平陆运河与沙坪河交汇河段通航水流条件试验研究

平陆运河沿线支流众多且支干落差大,支流突发洪水对运河通航水流条件影响较大。选取入汇角度大、支干汇流比大、河底落差大的沙坪河入汇河段为研究对象,采用1:50正态河工模型试验,对沙坪河入汇河段通航水流条件进行系统试验研究。模型试验结果表明,受支流突发较大洪水和支干河底落差较大影响,运河航道内横向流速大且流态紊乱,加之支流口上游铁路桥限制,消能措施布置长度有限,不能达到较好的消能效果。分析认为主要问题在于支流洪水汇入运河后运河横向流速较大,因此治理方案主要解决“调顺水流+消能”的问题。在交汇处布置导流堤、透空消能墩、底部斜向透空式隔流堤,在支流内采取消力池、消力槛等消能措施并进行系列方案对比试验,发现优化方案Ⅲ的通航水流满足通航要求且不会对支流内铁路桥造成影响。

平动点导航星座下的月面接收机自主完好性监测

为了减少月球探测复杂环境对导航的影响和提升平动点导航星座的可靠性,提出了一种基于多假设解分离的月面接收机自主完好性监测方法。该方法利用了地月空间引力不对称性,仅需3颗平动点卫星测量信息就可以实现月面用户级完好性监测。为使月球背面更多区域的可见星数达到完好性监测所需卫星数,增加L2点Halo轨道卫星数并采用多种群遗传算法优化Halo轨道振幅和初始相位。最后采用解分离算法验证了基于3颗卫星进行完好性监测的可行性。仿真表明,在2颗可见星条件下可实现故障检测,平面短周期轨道卫星故障更容易检测;在3颗可见星条件下可实现故障排除,故障偏差达到20σ~30σ(σ=1 m)时,故障检测率和排除率开始上升到100%。首次分析了基于平动点导航星座的完好性监测可行性并提出了解决方法,该方法可应用于探月任务导航领域,为未来探月任务完好性监测算法和平动点导航星座设计提供了有益参考。

智能磁吸附金属屑回收机器人结构设计

以机械制造行业车间生产以及金工实训基地实践中产生的细小金属屑如何清理回收为研究目的,针对目前市场上清扫设备所存在的清扫不彻底、价格昂贵、体积庞大、使用场所受限等问题,设计了一款金属屑智能回收机器人。采用磁性滚筒将金属屑吸附到输送带表面并利用重力作用收集到收纳仓中。同时通过stm32f103芯片和jetson nano b01开发板对其进行控制,结合激光雷达和摄像头模块进行路径规划,自主导航实现智能化。

船闸引航道隔流墙物理模型试验优化研究

引航道通航水流条件是航运安全的关键,为研究不同形式隔流墙整流效果,依托浯溪枢纽二线船闸工程,建立定床物理模型通过测量表面流速分布评价船闸通航水流条件,系统地对比研究全实体形式隔流墙、实体与多型透空隔流墙组合、排桩整流等方案的整流效果,并提出排桩与桩基插板隔流墙组合方案。结果表明:延长隔流墙长度可以降低横、纵向流速,有效改善引航道水流条件;合理布置浮式隔流结构可以满足引航道水流条件,整流效果优于全实体隔流墙;排桩方案的整流效果较佳;排桩与桩基插板隔流墙组合方案综合浮式隔流结构、排桩整流技术的优势,在保障整流效果的同时降低了工程造价。

