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AUV海上GNSS数据质量分析与定位评估
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作者 向民志 柴洪洲 +2 位作者 白腾飞 杜祯强 靳凯迪 《海洋测绘》 CSCD 北大核心 2024年第1期43-47,共5页
水下自主航行器(AUV)逐渐走向智能化、自主化、模块化和多功能化,已得到越来越广泛的关注和发展,然而关于AUV在海上环境的GNSS数据质量和定位性能尚不清楚。基于2022年8月天津滨海新区塘沽海面实测AUV数据,从可见卫星数、信噪比、数据... 水下自主航行器(AUV)逐渐走向智能化、自主化、模块化和多功能化,已得到越来越广泛的关注和发展,然而关于AUV在海上环境的GNSS数据质量和定位性能尚不清楚。基于2022年8月天津滨海新区塘沽海面实测AUV数据,从可见卫星数、信噪比、数据完整性、伪距噪声和多路径效应5个方面对AUV海上GNSS数据质量进行分析,并对定位性能进行评估。结果表明:AUV的GNSS数据质量主要受到海上风浪和多路径的影响,卫星信号频繁中断,数据完整性较低,伪距噪声和多路径效应显著。AUV海上RTK的固定率为76.6%,伪距单点定位水平方向有96.83%的误差分布在2 m之内。 展开更多
关键词 全球导航卫星系统 海洋环境 水下自主航行器 质量分析 动态定位
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基于可变因子的变分贝叶斯SINS海上动态对准
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作者 李明 柴洪洲 +2 位作者 靳凯迪 田祥雨 向民志 《海洋测绘》 CSCD 北大核心 2023年第4期47-51,共5页
针对传统变分贝叶斯自适应滤波中,基于经验选取常值遗忘因子,不能自适应时变量测噪声的问题,提出一种基于可变因子的变分贝叶斯自适应滤波,并应用于船载捷联惯性导航系统(strapdown inertial navigation system,SINS)动态对准。首先利... 针对传统变分贝叶斯自适应滤波中,基于经验选取常值遗忘因子,不能自适应时变量测噪声的问题,提出一种基于可变因子的变分贝叶斯自适应滤波,并应用于船载捷联惯性导航系统(strapdown inertial navigation system,SINS)动态对准。首先利用变分贝叶斯方法近似噪声的后验分布,估计时变量测噪声和状态向量后验分布。其次通过噪声方差时变强度构造可变因子,实现自适应调整变分贝叶斯参数。最后给出了基于可变因子的GNSS/SINS海上动基座对准流程及算法。船载实测数据表明,所提算法在时变方差下,较卡尔曼滤波和传统贝叶斯滤波方位角误差收敛到0.5°范围内所需时间分别缩短了52%和44%;横滚角和方位角均方根误差分别降低57%、46%和13%、9%;东向和北向速度均方根误差分别降低56%、68%和51%、22%。 展开更多
关键词 GNSS/SINS组合导航 海上动态对准 时变方差 自适应 变分贝叶斯 可变因子
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基于状态变换卡尔曼滤波的DVL/SINS组合导航算法
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作者 靳凯迪 柴洪洲 +2 位作者 宿楚涵 向民志 李明 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2023年第11期3624-3631,共8页
针对捷联惯性导航系统(strapdown inertial navigation system,SINS)误差定义存在的坐标系不一致的问题,将速度误差统一投影在真实导航坐标系中,基于状态变换Kalman滤波推导了更严密的SINS姿态、速度和位置误差方程。进一步地,在新定义... 针对捷联惯性导航系统(strapdown inertial navigation system,SINS)误差定义存在的坐标系不一致的问题,将速度误差统一投影在真实导航坐标系中,基于状态变换Kalman滤波推导了更严密的SINS姿态、速度和位置误差方程。进一步地,在新定义的速度误差和SINS误差方程的基础上,构建了改进的多普勒计程仪(Doppler velocity logger,DVL)/SINS组合导航卡尔曼滤波状态模型和量测模型。仿真和船载实验表明,与常规DVL/SINS卡尔曼滤波模型相比,所提算法可以处理传统DVL/SINS误差模型中坐标系不一致问题的影响,可在一定程度上提高组合导航系统的性能。 展开更多
关键词 捷联惯性导航系统 多普勒计程仪 组合导航 误差方程 卡尔曼滤波
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基于可变遗忘因子的渐消记忆变分贝叶斯自适应滤波算法
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作者 靳凯迪 柴洪洲 +2 位作者 宿楚涵 惠俊 白腾飞 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第11期2989-2999,共11页
针对全球卫星导航系统/捷联惯性导航系统(GNSS/SINS)组合导航中GNSS信号易受干扰,造成量测噪声突变的问题,提出一种基于可变遗忘因子的渐消记忆变分贝叶斯自适应Kalman滤波(VBAKF)算法。针对自适应滤波中突变噪声难以准确探测,构建基于... 针对全球卫星导航系统/捷联惯性导航系统(GNSS/SINS)组合导航中GNSS信号易受干扰,造成量测噪声突变的问题,提出一种基于可变遗忘因子的渐消记忆变分贝叶斯自适应Kalman滤波(VBAKF)算法。针对自适应滤波中突变噪声难以准确探测,构建基于初值的噪声突变检验准则;为解决自适应滤波估计突变噪声的拖尾现象,将变分贝叶斯自适应滤波的超参数传递结构转化为协方差阵修正结构,通过构造可变遗忘因子函数动态调节自适应滤波中的遗忘因子。仿真和实测数据表明:所提算法可在GNSS/SINS噪声突变时快速估计量测噪声,提高组合导航精度。 展开更多
