面向实船运动特性的轨迹发生器设计

为提高轨迹发生器生成的仿真数据与实船运动状态的符合性,设计了一种面向实船运动特性的船舶轨迹发生器。利用GPR-DBSCAN算法,将实测数据识别分割成不同运动状态,再结合船舶运动学和动力学方程,建立了不同运动状态的船舶运动数学模型,并给出了姿态速度和位置(AVP)、惯性测量单元(IMU)数据生成算法。最后利用非线性回归辨识模型中的未知参数,完成船舶轨迹发生器的构建。仿真和实测数据验证结果表明,构建的船舶轨迹发生器与PSINS工具箱中的轨迹发生器相比,位置、航速和航向准确度分别提高了46.73%、6.91%和40.71%,更符合实船运动特性。

极区横向坐标系的极球面投影特性及使用方法

根据极区横向坐标系与航海图配合使用需要,研究了极球面投影极区航海图上横向坐标系的投影特性及使用方法。首先,根据横向坐标系定义和极球面投影公式,推导了极球面投影海图上横向坐标系经纬线和子午线收敛角的投影公式;然后,结合极区航海图的图幅规格、类型和航海绘算要求,对单幅海图上横向经纬线格网形态和横向子午线收敛角分布特性进行了定量分析,给出了图上横向坐标系格网及横向子午线收敛角的使用方法;最后,根据极球面投影航海图上各航向基准的几何关系,得到基于横向子午线收敛角的横向航向、真航向和地理航向的相互转换关系,形成了横向坐标系在极球面投影极区航海图上的初步使用方案,可为后续极区航海图编制使用、电子海图显示及信息系统研制提供参考依据。

轨迹发生器的研究进展与展望

轨迹发生器是对惯性导航系统及其组合导航系统进行算法研究和仿真验证的重要工具之一。首先,通过梳理分析轨迹发生器在不同运载体的研究现状,概述理想型、数值算法型、数学模型型轨迹发生器的设计方法与主要思路;然后,归纳研究重点,对3类轨迹发生器进行仿真对比,分析3类轨迹发生器的特性和问题;最后,对轨迹发生器下一步的研究进行展望,为该领域的研究提供一定的思路。

组合导航系统新息自适应卡尔曼滤波算法

全球定位系统(GPS)量测噪声的不稳定变化将造成惯性导航系统(INS)/GPS舰用组合系统卡尔曼滤波器性能下降,在对自适应卡尔曼滤波器分析的基础上,提出了一种新的基于新息估计的自适应卡尔曼滤波算法.该算法通过计算新息方差强度的极大似然估计最优估计,将新息方差计算直接引入卡尔曼滤波器的增益计算.仿真结果表明,本文方法较标准卡尔曼滤波器可以提高系统精度和抗干扰能力.

基于投影寻踪学习网络模型的光纤陀螺漂移估计器设计(英文)

环境温度变化造成的复杂漂移(温度漂移)始终是制约光纤陀螺(FOG)性能提高的重要因素。FOG温度漂移本质上是一组与温度有关的多变量非线性时间序列。在这一领域首次采用投影寻踪学习网络(PPLN)方法设计FOG温度漂移在线估计器。相对于传统的神经网络技术,PPLN采用批量学习和参数交替优化的训练算法,可以自适应确定神经网络的规模、参数和神经元函数,不仅具有简捷的网络结构和较强的鲁棒性和模型辨识能力,还可以有效克服学习过程局部极限问题。基于该方法设计PPLN漂移估计器对某型FOG温度漂移进行估计。采用试验实测数据对所提方法进行验证,并采用传统反向传播神经网络(BPNN)的方法进行比较,计算分析结果表明,PPLN漂移估计器具有更好的估计精度和鲁棒性,尤其在陀螺温度不正常变化时对当前漂移的估计精度可以提高至少2倍。

组合导航智能信息融合自适应滤波算法分析

针对当前自适应组合导航系统算法的研究趋势,总结了卡尔曼滤波技术的缺陷和利用智能融合技术提高滤波器性能的设计思想。对模糊控制自适应算法(FIR AKF)、神经网络自适应算法(NN AKF)和自适应神经网络模糊推理自适应算法(ANFIS AKF)进行了分析。着重研究FIR AKF采用滤波器新息序列和外系统状态的模糊控制器关键的模糊规则设计问题;分析NN AKF在组合导航系统模型调整、故障检测和隔离中的应用方法,并给出ANFIS AKF利用神经网络自动生成推理规则和建立自适应组合导航系统的基本方法。