基于改进DeepLabv3+的火龙果园视觉导航路径识别方法

针对视觉导航系统应用在火龙果园环境中面临干扰因素多、图像背景复杂、复杂模型难以部署等问题,本文提出了一种基于改进DeepLabv3+网络的火龙果园视觉导航路径识别方法。首先,采用MobileNetV2取代传统DeepLabv3+的主干特征提取网络Xception,并将空间金字塔池化模块(Atrous spatial pyramid pooling,ASPP)中的空洞卷积替换成深度可分离卷积(Depthwise separable convolution,DSC),在提升模型检测速率的同时大幅减少了模型的参数量和内存占用量;其次,在特征提取模块处引入坐标注意力机制(Coordinate attention,CA),增强了模型的特征提取能力;最后,通过设计的导航路径提取算法对网络模型分割出的道路掩码区域拟合出导航路径。实验结果表明:改进后的DeepLabv3+的平均交并比和平均像素准确率分别达到95.80%和97.86%,相较原模型分别提升0.79、0.41个百分点。同时,模型内存占用量只有15.0 MB,和原模型相比降低97.00%,与Pspnet和U-net模型相比则分别降低91.57%、91.02%。另外,导航路径识别精度测试结果表明平均像素误差为22像素、平均距离误差7.58 cm。已知所在果园道路宽度为3 m,平均距离误差占比为2.53%。因此,本文研究方法可为解决火龙果园视觉导航任务提供有效参考。

舰船航行噪声传播路径研究

为降低舰船航行过程中噪声,研究舰船航行噪声传播路径问题。由于舰船航行过程中具有多处噪声来源,因此可将舰船航行过程中的多源噪声信号定义为卷积混叠,由此提出耦合噪声源分离方法。基于表示舰船航行过程中的噪声源信号与噪声信号接收器在不同时间节点下所获取的噪声观测信号,确定舰船航行噪声源信号。在此基础上,通过奇异值分解法处理噪声源信号,利用工况传递路径分析法分析舰船航行噪声传播路径贡献量。实验结果显示,该方法能够准确计算噪声传播过程中的损失量,分析舰船航行过程中噪声的主要来源,有效辅助研究对象航行过程中的噪声抑制处理。

低轨导航功率增强信号兼容性分析

为了弥补有关低轨导航功率增强信号的兼容性分析相关研究的不足,提出一种基于等效载噪比和谱分离系数的兼容性评估方法:该分析方法类比干扰信号评估方法,计算原信号的等效载噪比损耗和谱分离系数,信号等效载噪比损耗绝对值越大,谱分离系数越大,增强信号兼容性越差;并对不同调制方式的信号分别作兼容性评估,筛选适合低轨导航功率增强信号调制方式。实验结果表明,二相移相键控体制(BPSK)功率增强信号兼容性较差,可以采用二进制偏置载波(BOC)(6,4)信号作为低轨导航功率增强信号;等效载噪比损耗低,谱分离系数小。

基于信号分离的GNSS干扰信号抑制

全球导航卫星系统广泛应用于军事、通信等多个领域,但导航信号容易受到空间中电磁干扰的影响,造成性能严重下降。文中基于信号分离的方法研究了欠采样情况下的干扰抑制问题,通过对干扰信号幅度调制信号的分解构建了稀疏观测模型,利用稀疏贝叶斯学习实现对干扰信号的重建,进一步从接收信号中剔除重建的干扰信号,得到干扰抑制后的导航信号。仿真结果表明:文中所提方法能够有效抑制导航信号中的干扰,提升导航信号的质量,在欠采样情况下该方法仍然具有较好的干扰抑制性能。

基于透空隔流堤布置的上游引航道通航水流条件优化

针对布置于急弯下游的水利枢纽上游引航道停泊段通航水流条件十分复杂的情况,依托某水利枢纽工程开展通航水力学模型试验,探究上游引航道停泊段外接隔流堤的作用,对比分析了不同透空隔流堤长度下停泊段的流场分布。结果表明,上游引航道停泊段外接透空隔流堤,可有效减小停泊段与河道主流间的流速梯度,改善停泊段通航水流条件。随着透空隔流堤长度的增大,停泊段最大纵向及横向流速呈减小趋势;同时,应综合考虑水流条件、工程造价等因素,合理设置隔流堤长度。

