基于3D Zernike矩的快速地形匹配算法

针对当前基于3D Zernike矩的地形匹配算法存在计算量大、实时性差的问题,通过分析3D Zernike矩的计算过程和构成地形特征向量的奇偶阶描述子的性能,提出了适用于地形匹配的3D Zernike矩快速计算方法和只使用奇数阶描述子构成特征向量的匹配方式.仿真实验表明:本文所提快速算法不仅能大幅降低计算量,还提高了匹配精度.

信号级GNSS/SINS超紧组合导航仿真平台设计

超紧组合是全球卫星导航系统(global navigation satellite system,GNSS)和捷联惯性导航系统(strapdown inertial navigation system,SINS)组合中最深层次的信息融合方式。由于需要重新设计GNSS接收机内部的捕获跟踪环路以接收SINS的辅助信息,超紧组合的工程实现较为困难。从信号级层次出发研究超紧组合的难点在于得到同源且同步的GNSS和SINS信号,并打开GNSS接收机的捕获跟踪环路。为此,构建了信号级GNSS/SINS超紧组合仿真平台,分别设计了载体轨迹发生器、GNSS中频信号发生器、惯导解算器、GNSS软件接收机、组合导航滤波器等关键环节,从而攻克了上述技术难关。该仿真平台不仅验证了超紧组合在高动态应用方面的优越性,同时也为其迈向实际应用奠定了坚实的基础。

机抖式激光陀螺基础振动消除研究

针对机抖式激光陀螺基础振动对测量精度影响相当严重的问题,通过理论推导和分析,并考虑实际应用中可能会带来的问题,提出了一种机抖式激光陀螺基础振动消除的原理。通过不同参数的选择,指出抖动参数的合理选择可使基础抖动力更小,重量更轻,并且易于加工,有利于系统的小型化。

低成本CMOS阵列式高速成像系统

高速摄像是研究瞬间发生的物理和化学现象的重要手段之一。针对碰撞过程,提出了应用低成本CMOS阵列式成像传感器构建高速摄像系统。成像阵列由16 个可更换的CMOS单元组成,接在主板上。为了进行同步控制,实验研究了CMOS传感器的工作时序;通过延时器,使阵列式火花源分时闪光,并在CMOS快门打开的时间段内完成。实验表明,该系统可以实现对碰撞等瞬间发生过程的拍摄,为相关研究提供基础。

ARMA建模及其在Kalman滤波中的应用

提出了一种补偿惯性传感器随机误差的自回归滑动平均(ARMA)建模方法,在该方法中,首先,将时间序列平稳性检验的轮次法和样本方差变差系数相结合,以确定合适的建模样本长度;其次,将惯性传感器的随机误差看成是真实状态叠加白噪声,通过对观测数据做滤波处理,给出了求解模型参数的算法;随后,构建一组符合ARMA(6,4)模型分布的有色噪声,基于准确建立的ARMA(6,4)模型和AR(2)近似模型构建Kalman滤波器,以研究建模精度和Kalman滤波输出之间的关系;最后,探讨了基于状态可观测度分析的模型降阶方法,在保证精度情况下提高模型计算的实时性,便于建模方法在工程实际中的应用。通过对某型号加速度计的随机误差进行处理,高阶模型及降阶模型的滤波残差标准差分别降为原始随机误差标准差的1/66和1/28,说明方法是有效的。

水下地形匹配等值线算法研究

文[1]将图像配准中使用的等值线算法引入到水下地形匹配中,文[2]全面验证该算法的有效性。但是,仿真结果表明,该算法在初始误差较大时(如2海里)容易发散,这是由于目前的研究都认为匹配起始点是精确已知的,而实际中却很难满足该条件。本文提出了将匹配起始点引入匹配过程和进行粗匹配等两点改进措施,仿真结果表明,这两个改进措施是有效的,特别是当INS精度较低时,相比较于TERCOM算法,其匹配过程更为平稳,匹配精度也更高。

地形辅助导航匹配误差研究

地形辅助导航系统中最重要、研究也最深入的部分就是匹配算法,除了算法本身构建之外,匹配精度与应用条件之间的关系也是算法研究的重要内容。以TERCOM算法为研究对象,将研究地形特征、地图分辨率、初始误差、惯性导航系统精度、载体运行速度和匹配序列长度等因素对匹配精度的影响,为匹配算法的工程应用提供理论基础。

