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旋转加速度计全张量重力梯度仿真
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作者 蔡体菁 唐紫薇 +1 位作者 吴黎明 刘莹 《压电与声光》 CAS 北大核心 2023年第1期144-148,共5页
为了给国内重力梯度仪的实物制造夯实理论基础,该文主要研究了伞型全张量旋转加速度计重力梯度仪信号模拟的产生。通过半物理仿真实验模拟了伞型重力梯度仪的测量过程,并对全张量重力梯度仿真系统进行性能测试。测试数据为MATLAB生成的... 为了给国内重力梯度仪的实物制造夯实理论基础,该文主要研究了伞型全张量旋转加速度计重力梯度仪信号模拟的产生。通过半物理仿真实验模拟了伞型重力梯度仪的测量过程,并对全张量重力梯度仿真系统进行性能测试。测试数据为MATLAB生成的理想状态下的伞型重力梯度仪三圆盘加速度计数据,将该数据载入全张量重力梯度仿真系统中,解调得到交叉和内联重力梯度分量,经过线性运算得到测量坐标系下的全张量重力梯度值,再进行坐标系转换,得到平台坐标系下的重力梯度值。结果表明,该仿真系统测量精度达到1E(1E=1×10^(-9)s^(-2))。 展开更多
关键词 仪器仪表技术 半物理仿真 旋转加速度计 重力梯度 梯度解调 全张量
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海洋重力数据处理中的正反FIR滤波算法
2
作者 蔡体菁 邵锦江 胡啸林 《压电与声光》 CAS 北大核心 2023年第5期747-751,758,共6页
数字滤波器是影响海洋重力数据处理成果质量的关键技术之一。该文提出了一种实时正反有限冲击响应(FIR)滤波算法,推导了具有线性相位正反FIR滤波器表达式并设计了实时滤波方案:该算法设计出的滤波器在所有的采样频谱内都满足严格意义上... 数字滤波器是影响海洋重力数据处理成果质量的关键技术之一。该文提出了一种实时正反有限冲击响应(FIR)滤波算法,推导了具有线性相位正反FIR滤波器表达式并设计了实时滤波方案:该算法设计出的滤波器在所有的采样频谱内都满足严格意义上的线性相频特性;基于该算法设计的低通滤波器的阻带衰减大,有利于抑制海洋重力数据中的高频噪声。船载重力试验结果表明,在海洋重力数据处理中上述正反FIR滤波器的滤波器实时性好,滤波效果与事后正反FIR滤波器相当,优于单正向FIR滤波效果。 展开更多
关键词 海洋重力数据处理 实时滤波 正反FIR 线性相频特性 低通滤波
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一种海洋重力扰动矢量水平分量的计算方法
3
作者 蔡体菁 王薇 《压电与声光》 CAS 北大核心 2023年第6期855-858,共4页
重力矢量测量包含重力方向信息(即垂线偏差),对确定大地水准面具有重要意义。为了获得海洋重力扰动矢量的水平分量,该文提出了一种基于捷联惯导系统/全球导航卫星系统(SINS/GNSS)组合系统确定海洋重力扰动矢量水平分量的两步法。首先,... 重力矢量测量包含重力方向信息(即垂线偏差),对确定大地水准面具有重要意义。为了获得海洋重力扰动矢量的水平分量,该文提出了一种基于捷联惯导系统/全球导航卫星系统(SINS/GNSS)组合系统确定海洋重力扰动矢量水平分量的两步法。首先,利用捷联惯导算法和卡尔曼滤波用于加速度计偏差和姿态误差角的估计和补偿。然后,基于精确估计的加速度计偏差和姿态角误差,给出了重力扰动矢量水平分量的计算方程。将重力扰动矢量水平分量的模型用二阶马尔可夫随机过程描述,将其与加速度计的偏差分离,用正向-平滑卡尔曼滤波精确估计重力扰动的水平分量。船载试验数据离线计算表明,海洋重力扰动矢量水平分量的内符合精度优于2 mGal(1 Gal=1 cm/s^(2))。 展开更多
关键词 重力扰动矢量 SINS/GNSS组合系统 马尔可夫随机过程 正向-平滑卡尔曼滤波
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基于三角形面积的海空重力交叉点搜索法
4
作者 杨泽坤 罗晖 +3 位作者 高春峰 魏国 蔡体菁 熊振宇 《海洋测绘》 CSCD 北大核心 2023年第2期1-5,共5页
目前海空重力测量中测线网交叉点搜索的计算方法存在精度不高和操作复杂等缺点,可以通过改善交叉点搜索方法使得海空重力测量数据处理过程进一步优化。新提出一种基于三角形面积原理实现交叉点搜索的方法,并通过仿真数据和实测数据验证... 目前海空重力测量中测线网交叉点搜索的计算方法存在精度不高和操作复杂等缺点,可以通过改善交叉点搜索方法使得海空重力测量数据处理过程进一步优化。新提出一种基于三角形面积原理实现交叉点搜索的方法,并通过仿真数据和实测数据验证此方法的简洁性和有效性。计算结果表明,利用新提出的交叉点搜索法求解的测线网内符合精度要比主副测线斜率法提升0.02 mGal左右,计算速度要比行列式法快。本文的研究对于进一步优化海空重力测量中交叉点搜索方法具有一定的借鉴意义。 展开更多
关键词 海空重力测量 地球重力场 数据处理 交叉点搜索 三角形面积
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一种动态序列重力匹配算法
5
作者 徐孝萍 蔡体菁 倪江生 《压电与声光》 CAS 北大核心 2023年第2期209-212,共4页