基于统一横向坐标系的极区地球椭球模型导航方法

针对现有横向坐标系惯导编排在极区导航应用中导航参数转换复杂、不同导航系统间信息交联困难等问题,提出了一种基于统一横向坐标系的极区地球椭球模型惯导编排方案,由传统地球坐标系绕y轴旋转-90°定义横向坐标系,实现横向地理坐标系和格林尼治格网坐标系的统一,解决参数转换与信息交联问题。在此基础上,推导了基于地球椭球模型的惯导编排方案,并解决了统一横向坐标系下横向经纬线不正交的问题。最后,通过中高纬度地区进行惯导实测数据解算与极区仿真试验,验证了坐标系在极区的正确性和适用性。极区仿真所得误差结果 48 h内各项误差符合惯性元件引起的系统误差发散规律,满足极区导航要求。

光纤陀螺温度漂移模型的PPLN辨识

环境温度变化造成的较大温度漂移始终是制约光纤陀螺(FOG)性能提高的重要因素.FOG温度漂移本质上是一组与温度有关的多变量非线性时间序列,为此采用投影寻踪学习网络(PPLN)方法建立新的FOG温度漂移模型.该方法结合了统计学中投影寻踪算法节点函数灵活的非参数估计特点和人工神经网络的自学习功能,具有简捷的网络结构和良好的鲁棒性能,对未知模型辨识能力较强.将该方法应用于某型FOG温漂模型实测数据的辨识中,经验证表明其具有良好的预测效果.

基于GPS姿态测量系统的综合导航系统研究

GPS 系统具有较高的航向和姿态测量精度,且无漂移误差。文中基于新型的 GPS 测姿系统,建立了一种 GPS/INS 综合导航系统。研究了以位置、速度和姿态信息作为观测量的 INS/GPS 综合导航系统滤波方法,给出了系统的误差方程,并针对舰船运动模型进行了卡尔曼滤波算法研究。分析表明,增加姿态信息作为观测量可有效地提高系统导航参数的估计精度和速度。

单基线GPS动态航向测量与误差分析

针对GPS天线安装偏差在动态、实时情况下导致测量设备空间参考基准不一致,进而产生GPS航向测量误差的问题,采用空间投影的方法,分析了船体纵横摇、GPS天线高程差、方位偏差、GPS测量基线长和基座高程差等因素对GPS航向的影响,推导了GPS动态航向测量模型的误差补偿方程。仿真结果表明,方位偏差和船体横摇角分别是舰船静态和动态情况下GPS航向测量误差的主要影响因素。以某型高精度INS导航参数为基准,对GPS实测数据进行评估,试验结果表明,误差补偿后的GPS航向与INS航向的差值在均值统计上相差0.001°,证实了补偿模型提高GPS航向测量精度的有效性。

陀螺仪在线性能及故障诊断AR模型和神经网络方法的研究

本文着眼于惯导系统中在线运行的陀螺仪性能和故障诊断的研究。针对无故障和两种故障下采集到的陀螺仪前置放大器在线输出信号 ,分别采用 AR模型法和神经网络法进行分析 ,并绘出相应的模型功率谱图。通过比较和分析之后 。

水下PNT体系信息架构及关键问题

卫星导航系统固有的弱点与脆弱性制约了其水下应用,因此针对水下用户的定位导航授时(PNT)信息需求,迫切需要建设可提供全时全域、实用有效、安全可靠的PNT信息服务的水下PNT体系。针对水下PNT体系的顶层设计问题,重点探讨了PNT体系架构的核心信息架构设计及相关关键问题。系统分析了水下PNT体系建设的特殊性以及水下用户对于水下PNT服务的需求。在水下PNT体系构建原则的基础上,重点介绍了感知层、预处理参量层、本地时空参数层、环境信息层、多源信息融合层、系统应用服务层、体系服务管理层等七层水下PNT信息体系架构。总结了水下PNT体系构建时所涉及的关键科学问题和技术问题,并分析了后续水下PNT体系的主要研究方向。