关键词 变分贝叶斯 自适应滤波 遗忘因子 渐消记忆 组合导航
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量子增强星载光子计数激光雷达阈值检测性能
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作者 惠俊 柴洪洲 +2 位作者 向民志 杜祯强 靳凯迪 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2023年第4期142-152,共11页
星载光子计数激光雷达在遥感探测、导航测距等领域发挥着重要作用。依据光子数可分辨激光雷达的工作原理,建立了基于光量子统计理论的星载光子数可分辨激光雷达接收端的量子阈值检测模型。方案利用先进的光子数可分辨探测器件滤除未能... 星载光子计数激光雷达在遥感探测、导航测距等领域发挥着重要作用。依据光子数可分辨激光雷达的工作原理,建立了基于光量子统计理论的星载光子数可分辨激光雷达接收端的量子阈值检测模型。方案利用先进的光子数可分辨探测器件滤除未能达到最小检测信噪比的光子,并根据光量子统计规律重构信噪比检测公式,接收端的最小可检测信噪比相对经典光强检测方案进一步降低。同时分析了新型量子阈值检测方案的检测概率与虚警概率,数值仿真的结果表明,基于光子数可分辨探测的量子阈值检测方案的信噪比在少光子到达的条件下优于经典光强检测方案,且利用量子压缩态发射源可进一步增强量子阈值的检测性能。最后,进行了星载光子数可分辨激光雷达测高的仿真实验,结果表明在少量返回光子信号情形下的量子阈值检测方案的性能获得了显著增益。 展开更多
关键词 激光雷达 光子计数 量子增强 信噪比 检测性能
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DVL/SINS组合导航技术发展现状及趋势 被引量:8
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作者 靳凯迪 柴洪洲 +2 位作者 宿楚涵 郭云飞 李明 《导航定位学报》 CSCD 2022年第2期1-12,92,共13页
高精度的导航信息是水下无人航行器(UUV)高效完成各项任务的重要前提,多普勒计程仪/捷联惯性导航系统(DVL/SINS)组合导航系统具有无源、自主等优势,在UUV导航中得到了广泛应用。从DVL/SINS导航数据处理的三个阶段出发,详细论述了传感器... 高精度的导航信息是水下无人航行器(UUV)高效完成各项任务的重要前提,多普勒计程仪/捷联惯性导航系统(DVL/SINS)组合导航系统具有无源、自主等优势,在UUV导航中得到了广泛应用。从DVL/SINS导航数据处理的三个阶段出发,详细论述了传感器误差建模与补偿技术、水下初始对准技术和数据融合算法的基本原理和研究现状;总结了各项技术的关键问题和研究方向,并给出了相应的解决思路;最后,探讨了DVL/SINS组合导航的发展趋势和需要解决的问题。 展开更多
关键词 水下无人航行器 惯性导航 多普勒测速仪 组合导航 关键技术
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改进的强跟踪自适应UKF算法及其在大方位失准角对准中的应用 被引量:2
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作者 李明 柴洪洲 +2 位作者 靳凯迪 王敏 宋开放 《导航定位学报》 CSCD 2022年第6期165-172,共8页
针对无迹卡尔曼滤波(UKF)易受系统模型参数失配、状态变化情况影响,导致滤波精度下降甚至发散问题,提出一种改进的强跟踪自适应无迹卡尔曼滤波(STAUKF)。将强跟踪滤波(STF)与UKF滤波结合,并引入多重渐消因子,有针对性地自动调节状态估... 针对无迹卡尔曼滤波(UKF)易受系统模型参数失配、状态变化情况影响,导致滤波精度下降甚至发散问题,提出一种改进的强跟踪自适应无迹卡尔曼滤波(STAUKF)。将强跟踪滤波(STF)与UKF滤波结合,并引入多重渐消因子,有针对性地自动调节状态估计均方误差阵。根据新息向量构造检验门限函数,提高了滤波对有用历史信息的利用率。进一步引入简化的萨格-胡萨(Sage-Husa)滤波,自适应调节量测噪声方差,较传统Sage-Husa算法减少了计算量,提高了算法的鲁棒性。最后采用海上实测数据进行实验验证,并与UKF滤波、强跟踪UKF滤波(STUKF)比较。结果表明,该算法优势明显,有效缩短了大方位失准角误差收敛时间,提高了组合导航精度。较UKF滤波方位角收敛时间缩短了93%,东、北、天方向速度均方根误差分别降低89%、93%和82%,位置均方根误差分别降低98%、94%和97%。 展开更多
关键词 强跟踪滤波 自适应 无迹卡尔曼滤波 多重渐消因子 组合导航
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顾及有色噪声的光纤陀螺随机噪声自适应滤波方法 被引量:4
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作者 靳凯迪 柴洪洲 +1 位作者 宿楚涵 向民志 《测绘学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第1期80-86,共7页
