一种新型UUV半实物仿真系统设计与实现

针对UUV导航与控制系统高精度仿真的需要,设计了一种支持捷联惯导、多普勒测速仪、深度传感器和GPS接收机接入的半实物仿真系统,解决了GPS卫星导航信号仿真、多普勒测速仪水声回波模拟和UUV深浅水航行深度模拟问题,进行了导航与控制系统的半实物仿真试验,分别测试了GPS导航仿真子系统、多普勒测速仿真子系统和深度模拟子系统。试验结果表明,该仿真系统满足了仿真实时性和计算精度的要求,对于UUV研制具有重要的应用价值。

Abstract：

To satisfy the requirement of high accuracy simulation of complicated navigation and control system of unmanned underwater vehicle, a new plan of simulation system was proposed, which afforded the interface environment for SINS, Doppler velocity instrument, depth sensor and GPS receiver. The GPS satellite navigation signal simulation, the acoustic echo of Doppler velocity instrument and the sailing depth simulation were solved. The simulation experimentation combining hardware was processed, and the GPS simulation subsystem, the Doppler velocity simulation subsystem and the sailing depth simulation subsystem were all tested. The results show that the simulation system meets the real-time and accuracy requirements, and the system has important application value for UUV development.     

GFMIMU/GPS组合导航系统信息融合技术研究

GFMIMU/GPS(Gyroscope Free Micro Inertial Measurement Unit/Global Positioning System)组合导航系统具有抗高g值冲击、低成本、长寿命、较高精度等优点,在低成本精确制导武器和微小型无人机具有广阔的应用前景。针对工程应用中信息融合的精度和实时性两方面的要求,运用基于模型误差预测的扩展卡尔曼滤波MEP-EKF(Extended Kalman Filter base on Model Error Predictive)方法,将MEMS(Micro Electromechanical Systems)加速度计的误差作为模型误差来考虑,对GFMIMU/GPS组合导航系统进行建模仿真,将其与EKF和UKF(Unscented Kalman Filter)方法进行了仿真比较,在方位误差角的估计上取得了比他们精度高的仿真结果,而且MEP-EKF所需时间是UKF的10%.     

一种基于FFT的高动态GPS信号快速捕获方法

对高动态GPS信号快速捕获问题进行了研究,提出了一种适应高动态环境,捕获时间短的捕获方法。该方法采用多普勒频域串行捕获,时域由FFT代替滑动相关的并行捕获的二维策略,从而大大提高了高动态GPS接收机的信号捕获性能。分析了基于FFT的快速捕获原理和软件实现,并通过对实测的GPS信号的捕获验证了该捕获方法的正确性。     

基于小波处理的P码直捕及实现研究

相对于C/A码,GPS的P码信号不仅定位精度高,且具有很强的抗干扰和保密能力。由于P码信号具有多普勒频移大、码周期长以及码速率高等特点,给P码的直接捕获带来了很大的技术难度。提出了采用小波滤波进行辅助捕获的捕获策略。在辅助捕获阶段,通过小波处理,减低需处理数据的数据率,从而提高了搜索速度,经二维搜索估计出接收P码信号的相对时延和多普勒频率等先验信息。利用该先验信息指导同步跟踪电路对接收信号进行捕获、跟踪与同步,从而达到提高捕获速度、降低硬件资源消耗的目的。仿真结果证明了该辅助捕获策略的正确性。     

基于GPS载噪比下降的太阳射电暴检测方法

利用太阳射电暴影响全球定位系统(global positioning system, GPS)性能这一特征,提出一种基于GPS载噪比下降的太阳射电暴检测方法。首先计算观测地的太阳高度角,接着筛选出“降点”和“升点”用于确定单个观测地单颗卫星的波谷时间区间,最后综合多颗卫星和多个观测地得到太阳射电暴的检测结果。实验结果表明:太阳射电暴检出率随太阳入射角的增大而增大,在L2频段对600太阳流量单位(solar flux unit, SFU)以上的太阳射电暴检出率达到80%以上,在L2频段检出效果优于L1。该检测方法识别率高,成本低,不依赖于射电望远镜,能进行全天候实时的监测。     

基于矢量频率锁定环的高动态GPS信号跟踪

研究了高动态环境下矢量跟踪算法在GPS接收机中的应用,提出了一种适合高动态环境的矢量频率跟踪算法。当接收机存在高动态时,与由其引起的多普勒频率的变化率相比,由卫星运动引起的多普勒频率的变化率非常小,多普勒频率的变化主要由接收机的动态引起。对各个通道来说接收机的速度与加速度等状态信息是共同的,因此利用矢量跟踪的方法从各个通道的量测数据中直接估计接收机的速度、加速度等状态,可以有比通常的标量跟踪更低的跟踪门限,而在相同的载噪比下,可以有比通常的标量跟踪更好的估计精度。给出了一种适合高动态环境的矢量频率锁定环(VFLL)的结构,详细分析了导航滤波器的系统转移方程与量测方程,讨论了导航滤波器的实现。利用非线性估计的方法代替鉴频器提取频率误差,提高矢量跟踪的性能。由于矢量跟踪的性能是与想定相关的,在典型的高动态情景下,根据具体的想定,利用仿真的方法分析了矢量频率锁定环的跟踪性能。仿真结果表明矢量跟踪在高动态环境下可以有比标量跟踪更好的优势,能很好地跟踪GPS接收机的高动态信号。     

用于组合测姿的Kalman渐消因子自适应估计算法

提出了适用于姿态测量的Kalman滤波渐消因子自适应估计算法,滤波中采用序贯处理的方法计算出每个量测量对应的渐消因子,在位置速度组合导航系统中,只有位置、速度的误差状态是直接可观测的,用序贯滤波处理计算得到的渐消因子对协方差阵中对应于位置和速度误差状态的对角元素进行自适应控制,抑制滤波发散,提高位置、速度和姿态的测量精度。半实物仿真表明,与原来的算法相比,修改后的方法不仅能够提供高精度位置、速度信息,而且还可以提供高精度姿态信息,其中航向误差在0.08°以下,俯仰和横滚误差在0.02°左右。     

未知噪声统计的交错估计GPS导航定位算法

将未知噪声统计量的估计与信号状态估计交替进行的算法引入 Ｇ Ｐ Ｓ定位,计算机模拟结果表明效果很好。     

用GPS和随机减量技术对悬索桥实时监测

为连续实时监测大跨桥梁的抗风、抗震重要参数——位移、转角和频率 ,通过比较几种桥梁传统的位移测量方法 ,提出利用 GPS实时监测悬索桥位移和转角的新方法。介绍了其测量系统和特点 ,在此基础上 ,利用基于随机减量的 FFT时域模态识别技术对虎门大桥进行实时模态分析 ,并同有限元数值分析结果和加速度计的实地测量结果相比较 ,得出 GPS技术与随机减量技术相结合可实现大桥连续实时监测的结论     

全球定位技术与精细农业

介绍了全球定位系统 (GPS)星座的建设与发展及GPS系统的组成 ,阐述了GPS技术的基本工作原理和方法 ,美国对其相关政策的变化及其最新进展情况 ;另一方面 ,从引入数字地球技术和世界可持续发展的战略思想出发 ,介绍了正在兴起的令世人关注的精细农业技术 ,阐明了其思想体系 ,基本技术及实施状况 ,并概述了其在国内外的发展现状和发展趋势 ,以及GPS技术在现代农业中的重要应用和发展前景