用灰色理论和神经网络理论建立陀螺漂移模型初探

本文就灰色理论和神经网络技术在建立陀螺漂移模型上的应用进行了初步探讨；介绍了这两种理论工程应用上的方法和特点以及相关的一些问题。

联合直接攻击弹药精确制导技术分析

从技术分析的角度对联合直接攻击弹药(JDAM)的武器制导系统进行了研究。安装JDAM制导控制装置的弹药武器,通过GPS/INS组合制导和尾翼调节,控制武器精确命中目标。在对JDAM系统组成和精度分析的基础上,详细讨论了JDAM系统的卡尔曼滤波器、捷联惯性导航技术、传递对准和GPS辅助惯性制导等技术。对设计中遇到主要的技术难点和相应的解决途径也进行了分析。

GPS姿态测量系统在高精度计程仪速度标定中的应用

文章为解决高精度计程仪速度标定问题,利用TrimbleMS860DGPS姿态测量系统提供的航向、位置和时间信息,建立了舰船高精度速度参考测量系统。试验表明,这一新方法不仅可以有效完成计程仪速度精度标定,还实现了自动化测试和数据集中采集,克服了以往方法上的不足。

基于a&ω六自由度运动模型的船舶运动参数发生器

针对航海模拟器中船舶运动数学模型建立过程过于复杂、仿真的有效性难以验证的问题,结合船舶自身机动特点设计了一种新的船舶运动参数发生器,可生成航海模拟器所需的各船舶运动参数。首先,在响应模型的基础上,建立了基于线加速度和角速度(linear acceleration and angular velocity,a&ω)的船舶运动模型。然后,通过船舶运动微分方程求解了船舶位置、速度、姿态、航向等运动参数信息。最后,提出相似度评估指标并将其应用于基于实测数据的仿真的验证。仿真验证结果表明,船舶运动参数发生器能有效地模拟船舶在多种机动状况下的运动,各船舶运动参数的相似度均在80%以上,是一种有效的航海模拟器的船舶运动模拟仿真研究方法。

基于Pcomm组合导航系统高效串行通讯技术实现

为使组合导航系统串行通讯满足多通道、稳定、快速等多种特殊要求,在对常规WindowsAPI函数、多线程控制和异步OverlappedI/O等技术利弊分析的基础上,采用面向对象的程序设计方法,对MoxaPcomm函数库功能进行了分析和封装,建立了一种新的高速串行通讯类的通讯程序设计方法。该技术方法在Windows平台的组合导航系统设计中得到了有效的验证和应用,可使通用串行通讯程序的设计更加简便、紧凑、可靠和易于维护。

OAS/INS/GPS/APS舰艇组合导航系统设计与仿真

舰艇高精度导航需求日益迫切,设计的组合导航系统可以使舰艇在水上水下一些特殊环境下实现高精度航向和定位测量。系统设计和利用了三种新型导航系统作为导航分系统,分别为光学标校系统(OAS)、水声定位系统(APS)和GPS姿态测量系统。为了克服惯性导航系统(INS)系统的积累误差以及GPS、APS和OAS系统各自的缺陷,采用联邦卡尔曼滤波技术,设计了OAS/INS/GPS/APS组合导航系统滤波算法,仿真结果验证了算法的有效性,表明基于上述系统的组合导航系统可以获得较高的航向定位精度。

国内船用光纤陀螺罗经最新技术发展

目前,船用光纤陀螺罗经已具备较高的综合性能,是船用罗经的最新产品形式,成为近年来国内航海导航领域关注的热点。因此,首先在简要回顾船用陀螺罗经发展历史的基础上,指出船用光纤陀螺罗经不同于传统罗经的新功能特点;然后,从惯性器件、系统控制技术、整机设计技术三个方面,对船用光纤陀螺罗经技术的发展进步进行了总结和分析;最后,对光纤陀螺罗经的技术水平和未来发展方向进行了探讨。

基于船舶水动力的六自由度a&ω运动参数发生器

针对传统轨迹发生器生成的轨迹和运动参数不符合实船特性问题,依据分离式结构模型六自由度船舶运动方程,分析不同运动状态的船体、桨、舵的水动力和力矩,推导静水条件下六自由度线加速度和角速度(a&ω)模型;提出以档位固联转速建立纵向线加速度的二阶模型,用二阶系统的阻尼比和自然频率表示档位切换时船舶的加、减速性能;采取极大似然估计的递推算法辨识模型中的未知参数;基于某船的实测数据,验证该运动参数发生器的有效性,并评估仿真准确度。仿真结果表明,该发生器能够生成线加速度、角速度、姿态、速度、位置共计15维运动参数,且各运动参数的准确度在95%以上。