作为光纤陀螺误差的重要组成部分,随机噪声严重影响着光纤陀螺的精度,对光纤陀螺随机噪声进行准确建模和补偿是提升陀螺精度的有效方式。本文针对光纤陀螺随机噪声的复杂性,难以对其进行精确分析,ARIMA(auto-regressive moving average... 作为光纤陀螺误差的重要组成部分,随机噪声严重影响着光纤陀螺的精度,对光纤陀螺随机噪声进行准确建模和补偿是提升陀螺精度的有效方式。本文针对光纤陀螺随机噪声的复杂性,难以对其进行精确分析,ARIMA(auto-regressive moving average)模型Kalman滤波中有色噪声不能使用状态扩充法建模的问题,扩展了Harvey方程,实现有色噪声白化。同时,考虑先验噪声的不确定性以及模型参数在线更新导致的参数与状态噪声相互耦合,分析了动态Allan方差估计量测噪声的不足,使用VBAKF(variational Bayesian adaptive Kalman filter)实时修正滤波状态噪声与量测噪声。试验表明,Harvey法较传统滤波建模方式,随机噪声序列方差降低40%,Harvey法结合VBAKF使序列方差降低了54%;VBAKF较动态Allan方差,可以更好地估计量测噪声。结果表明,此方法可有效抑制随机噪声Kalman滤波中有色噪声和随机模型不准确的影响,提高随机误差补偿精度。 展开更多
关键词 光纤陀螺 随机误差 ARIMA模型 有色噪声 自适应滤波
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一种顾及矢量相关性的惯性导航初始对准算法 被引量:1
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作者 宿楚涵 柴洪洲 +2 位作者 靳凯迪 向民志 谢恺 《测绘科学技术学报》 CSCD 北大核心 2021年第6期579-584,共6页
针对惯性导航初始对准中的多矢量定姿问题,围绕载体的不同运动状态,提出了一种顾及观测矢量相关性的初始对准算法。首先分析了QUEST估计与附加约束条件的非线性最小二乘问题的等价性;然后进一步分析了观测矢量的历元间相关性并给出其协... 针对惯性导航初始对准中的多矢量定姿问题,围绕载体的不同运动状态,提出了一种顾及观测矢量相关性的初始对准算法。首先分析了QUEST估计与附加约束条件的非线性最小二乘问题的等价性;然后进一步分析了观测矢量的历元间相关性并给出其协方差矩阵;最后提出了无线速度对准采用等权增量、动基座采用协方差阵权重调整的处理方案。实验结果表明:无线速度时采用等权增量,较归一等权解算和传统积分解算的偏航角误差分别降低了10%和3%左右;动基座下偏航角误差的均方根差较传统方法降低了约0.1°。所提方案在一定程度上提高了初始对准精度。 展开更多
关键词 惯性系 初始对准 多矢量定姿 协方差 积分平滑
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Dark state atoms trapping in a magic-wavelength optical lattice near the nanofiber surface 被引量:1
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作者 苏殿强 秦夏腾 +5 位作者 蒋源 靳凯迪 姬中华 赵延霆 肖连团 贾锁堂 《Chinese Optics Letters》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第2期1-4,共4页
We report the experimental realization of dark state atoms trapping in a nanofiber optical lattice.By applying the magicwavelength trapping potentials of cesium atoms,the AC Stark shifts are strongly suppressed.The da... We report the experimental realization of dark state atoms trapping in a nanofiber optical lattice.By applying the magicwavelength trapping potentials of cesium atoms,the AC Stark shifts are strongly suppressed.The dark magneto-optical trap efficiently transfers the cold atoms from bright (6S_(1/2),F=4) into dark state (6S_(1/2),F=3) for hyperfine energy levels of cesium atoms.The observed transfer efficiency is as high as 98%via saturation measurement.The trapping lifetime of dark state atoms trapped by a nanofiber optical lattice is also investigated,which is the key element for realizing optical storage.This work contributes to the manipulation of atomic electric dipole spin waves and quantum information storage for fiber networks. 展开更多
关键词 NANOFIBER atomic trapping optical lattice dark state
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