水声工程专业研究生课程“学、研、践”教学探索——以随机过程课程为例

以紧贴强国强军需要、提升人才培养质量为根本任务,该文结合水声工程专业的研究生培养需求,对专业必修课随机过程在“学、研、践”方面进行教学探索与实践。在“学”的方面,采用设计思维导图、加强知识关联、引入实际用例等手段,加深学生对随机过程知识的理解和掌握;在“研”的方面,为顺应新工科发展需求,选取隐马尔可夫过程、马尔可夫随机场、马尔可夫链蒙特卡洛方法、马尔可夫决策过程和贝叶斯滤波五个内容,采用翻转课堂的手段,增强学生对前沿基础知识的研究;在“践”的方面,设计海洋混响场建模、舰船辐射噪声分析、舰船健康度评估、水声稀疏信道估计、水下滑翔机路径规划、声纳图像目标检测和水下机动目标跟踪等水声工程专业相关的开放式题目,通过学生分组合作的方式将所学知识用于解决实际科学问题,从而既提升学生对基础知识的掌握,又提升科学研究水平。

新工科背景下思维导图在教学过程中的设计方式与教学效果分析

该文针对新工科时代背景下要求大学生要具备跨专业思考、多学科融合、综合运用各专业知识解决问题的能力,提出“思维导图导引教学+思维导图课后作业建立知识体系”的教学方式。该文首先论述思维导图引入课堂授课的可行性。然后,论述“思维导图导引教学+思维导图课后作业建立知识体系”的教学方式的详细内涵。最后,作者选取2019级、2020级电路与电子技术授课本科生(观察组:引入思维导图;对照组:传统教学模式)为研究对象。数据结果表明,利用思维导图对专业知识的整理学习,对学生在知识体系架构构建、知识点串联、多知识点综合应用、问题现象主观分析等方面有较大的帮助,不仅对学生在本门课程的学习过程起到助力作用,还对课程学习内容在日后的后续课程学习、研究生课题研究过程奠定基础。

MIMU辅助无人机相关干涉仪测向方法研究

机载相关干涉测向技术近年来发展迅速,其中微型旋翼无人机凭借悬停飞行能力,为测向系统提供了良好的工作环境,被广泛应用于侦察、救援和救灾等诸多领域。干涉仪测向体制的原理是通过测量位于不同电波波前的天线间相位差来确定来波方位,从其原理可知,载体平台基准误差是测向的主要误差源之一,在以微型旋翼无人机为载体时,误差对测向系统的影响更为突出。针对上述问题,分析了振动对微型旋翼无人机干涉测向算法性能的影响,并提出了一种微型惯性测量单元(Miniature Inertial Measurement Unit,MIMU)辅助状态下的微型旋翼无人机强鲁棒性相关干涉仪测向方法。方法利用MIMU检测无人机振动所产生的角度干扰,根据得出的信息和改进后的干涉测向算法来校正测向结果。仿真结果表明,基于MIMU的微型旋翼无人机测向方法在振动影响下仍具有较高的测向精度,验证了该方法的有效性。

基于MEMS/超声波双足足绑式定位系统的实现

作战救灾等复杂场景下环境干扰大且难以获取外界信号、定位困难。惯性系统因其特性成为复杂场景下不可或缺的自主定位方式,但惯性器件存在累计误差,长航时状态下难以满足定位精度需求。超声波测距受环境影响小,成本较低,已成为辅助惯性器件进行行人定位的重要方式。目前惯性与超声波组合导航多为理论研究及仿真验证,少量可实现系统不便于后续研究实验的进行。针对上述问题,实现了一种基于Xsens公司MtiG710型号微机电系统(micro-electromechanical systems,MEMS)和DAKOTA公司DJIN1002超声波模块的双足足绑式定位系统,并进行实测实验验证了系统的可行性。

车载GNSS失锁下基于BPNN的微陀螺误差估计及定位方法研究

针对在全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)失锁阶段将微陀螺惯性系统作为备用定位系统时,由于微陀螺误差引起的定位误差发散问题,提出了基于后向传播神经网络(back propagation neural network,BPNN)的微陀螺误差估计及定位算法。在GNSS有效阶段为车辆提供定位信息,同时对微陀螺误差进行估计,并利用后向传播神经网络BPNN建立微陀螺误差预测模型,为GNSS失锁阶段车辆定位做准备;在GNSS失锁阶段,利用已建立好的微陀螺误差预测模型估计微陀螺误差,对微陀螺输出信息进行补偿,以抑制由陀螺误差引起的定位误差。最后利用仿真与试验验证了此方法的正确性与有效性。