由于重力异常具有随机性,导致序列重力匹配算法精度受到匹配轨迹起始点位置的影响,因此,该文提出了一种动态序列重力匹配算法。该算法通过对构建多起点匹配轨迹序列,动态选择起始点,构建匹配轨迹序列,通过相关极值法提高重力匹配精度。... 由于重力异常具有随机性,导致序列重力匹配算法精度受到匹配轨迹起始点位置的影响,因此,该文提出了一种动态序列重力匹配算法。该算法通过对构建多起点匹配轨迹序列,动态选择起始点,构建匹配轨迹序列,通过相关极值法提高重力匹配精度。结果表明,动态序列重力匹配算法重力匹配精度高,实时性好,能为水下载体长时间航行提供导航信息。 展开更多
关键词 重力匹配 相关极值 水下导航
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旋转短基线北斗双天线/MIMU定向方法 被引量:3
6
作者 刘莹 蔡体菁 +2 位作者 刘洋 高帅鹏 赵梓超 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第5期605-609,617,共6页
针对无人运载器的定向需求,提出一种旋转短基线北斗双天线/MIMU定向方法。首先,介绍了自主研制的旋转短基线北斗双天线/MIMU组合系统的硬件构成,该系统主要由旋转机构、北斗双天线、MIMU、导航计算机等组成。然后,给出了旋转MIMU定向算... 针对无人运载器的定向需求,提出一种旋转短基线北斗双天线/MIMU定向方法。首先,介绍了自主研制的旋转短基线北斗双天线/MIMU组合系统的硬件构成,该系统主要由旋转机构、北斗双天线、MIMU、导航计算机等组成。然后,给出了旋转MIMU定向算法、北斗双天线/MIMU组合系统扩展卡尔曼滤波方程和观测方程,以及组合系统定向解算步骤。该系统以北斗天线接收机的速度、位置和北斗卫星原始信息作为卡尔曼滤波器的观测量,经数据融合后解算出航向角和姿态角。最后,进行了室外动态和船载试验,以及双天线基线长度变化试验。试验结果表明:当基线长度为0.3 m时,该组合系统航向角误差小于1°,水平姿态角误差小于0.2°。 展开更多
关键词 微机械惯性组件 北斗导航系统 双天线 定向 短基线
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多模GNSS双天线旋转初始定向方法 被引量:2
7
作者 蔡体菁 朱丹丹 +3 位作者 宋军 王鑫 陈仁 许奇梦 《压电与声光》 CAS CSCD 北大核心 2018年第4期521-525,共5页
根据全球导航卫星系统(GNSS)载波相位伪距观测方程,给出了多模GNSS双天线基线向量旋转的载波相位的双差方程。运用旋转过程中双天线载波相位信息,得到多模GNSS双天线载波相位整周模糊度的双差值。通过GNSS卫星星历数据和GNSS双天线所在... 根据全球导航卫星系统(GNSS)载波相位伪距观测方程,给出了多模GNSS双天线基线向量旋转的载波相位的双差方程。运用旋转过程中双天线载波相位信息,得到多模GNSS双天线载波相位整周模糊度的双差值。通过GNSS卫星星历数据和GNSS双天线所在位置,计算出卫星到GNSS接收机天线的单位向量。使用GNSS双天线基线向量旋转的载波相位双差方程和坐标变换,计算得到GNSS双天线基线向量的航向角。经多模GNSS双天线旋转试验验证,用此算法确定的航向角精度比商用软件输出值高,且定向速度快。 展开更多
关键词 全球导航卫星系统(GNSS)定向 双天线 载波相位 整周模糊度
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北斗短基线双天线旋转快速定向方法 被引量:6
8
作者 蔡体菁 陈仁 +1 位作者 王鑫 许奇梦 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第3期305-309,共5页
针对无人运载器的快速定向需求,提出北斗双天线基线连续旋转整周和0°~180°两位置的两种快速定向方法。把一对北斗天线安装在一个旋转机构上,使双天线基线绕旋转机构中心轴转动,改变北斗双天线基线方向,运用卫星载波相位双差模... 针对无人运载器的快速定向需求,提出北斗双天线基线连续旋转整周和0°~180°两位置的两种快速定向方法。把一对北斗天线安装在一个旋转机构上,使双天线基线绕旋转机构中心轴转动,改变北斗双天线基线方向,运用卫星载波相位双差模型,计算出载波相位双差的整周模糊度,进而获得双天线基线航向角,通过旋转机构角度输出值,得到载体的真实航向。采用自行研制的旋转试验装置,验证了北斗短基线双天线两种旋转定向方法。对于0.3m北斗短基线双天线,载体定向精度优于1°。当北斗双天线接收机能够接收到4颗卫星时,上述两种方法都能够确定真实航向。与商业OEM定向板卡相比,所提出的定向方法定向速度快,定向精度高。 展开更多
关键词 北斗双天线 旋转定向 整周模糊度 短基线
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一种两步式相关极值重力匹配算法 被引量:2
9
作者 蔡体菁 魏琪鹭 王新宇 《压电与声光》 CAS 北大核心 2019年第5期747-751,共5页
针对相关极值重力匹配算法实时性较差且要求初始误差较小的问题,该文提出一种两步式相关极值重力匹配算法。首先使用快速均方差相关(MSD)算法进行粗匹配,然后提取合适的粗匹配结果作为刚性变换的基准,将惯性导航系统(INS)轨迹变换到实... 针对相关极值重力匹配算法实时性较差且要求初始误差较小的问题,该文提出一种两步式相关极值重力匹配算法。首先使用快速均方差相关(MSD)算法进行粗匹配,然后提取合适的粗匹配结果作为刚性变换的基准,将惯性导航系统(INS)轨迹变换到实际轨迹附近,产生新的待匹配轨迹,最后在新待匹配轨迹附近进行精确搜索,寻找代价最小路径。通过仿真实验验证了两步式匹配算法效果。两步匹配结合2种方法的优势,使重力匹配法适应于INS初始误差较大的情况,提高效率和实时性,同时保持匹配结果的高精度。 展开更多