基于管理熵与RFID的九寨沟游客高峰期“时空分流”导航管理模式研究

九寨沟旅游高峰期游客时空分布不均,直接造成三个方面的负面影响。一是各界对九寨沟景区严格实行游客限量的诉求增强,二是景区生态环境保护压力加大,三是游客满意度降低。本文在管理熵理论的指导下,拟采用RFID、eB和3S等信息技术,在时间和空间两个维度上对景区游客进行科学分流设计,建立游客高峰期时空分流导航管理模型,以期降低景区景点瞬时负荷,均衡游客时空分布,同步实现景区游客容量增加、环境保护水平提升、游客满意度增大三个目的。

基于多解分离的GNSS/Inertial组合系统完好性监测

在卫星导航系统的完好性监测中,通常的接收机自主完好性监测过分依赖于可见星的几何分布,并且不能提供足够的可用性。针对该问题,给出了一种基于多解分离的惯性辅助卫星导航完好性监测方法。在对基于奇偶矢量的接收机自主完好性监测法及其可用性分析基础上,设计了基于多解分离的卫星导航/惯性组合导航紧耦合滤波器,推导了其完好性监测以及可用性计算方法。通过仿真实验,从可用性、阶跃故障和斜坡故障的完好性监测效果等方面,对两种方法进行了对比分析。结果表明,多解分离法在5颗星时仍能定位故障,水平保护限值可以降低50 m,对于1 m/s的斜坡故障检测时间可以缩短71 s,显著提高了完好性监测性能。

基于机器视觉的自主插秧机导航信息的提取研究

针对基于机器视觉的插秧机的自主导航,提出了一种利用秧苗行分割线作为基准线提取导航参数的算法。根据秧苗在田间环境的特征,用EXG因子分割图像,将按列累加的灰度值所形成的曲线图,设定水平分割线找到秧苗区域,确定各苗区的起始列点和终止列点,找到定位点,拟合分割线。根据秧苗行分布呈平行线状的特点,利用分割线在图像平面上形成的灭点和成像的斜率来计算插秧机的位移偏差和角度偏差,为视觉导航提供必要的参数。实验结果表明该方法具有一定的可行性,能够用于插秧机器人的导航研究。

基于MHSS算法的ARAIM完好性和可用性预测

传统的接收机自主完好性监视只能提供非精密进近阶段的完好性监视,无法实现对完好性要求更加严格的飞行阶段的监视,而高级接收机自主完好性监视(Advanced Receiver Autonomous Integrity Monitoring,ARAIM)可以在精密进近阶段为飞机提供满足航向信标性能垂直引导(Localizer Performance with Vertical guidance,LPV)的完好性监视服务。文章基于多假设分组解算法,根据目前的星座环境,结合民航不同飞行阶段的应用需求,对ARAIM算法进行仿真研究。针对水平保护级(Horizontal Protection Level,HPL)和垂直保护级(Vertical Protection Level,VPL)的指标,在不同星座组合环境下,选取南北半球不同经纬度的5个观测机场,分别仿真了HPL和VPL的变化情况,并对全球HPL和VPL平均分布趋势,以及以99%的概率满足LPV-200进近可用性指标时,ARAIM可用性的全球覆盖率进行了仿真预测分析。仿真结果表明,不论是全球定位系统和格洛纳斯双星座还是增加北斗卫星导航系统后的三星座,5个观测机场的HPL和VPL均能满足LPV-200进近对完好性指标的要求;但在全球范围内,双星座条件下,ARAIM并不能完全支持LPV-200进近对完好性监视的要求,而三星座则可大大提高ARAIM的可用性,为民航用户提供满足精密进近的所需导航服务性能。

水电站引航道透空式隔流堤水力学试验研究

水电站引航道隔流堤采用透空型式,虽可调整航道口门区的流速分布,改善不良流态,但也会对引航道停泊段的水流条件产生不利影响。结合构皮滩水电站工程实际,采用水工模型试验和船模试验的方法,对构皮滩水电站下游引航道隔流堤不同透空形式的水力学特性进行了研究。结果表明:在透水通道平面角度45°,透水通道9个,透水面积75.6 m2时,下游引航道停泊段及口门区的水流条件均满足通航要求。对类似工程具有参考借鉴作用。