GPS信号FFT捕获的GPU实现

缩短GPS接收机冷启动时间一直是GPS领域的热点问题,而决定冷启动时间的关键是捕获速度。针对快速付里叶变换(FFT)捕获算法的并行运算特点和图形处理单元(GPU)适合于进行并行的优势,简单介绍了FFT捕获算法原理和对比了GPU与FPGA的特点,重点设计了各通道和各频点均进行并行计算的FFT捕获算法的GPU实现方案。利用实测的GPS中频数据初步验证了本文捕获方案的正确性和运行时间。试验结果表明:与基于CPU的捕获方案相比,本文的捕获方案对卫星PRN和CA码相位的捕获结果完全正确,而捕获时间大幅度缩短了。

gpsOne应用于车载导航的可行性分析

gpsOne是基于无线通信网络的GPS与基站定位相结合的组合定位技术,充分发挥了GPS和基站定位的优势,具有可工作区域广、定位精度高、成本低、实时性好和冷启动时间短等诸多优点,相比较于GPS定位,gpsOne更适合用于车载定位导航。但是,gpsOne单系统应用于车载定位导航仍然存在诸如工作盲区定位精度差和可靠性不足等缺点。因此,gp-sOne应该与其它定位方式进行组合,实现优势互补,以进一步提高定位模块的工作可靠性和冗余容错能力。

一种MEMS陀螺随机漂移的高精度建模方法

为补偿MEMS陀螺随机漂移,采用时间序列分析法对其进行自回归滑动平均(ARMA)模型辨识,提出一种滑动平均(MA)参数估计的新方法。先将陀螺随机漂移建模为带观测噪声的ARMA模型,在估计出自回归(AR)部分的参数后,针对AR滤波后的残差,推导出一种方差小的MA自协方差估计值,并将该估计值作为输入,利用Gevers-Wouters(GW)算法估计出MA部分的参数。仿真结果表明,MA参数估计精度得到提升的同时,参数估计可靠性也得到了增强。MEMS陀螺的随机漂移补偿实验进一步验证本文所提算法的补偿精度高于改进前。

GPS中频信号和IMU信号模拟及验证

为了研究GPS/INS(Inertial Navigation System)组合导航方案和算法,设计了一种GPS中频信号和IMU(Inertial Measurement Unit)信号的软件模拟器.首先建立了载体的运动模型,然后介绍了信号的仿真方法.根据载体的运动产生IMU信号,载体的典型运动包括平飞运动、横滚运动、俯仰运动和偏航运动.建立了典型的干扰模型,包括欺骗式干扰和压制式干扰(窄带干扰、宽带干扰、连续波干扰和锯齿调频连续波干扰等4种),实现了干扰环境下的场景模拟.GPS/INS组合导航软件接收机对模拟器输出的数据进行解算,结果表明:信号的仿真算法是正确的,模拟器可以为组合导航接收机提供有效的中频信号和IMU信号.

环形激光陀螺仪机械抖动系统的进展

文章在简单介绍了锁区成因及各种偏频技术之后，着重总结了目前关于机械抖动偏频领域内的相关理论和技术应用研究状况，其中技术应用研究重点是机械抖动机构的改进，机械抖动驱动和抖动参数的稳定控制以及机械抖动误差补偿，同时对采用机械抖动偏频的RLG的未来发展进行了展望。

配重式激光陀螺机械抖动系统的实验研究

针对研究的RLG ,为了满足应用要求 ,按照配重式抖动偏频方案 ,设计了一套机械抖动系统 ,设计抖动频率为 3 44.16Hz。有限元计算结果表明 ,抖动系统模态分布合理 ,强度足够。实验结果表明 ,实测抖动频率为 3 16Hz ,与设计值相差约 8.2 % ,在误差范围内 ,证明设计过程和方法是正确的 ;3 0分钟内 ,抖动频率和幅度 (RMS值 )的稳定度分别优于 0 .0 5 %和 5 % ;抖动系统受水平方向上的基础振动影响较大 ,但抖动信号仍然良好 ,满足应用要求。