关键词 重力匹配 组合导航系统 相关极值算法 刚性变换 均方差相关算法
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捷联航空重力测量中的卡尔曼滤波 被引量:2
10
作者 蔡体菁 颜颖 王新宇 《压电与声光》 CAS 北大核心 2019年第3期436-439,共4页
针对捷联式航空重力仪测量系统,给出了GPS/捷联惯性组合导航扩展卡尔曼滤波方程、二阶马尔可夫过程的重力异常模型以及由重力异常作为状态变量的卡尔曼滤波状态方程。应用平滑综合的正、反卡尔曼滤波法对捷联式航空重力仪实测数据进行... 针对捷联式航空重力仪测量系统,给出了GPS/捷联惯性组合导航扩展卡尔曼滤波方程、二阶马尔可夫过程的重力异常模型以及由重力异常作为状态变量的卡尔曼滤波状态方程。应用平滑综合的正、反卡尔曼滤波法对捷联式航空重力仪实测数据进行了处理,获得自由空间重力异常值,并与同机飞行的GT-2A航空重力仪测量结果进行比对。对比结果表明,两者的自由空间重力异常值之差小于0.85mGal。 展开更多
关键词 重力仪 卡尔曼滤波 重力异常
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捷联式重力无源导航系统 被引量:1
11
作者 蔡体菁 黄俊翔 《压电与声光》 CAS 北大核心 2020年第5期631-634,共4页
为了满足水下运载体长航时、高精度、低成本的导航需要,提出由激光陀螺单轴旋转捷联惯性导航系统、计程仪、深度计、光纤陀螺捷联式重力仪和数字重力异常图组成的捷联式重力无源导航系统。运载体的位置由激光陀螺单轴旋转捷联惯性导航... 为了满足水下运载体长航时、高精度、低成本的导航需要,提出由激光陀螺单轴旋转捷联惯性导航系统、计程仪、深度计、光纤陀螺捷联式重力仪和数字重力异常图组成的捷联式重力无源导航系统。运载体的位置由激光陀螺单轴旋转捷联惯性导航系统给出;光纤陀螺捷联式重力仪、计程仪和深度计组成水下捷联式重力测量系统,以激光陀螺单轴旋转捷联惯性导航系统提供的位置信息、计程仪提供的速度信息和深度计提供的水深信息作为观测量,应用扩展卡尔曼滤波计算出东、北、天坐标系下加速度计比力值,使用低通滤波实时获得重力值和重力异常值。根据存贮在计算机中的数字重力异常图,运用相关极值法,计算得到运载体位置。2019年底,捷联式重力无源导航系统进行了长时间船载试验,对该系统试验数据进行了离线处理。试验结果表明,在匹配海域内,运载体位置误差小于1个重力异常图格网大小。 展开更多
关键词 旋转捷联惯导系统(SINS) 捷联式重力仪 重力异常图 重力无源导航
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旋转GNSS双天线/MIMU组合系统选星方法研究 被引量:1
12
作者 蔡体菁 刘阳 +2 位作者 赵梓超 张春霞 高帅鹏 《传感器与微系统》 CSCD 2020年第11期21-24,共4页
为提高旋转全球导航卫星系统(GNSS)双天线/微惯性测量单元(MIMU)组合系统的定向稳定性和准确性,提出基于跟踪时间和高度角的相对最小几何精度衰减因子(GDOP)选星方法。利用GNSS的跟踪时长和高度角信息,剔除信号质量稳定性较差的卫星,再... 为提高旋转全球导航卫星系统(GNSS)双天线/微惯性测量单元(MIMU)组合系统的定向稳定性和准确性,提出基于跟踪时间和高度角的相对最小几何精度衰减因子(GDOP)选星方法。利用GNSS的跟踪时长和高度角信息,剔除信号质量稳定性较差的卫星,再在待选卫星中选择最小GDOP的卫星,进行旋转GNSS双天线/MIMU组合系统定向解算,确定运载体的真实航向角。用高精度激光陀螺惯性导航系统作参考基准,对旋转GNSS双天线/MIMU组合系统进行了室外静态和动态试验。试验结果表明:利用跟踪时间长的卫星能够提高系统的定向稳定性,选择高度角大的卫星能够提高系统的定向精度;选择相对最小GDOP的卫星,能够提高该系统的定向精度和实时性。系统在陆地无遮挡环境下航向角误差小于1°(1σ),水平姿态角误差小于0. 1°(1σ)。 展开更多
关键词 全球导航卫星系统(GNSS) 双天线 定向 选星
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旋转GNSS双天线/MIMU紧组合系统算法
13
作者 蔡体菁 赵梓超 张春霞 《压电与声光》 CAS 北大核心 2022年第1期166-170,共5页
为了提高旋转全球卫星导航系统(GNSS)短基线双天线/微惯性测量单元(MIMU)组合系统的定向精度,该文构建了其紧组合系统。紧组合算法将GNSS的伪距、伪距率和载波相位作为旋转GNSS双天线/MIMU组合系统的观测量,用扩展卡尔曼滤波进行估计,... 为了提高旋转全球卫星导航系统(GNSS)短基线双天线/微惯性测量单元(MIMU)组合系统的定向精度,该文构建了其紧组合系统。紧组合算法将GNSS的伪距、伪距率和载波相位作为旋转GNSS双天线/MIMU组合系统的观测量,用扩展卡尔曼滤波进行估计,估计得到的状态量对系统进行闭环反馈,最后得到组合系统的定向结果。对旋转GNSS双天线/MIMU组合导航系统的船载试验数据进行了紧组合离线解算,结果表明,当GNSS基线为0.3 m时,组合系统的航向误差小于1°,俯仰角和横滚角误差小于0.1°。 展开更多