低成本MINS/GPS组合导航中卡尔曼滤波算法的综合应用研究

在基于DSP的低成本MINS/GPS组合导航系统中,针对DSP的实型变量位数不足的缺点,在卡尔曼滤波器的设计中同时运用了状态与偏差解耦算法和平方根算法,并推导出状态与偏差解耦-平方根算法的具体公式,既能减少计算量,又能增强滤波的数值稳定性。

新型卫星导航复用调制信号的单路分离方法

针对卫星导航信号时/频/调制域正交特性实现单路分离的传统方法不再适用于复杂多路复用信号分离的问题,提出了一种新型卫星导航复用调制信号的单路分离方法。该方法利用不同支路上数据码的随机特性,设计了多支路混合信号的周期掩码累加准则,通过计算各支路比特符号掩码累加值的残留度和补偿因子,获得使对应非期望支路累加和为零的乘积系数,实现了期望信号的单路分离。理论和实验分析表明,相较于非单路分离的传统评估方法,所提单路分离方法的载波相位分辨率优于5°、码元位置分辨率优于0.01%,可精确直观地反映基带信号在时/频/调制等域的畸变情况,为新型导航信号定量评估和处理提供了很好的技术支持。

卫星自主导航中的偏差分离鲁棒滤波

研究卫星自主导航中的滤波算法。在以地心矢量为观测量的卫星自主导航系统中,由于观测模型不准、测量设备精度有限等因素,使得系统的观测量存在多种偏差,最终问题可抽象为观测量中含有偏差的离散线性系统的状态估计问题。把观测量中难以建模的复杂时变偏差看作不确定项,用一个模型误差界参数来描述不确定性的影响,由此设计鲁棒卡尔曼滤波器。进一步,把常值偏差与状态进行分离,分别构造无常偏的鲁棒滤波器和针对常偏的鲁棒滤波器,最终得到偏差分离鲁棒滤波算法。仿真表明该算法可以有效地抑制系统中的不确定性偏差,明显提高了卫星自主导航的精度。

基于EV模型的惯导平台误差分离方法

针对惯导平台误差分离过程中输入输出观测数据均含有噪声的问题,应用基于EV模型的总体最小二乘方法进行误差分离。给出了惯导平台的误差模型及误差观测方程,介绍了EV模型及总体最小二乘方法,分析了利用车载试验进行误差分离时平台的安装方式以及所需的外测信号等问题。应用最小二乘法和总体最小二乘法进行仿真对比研究。仿真结果表明,基于EV模型的总体最小二乘法对惯导平台的误差系数分离精度较最小二乘法要高。

导弹误差分离前的数据预处理方法

为获得高精度的导弹飞行试验误差分离结果,提出了改善数据预处理工作的工程实用方法。采用时间差分法查找测量数据中的丢失点,采用样条拟合算法剔除测量数据中的野值,并使用拉格朗日算法对异常点进行插值,提高了原始测量数据的质量。推导出发射惯性系下速度和位置的导航方程递推公式,并建立外测数据由发射坐标系向发射惯性系的转换关系模型。引入相关性分析法对遥外测数据的一致性进行分析,进而估算出遥外测数据零点对齐因子。对某型导弹遥外差计算应用了这些方法,获得了较满意的结果。

程序管制下考虑高度层穿越的航路容量评估模型

针对RNP(required navigation performance)规范和程序管制手段下的航路容量评估方法进行研究,采用数学建模的方法,根据程序管制规则和RNP运行规范,建立了一种考虑高度层穿越(crossing flight level,CFL)的航路容量评估模型。量化航空器上升率和穿越间隔裕度之间的关系;确定了CFL的间接影响;考虑程序管制中同向和逆向穿越确定了CFL的直接影响;使得模型评估值更接近实际运行值。通过成都—拉萨B213航路的模拟测试和调研数据分析,评估其规划平行航路前后的容量值,验证了本文模型的准确性,且证实实施RNP后航路容量的提升。为成拉复线的开通提供了理论支撑,对评估我国西部地区的航路容量有一定的参考价值。