科研课题向实验教学的转化模式研究

介绍了科研课题向实验教学转化的意义及实施方式，并通过大气参数测量系统这一实例介绍了科研课题向实验教学的转化过程。另外，介绍了网站建设对科研项目转为应用于自主创新型实验建设的支持。

机动天基平台惯性/天文导航组合模式研究

为了有效提高惯性/天文组合定姿效果,研究了在机动天基平台条件下惯性/天文导航的7种组合模式在姿态控制方面的应用,进行了理论分析,并对不同的组合模式的定姿结果进行了仿真实验。通过仿真分析了惯性/天文各种组合模式的优缺点,提出了不同组合模式的适用场合,当星敏感器识别恒星为两颗时,采用基于光轴指向的组合模式的效果好于使用星光单位矢量的组合模式;当星敏感器识别恒星超过两颗时,采用基于姿态矩阵的惯性/天文组合模式效果最好,能够更充分地利用星光信息、计算精度高、计算实时性好。

自回归滑动平均建模中观测噪声方差估计的新方法

目前的自回归滑动平均(ARMA)建模方法由于只利用了观测数据的高阶自协方差构建Yule-Walker方程,而没有利用观测数据的低阶自协方差信息,导致观测噪声方差的估计精度不高,并且在自回归(AR)阶次p小于或等于滑动平均(MA)阶次q时无法估计出观测噪声方差.为此,本文提出了一种单独估计观测噪声方差的新方法,即先将ARMA模型近似为一高阶AR模型,再构建从观测数据1阶自协方差开始的Yule-Walker方程.由于充分利用了观测数据的统计信息,有利于提高观测噪声方差的估计精度,为后续的AR和MA参数估计精度的提高奠定了基础,也解决了p小于或等于q时观测噪声方差无法估计的问题,仿真和实验结果验证了该方法的有效性.

低成本车载组合导航在GPS失效时的算法设计

在低成本MEMS-IMU/GPS车载组合导航应用中,城市中建筑的遮挡会造成GPS失效,此时由于MEMS器件精度较低,导航精度会迅速降低甚至发散。针对此问题,引入车辆的天向和侧向速度约束作为虚拟观测,并且考虑到GPS失效时段由于低精度MEMS-IMU带来的非线性,在不做小角度近似的条件下,推导出非线性速度约束作为虚拟观测,利用非线性UKF滤波算法进行估计,以进一步改善导航性能。车载实验表明,提出的非线性速度约束算法能够有效提高GPS失效时的精度,并且在GPS信号再次有效时能够快速收敛。

惯性导航与卫星导航紧耦合技术发展现状

对紧耦合方案、最优估计滤波算法和硬件开发等几方面进行了总结分析。分析了传统的INS/GPS松组合系统和INS/GPS紧耦合系统的区别;给出了INS/GPS紧耦合系统国内外的发展状况;指出INS/GPS紧耦合系统所涉及的关键技术。

弹载捷联星敏感器强光规避策略及算法

星敏感器光学系统及成像阵列易受太阳和月亮强光干扰.针对弹载捷联星敏感器提出一种规避强光的解析几何方法.通过天文公式解算出观星时刻太阳、月亮矢量,将其转换到当地地理坐标系下;将太阳、月亮方位、地心指向和星敏感器圆视场的几何分布关系划分为3种类型,并结合星敏感器遮光罩太阳月亮规避角参数,分别建立矢量公式求解星敏感器光轴的指令指向;利用STK仿真软件进行算法验证,选择任意时间段并设定星敏感器光轴指向,经本算法解算的光轴指令指向均可成功规避太阳月亮和地平.该算法可实现星敏感器光学系统的自主保护、观星窗口的选择,可以通过姿态机动实现太阳和月亮的规避和有效星光观测.

机动天基平台惯性/天文组合导航的研究

为了实现机动天基平台的长时间、高精度和低成本自主导航,采用了低精度惯性导航系统和天文导航系统进行组合。以扩展卡尔曼滤波算法为基础,通过建立系统状态方程和量测方程,并进行量测方程的线性化,将捷联惯导和星敏感器分别测得的姿态信息进行数据融合,估计出组合导航系统的误差状态量,从而修正捷联惯导系统的导航参数。仿真结果表明,在1000s内,平台姿态角误差稳定收敛在20?,定位误差优于纯惯导解算,证实了该方案的实用性。