型的跟踪算法。