UUV协同导航下MEMS陀螺仪协同标定

当无人水下航行器(UUV)协同导航水声通信在短时失效情况下协同导航不可用时,由于从UUV配备的三轴地磁传感器与两轴微机电(MEMS)陀螺仪组合姿态传感器中的MEMS陀螺仪陀螺漂移较大,导致从UUV航位推算精度较差。基于此,文中提出一种UUV协同导航下MEMS陀螺仪协同标定方法,通过可观测性分析,提出从UUV协同标定的路径设计原则。在协同标定路径下,在线解算两轴MEMS陀螺仪的陀螺漂移并补偿,以提高从UUV自身航位推算精度。仿真结果证明了在UUV协同导航下MEMS陀螺仪协同标定方法的有效性及协同标定路径设计原则的准确性。

一种新型消息驱动跳频系统及其性能分析

为了提高常规跳频系统的频谱效率,近年来消息驱动型跳频技术被提出。它采用信息序列代替伪随机序列选择跳频频点,调制效率大幅提升,其代价是接收端需要全频带接收以判断跳频点位置,解调复杂度较高,同时系统性能受衰落信道的影响较大。为了解决消息驱动跳频实现复杂度过高的问题,本文提出一种基于IFFT/FFT架构的新型消息驱动跳频系统,并在该架构下设计了一种新型OG-2FSK映射方式,对该调制方式在高斯白噪声信道和多普勒频移信道下的理论误码率公式进行了推导。仿真结果验证了公式推导的正确性,并表明在多普勒频移信道下,所提出的OG-2FSK映射方式比传统的BPSK具有更好的误码率性能。

重视报告环节培养 提升研究生综合素质

研究生的综合素质不仅包含科研创新能力,动手实践能力,发现与解决问题的能力,还包含语言表达能力,组织协调能力,团队合作能力,沟通交流能力等。在完成科研任务的基础上,如何对自己的科研成果进行更好的展示也是研究生能力培养的重中之重,因此本文就如何完善研究生报告环节的培养进行了研究。

一种频偏条件下新的Chirp-BOK分数域解调方法

为了解决频偏条件下Chirp-BOK调制的传统解调方法性能下降的问题,本文提出了一种峰值搜索-分数域非相干解调方法,将传统的固定频点采样扩展为区域峰值搜索。首先将码同步误差、多普勒频移、收发端接收机参数误差等统一为Chirp信号频率的偏移,分析了传统解调方法克服频率偏移时的不足。然后对该解调方法在AWGN信道和频偏条件下与传统方法进行对比,理论推导和仿真证明:该方法在频偏条件下具有更好的误码率性能。

考虑数值噪声的热-电耦合系统分析

由于仿真计算中数值噪声的影响,优化的设计函数常常是不光滑或不连续的,为多学科之间的解耦和优化计算带来较大困难。为此,借鉴全局优化的相关理论,提出了考虑数值噪声的热-电耦合系统分析方法。在解耦方法上,根据"同时分析和设计"(SAND)思想,将解耦问题转化为一个优化问题,在学科层引入Kriging替代模型以便过滤数值噪声,并采用极大似然估计法确定新增样本点的位置,较大程度上减少了解耦分析所需的重分析次数,通过一个典型的热-电耦合算例验证了模型和方法的有效性。

INS/DVL组合导航安装偏差的双矢量标定方法

为提高水上船舶中惯性导航系统/多普勒速度计程仪(Inertial Navigation System/Doppler Velocity Log, INS/DVL)组合导航系统定位精度,提出一种利用GPS定位信息进行矢量计算的安装偏差标定方法,该方法只需船舶以直线沿不同方向航行2段距离,依托GPS下的速度信息进行矢量计算,即可标定INS与DVL之间的安装偏差。试验结果表明,用该方法能够可靠地标定DVL的安装偏差,将标定结果代入评估后,组合导航精度得到有效提高。

相对地理系旋转的调制方案设计原则研究

旋转方案是调制型捷联惯导系统的核心组成部分,如何制定旋转方案也是系统导航前的必要工作之一。本文在详细分析惯性组件各误差项在绕不同轴旋转、在不同停位位置对系统导航影响形式的基础上,提出了相对地理系旋转的调制方案设计原则,并设计了单轴正反转停方案。最后利用仿真加以验证,结果表明,该旋转方案能够有效地抑制惯导系统定位误差。

CCD星敏感器辅助光纤陀螺在线标定技术

首先建立陀螺在线标定模型,然后以电荷耦合器件星敏感器输出的姿态四元数和陀螺输出的载体相对于惯性空间的姿态四元数构造量测量,采用模型预测滤波与扩展卡尔曼滤波相结合的方法,将部分陀螺误差项作为模型误差,在线实时估计并修正系统模型,提高了状态估计的精度,最后对该算法进行了数学仿真。仿真结果表明,该方法能有效地完成陀螺在线标定,标定精度和速度明显优于传统方法。这种在线标定的处理方法在实际使用和维护中具有极大便利。