关键词 全球卫星导航系统(GNSS) 双天线 紧组合 旋转定向 短基线
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基于长短期记忆网络的重力测量误差补偿法
14
作者 蔡体菁 胡啸林 《压电与声光》 CAS 北大核心 2022年第4期643-646,共4页
针对捷联式海空重力仪开展初始误差补偿研究,重力仪开机后其数据存在一个逐渐稳定的过程,估计出初始段的不稳定值与稳定值间的误差,实现重力数据误差补偿。该文提出了长短期记忆网络法,该方法可通过不断学习现有数据后高精度地预测未来... 针对捷联式海空重力仪开展初始误差补偿研究,重力仪开机后其数据存在一个逐渐稳定的过程,估计出初始段的不稳定值与稳定值间的误差,实现重力数据误差补偿。该文提出了长短期记忆网络法,该方法可通过不断学习现有数据后高精度地预测未来数据变化。经过实测重力测量数据验证了该方法具有很好的误差补偿效果,提高了重力测量数据的准确性和有效性。实验结果表明,对于重力数据初始段测量误差抑制效果超过90%,对于捷联式海空重力仪作业运行效率具有重要价值。 展开更多
关键词 重力仪 初始段 长短期记忆网络 误差补偿
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海洋重力测量中滤波方法比较研究 被引量:2
15
作者 刘啸星 蔡体菁 金伟明 《压电与声光》 CAS 北大核心 2022年第6期913-916,共4页
海洋重力测量数据中含有大量高频噪声,需要采用低通滤波器来提取实际的重力异常信息。该文结合实测的海洋重力数据研究了低通滤波器截止频率和滤波器长度的确定方法,设计了不同窗函数的有限脉冲响应(FIR)低通滤波器。经海洋重力测量数... 海洋重力测量数据中含有大量高频噪声,需要采用低通滤波器来提取实际的重力异常信息。该文结合实测的海洋重力数据研究了低通滤波器截止频率和滤波器长度的确定方法,设计了不同窗函数的有限脉冲响应(FIR)低通滤波器。经海洋重力测量数据处理试验结果表明,汉宁窗和海明窗的FIR低通滤波器处理的重复线内符合精度和交叉点不符值中误差均优于0.5 mGal(1 Gal=10^(-2)m/s^(2)),可满足海洋重力测量要求。 展开更多
关键词 海洋重力测量 低通滤波器 窗函数法 重复线 交叉点
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Robust SLAM localization method based on improved variational Bayesian filtering 被引量:1
16
作者 Zhai Hongqi Wang Lihui +1 位作者 cai tijing Meng Qian 《Journal of Southeast University(English Edition)》 EI CAS 2022年第4期340-349,共10页
Aimed at the problem that the state estimation in the measurement update of the simultaneous localization and mapping(SLAM)method is incorrect or even not convergent because of the non-Gaussian measurement noise,outli... Aimed at the problem that the state estimation in the measurement update of the simultaneous localization and mapping(SLAM)method is incorrect or even not convergent because of the non-Gaussian measurement noise,outliers,or unknown and time-varying noise statistical characteristics,a robust SLAM method based on the improved variational Bayesian adaptive Kalman filtering(IVBAKF)is proposed.First,the measurement noise covariance is estimated using the variable Bayesian adaptive filtering algorithm.Then,the estimated covariance matrix is robustly processed through the weight function constructed in the form of a reweighted average.Finally,the system updates are iterated multiple times to further gradually correct the state estimation error.Furthermore,to observe features at different depths,a feature measurement model containing depth parameters is constructed.Experimental results show that when the measurement noise does not obey the Gaussian distribution and there are outliers in the measurement information,compared with the variational Bayesian adaptive SLAM method,the positioning accuracy of the proposed method is improved by 17.23%,20.46%,and 17.76%,which has better applicability and robustness to environmental disturbance. 展开更多