三轴旋转捷联惯导系统旋转方案设计

为了弥补在调制型捷联惯导系统中,相对地理系的旋转方案无法抵消陀螺仪各误差项与地球自转角速度耦合项的缺点,提出了相对地心惯性系的三轴旋转方案。在分析了调制型捷联惯导系统中惯性器件常值偏差的误差传播规律后,结合其误差传播特性提出相对地心惯性系三轴旋转方案的旋转路径设计原则,并依据该原则设计了三轴四位置旋转方案。利用仿真实验和实物试验验证了该旋转方案的正确性,并将试验结果与相对地理系的旋转方案进行对比,对比结果表明该方案能够消除惯性器件所有常值偏差对导航信息的影响。

基于惯性系重力的高精度水平姿态确定方法

针对舰载星敏感器定位需依赖外部提供的水平姿态基准,提出了一种基于惯性系重力的高精度水平姿态确定方法。该方法利用星敏感器输出的载体系相对于惯性系的姿态转换矩阵,将加速度计的测量信息投影转换至惯性坐标系,设计自适应滤波器对加速度计投影后信息进行滤波,最大限度地对风浪和加速度计的噪声等外部干扰信息进行剔除,根据提取出的较纯净的重力矢量信息解算高精度的水平姿态,把这一高精度水平姿态作为星敏感器定位所需外部水平基准。仿真结果表明,该方法能有效剔除舰船海上航行时的各种扰动信息,水平姿态精度较高且误差不随时间积累,进而提高了星敏感器的定位精度,满足舰船长时间海上航行对于导航精度的要求。

调制型捷联惯导系统可观测性分析及在线标定技术研究

针对调制型捷联惯导系统(modulated strapdown inertial navigation system,MSINS),提出了惯性组件(inertial navigation unit,IMU)的在线标定路径设计原则。首先根据IMU输出误差模型建立了系统误差模型,而后利用该模型,分析了载体无加速运动且转台静止情况下的可观测性,分析结果表明该状态下有一半状态量不可观测;针对该现象,对系统模型进行了能观测性分解,通过分解结果观察无法估计的状态量,并且得到了分解后系统的可观测性矩阵,在此基础上,推导了满足该矩阵满秩的IMU运动原则,由此归纳出IMU在线标定路径设计原则;最后,利用仿真试验验证了该方法的正确性,半实物仿真试验验证了该方法的工程适用性。

基于局部重力场模型的惯性/重力组合导航方法

随着水下航行器对导航定位精度要求的不断提高,单一的导航系统难以满足实际的需求,因此,组合导航系统已逐步成为国内外研究的热点问题。水下航行器的惯性导航系统误差随时间累积,利用重力异常数据辅助导航可以修正惯性导航系统误差。文中以全球重力场模型EGM2008为基础,结合局部实测重力异常数据,利用移去-恢复技术修正初始重力场模型的位系数,从而得到局部精确的重力场模型。为了解决系统量测方程无具体解析表达式的问题,提出利用正则化粒子滤波方法对组合导航系统的定位误差进行估计。计算机仿真结果表明,该滤波算法能够有效地提高惯性/重力组合导航系统的定位精度。

基于ROS室内巡检机器人的视觉惯性融合定位方法

精确鲁棒的定位系统是保证室内巡检机器人正常工作的重要基础。文章基于机器人操作系统(ROS),针对现有公开视觉算法ORB-SLAM2在低性能计算平台上因计算能力不足导致的特征跟踪丢失问题,提出一种将ORB-SLAM2与惯性导航系统(Inertial Navigation System,INS)解算误差进行卡尔曼滤波融合的方法。经公开数据集验证表明,该方法能够完整地估计出视觉失效时丢失的位姿信息,与ORB-SLAM2相比,定位系统的精度与鲁棒性有效提高。

论法院值班律师制度实施现状以及完善

值班律师制度建设工作在我国司法实践中已初见成效,不少试点法院以此为被告提供帮助,但制度建设过程中也存在不少问题,所提供的法律帮助低质量、低效率;值班律师会见、阅卷效果差;值班律师不出庭,认罪认罚案件被告自行辩护,无法应对庭审等情形严重制约值班律师制度的进一步发展。本文分析了法院律师值班制度实施中存在的问题,提出了完善法院律师值班制度的建议。

捷联惯导单轴转停调制中角变速运动影响研究

针对调制型捷联惯导系统中旋转机构的角变速运动,建立了角变速运动模型,推导了该运动过程中惯性器件常值误差和刻度因数误差的形式,在此基础上设计了抵消该误差的旋转运动方式,给出针对角变速运动过程的旋转方案设计原则.利用仿真试验比较了两种转停方案系统定位误差,试验结果验证了改进旋转方案的正确性与适用性.利用自研光纤陀螺系统工作在不同旋转方案下进行验证性试验,结果表明该方法能够有效地抑制旋转过程中角变速运动的影响,提高系统的导航精度.