关键词 underwater navigation and positioning non-Gaussian distribution time-varying noise variational Bayesian method simultaneous localization and mapping(SLAM)
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A low-cost personal navigation unit
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作者 cai tijing Xu Qimeng Zhou Daijin 《Journal of Southeast University(English Edition)》 EI CAS 2019年第1期57-63,共7页
For the purpose of positioning in various scenes, including indoors, on open road, and side street buildings, a low-cost personal navigation unit is put forward. The unit consists of a low-cost MEMS(micro-electro-mech... For the purpose of positioning in various scenes, including indoors, on open road, and side street buildings, a low-cost personal navigation unit is put forward. The unit consists of a low-cost MEMS(micro-electro-mechanical system) accelerometer, a gyroscope, a magnetometer and a GPS(global positioning system) chip, and it is capable of switching modes between indoor and outdoor situations seamlessly. The outdoor mode is MIMU(MEMS-inertial measurement unit)/GPS/magnetometer integrated mode and the indoor mode is MIMU/magnetometer integrated mode. The outdoor algorithm uses the extended Kalman filter to fuse data and provide optimum parameters. The indoor algorithm is dead reckoning, which uses vertical and forward accelerations to judge steps and uses a magnetometer to define heading. The two-axis acceleration data is used to calculate the adaptive threshold and estimate the confidence value of the steps, and when the confidence of both two axes data meet the conditions, the steps can be detected in the adaptive time windows. The detection precision is more than 95%. An experiment was conducted in complex situations. The experiment participant wearing the unit walked about 1 600 m in the experiment. The results show that the positioning error is less than 0.2% of the total route distance. 展开更多
关键词 personal navigation integrated navigation dead reckoning extended Kalman filter
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