极区横向坐标系的极球面投影特性及使用方法

根据极区横向坐标系与航海图配合使用需要,研究了极球面投影极区航海图上横向坐标系的投影特性及使用方法。首先,根据横向坐标系定义和极球面投影公式,推导了极球面投影海图上横向坐标系经纬线和子午线收敛角的投影公式;然后,结合极区航海图的图幅规格、类型和航海绘算要求,对单幅海图上横向经纬线格网形态和横向子午线收敛角分布特性进行了定量分析,给出了图上横向坐标系格网及横向子午线收敛角的使用方法;最后,根据极球面投影航海图上各航向基准的几何关系,得到基于横向子午线收敛角的横向航向、真航向和地理航向的相互转换关系,形成了横向坐标系在极球面投影极区航海图上的初步使用方案,可为后续极区航海图编制使用、电子海图显示及信息系统研制提供参考依据。

基于统一横向坐标系的极区地球椭球模型导航方法

针对现有横向坐标系惯导编排在极区导航应用中导航参数转换复杂、不同导航系统间信息交联困难等问题,提出了一种基于统一横向坐标系的极区地球椭球模型惯导编排方案,由传统地球坐标系绕y轴旋转-90°定义横向坐标系,实现横向地理坐标系和格林尼治格网坐标系的统一,解决参数转换与信息交联问题。在此基础上,推导了基于地球椭球模型的惯导编排方案,并解决了统一横向坐标系下横向经纬线不正交的问题。最后,通过中高纬度地区进行惯导实测数据解算与极区仿真试验,验证了坐标系在极区的正确性和适用性。极区仿真所得误差结果 48 h内各项误差符合惯性元件引起的系统误差发散规律,满足极区导航要求。

基于横向地球坐标的惯性导航方法

针对极区经线迅速收敛于极点造成的传统惯导机械编排在极区不适用问题,提出了CGCS2000地球椭球体模型下基于横向地球坐标的惯性导航方法。在构建横向坐标系及伪经纬网的基础上,给出了横向惯导与传统惯导间导航参数的转换关系,推导了横向地理坐标系机械编排,建立了系统误差模型,并以某型船舶为例,通过系统性能的静基座、动基座仿真分析,研究了基于横向地球坐标的惯性导航方法在极区的适用性。仿真分析表明,基于横向地球坐标的惯性导航方法可以克服传统惯导在极区存在的问题,在极点处不存在计算溢出,并可为载体穿越极点时提供高精度的姿态、位置信息,适用于极区。

一种适用于高纬度船舶导航的横向地球坐标系

为了克服高纬度地区经线收敛引起的船用惯导系统无法准确定位的问题,提出将地球坐标系通过旋转构建一个横向地球坐标系,使得高纬度地区的船舶位置实际上是在一个矩形经纬网格区域内,并依据横向地球坐标系对船舶的位置和航向等信息进行计算,然后将计算的结果再变换到地球坐标系内,以此进行船舶的极区导航。理论分析证明,利用本文提出的横向地球坐标系能够对高纬度位置信息进行精确表示,能够满足高纬度地区的船舶导航的精度需求。

基于横向地球坐标的惯性导航系统研究

针对传统惯导在极区不适用的问题,文中建立了基于横向地球坐标的惯导机械编排,据此建立了基于横向地球坐标的惯性导航系统误差模型.以某型船舶为例,通过系统性能的静基座、动基座仿真分析,研究了系统在极区的适用性.在动基座仿真分析中,为船舶规划了一条穿越北极点的航迹,模拟了船舶的复杂运动状态.仿真结果表明,基于横向地球坐标的惯性导航系统克服了传统惯导不适用于极区的问题,还可以为极区航行的船舶提供高精度的伪姿态、伪位置信息.

基于横向地球坐标系的极区惯导机械编排研究

地理经线在极区收敛于极点,这造成了以经线作为航向参考基准,位置用经纬度坐标表示的传统惯性导航系统机械编排在极区(尤其是极点附近)确定基本导航参数困难的问题。针对此问题,建立了横向地球坐标系,构建了伪经纬网,推导出横向坐标系与常规坐标系的变换及定向定位参数的转换关系。最后,提出并设计了以四元数表示舰船姿态、以横向地球直角坐标表示舰船位置、以横向地理坐标系为导航坐标系的极区惯导机械编排方案。

基于横向地球坐标系的极区超视距目标跟踪

针对极区(特别是近极点地区)超视距目标跟踪中,地理北作为方位基准带来的目指信息偏差问题,提出采用虚拟方式对地球表面进行重新划分,使地理极点区域转变为虚拟赤道区域,提出构建横向经纬网格、横向地球坐标系以及横向地理坐标系,提出将横向地理北作为方位基准,在极区用横向方位角表示目标方位,并构建基于横向地球坐标系的极区超视距目标跟踪模型,仿真结果表明,基于横向地球坐标系的极区超视距目标跟踪方法能够克服经线收敛带来的极区超视距目指信息偏差。

一种游动傅科机械编排的捷联惯性间接极区导航算法

针对指北方位、游移方位等机械编排的惯性导航系统在极区附近出现计算溢出、导航误差发散、方向基准缺失等问题,本文提出了一种基于游动傅科机械力学编排的捷联惯性间接极区导航算法。首先,推导了传统坐标系和横向坐标系下的游动傅科机械编排位置、速度和姿态转换关系,并设计了完整的捷联惯性极区导航流程。其次,在详细分析载体沿经线穿越极点时的导航解算性能基础上,提出了一种游动傅科机械编排的捷联惯性间接极区导航算法。实验结果表明,该算法能够实现传统导航与横向导航方式的平滑切换,并借助横向导航信息解决载体穿越极点时无法导航的难题。

傅里叶变换轮廓术中三维坐标同时校准方法

在相位测量型光学三维面形测量中,最终都要将相位信息转换成被测物体的高度分布信息,这个过程往往是通过对已知世界空间坐标的特征点事先标定,获得测量系统的内外特征参数后,完成被测物体的三维坐标转换。因此,标定是三维面形测量的关键环节。本文基于双向二次相位-高度映射方法和摄像机针孔模型线性无畸变标定技术,充分利用傅里叶变换的频谱方向特性,提出了对含有特征点的二维标定物表面变形条纹的频谱进行方向滤波操作,同时获取测量系统XYZ三个方向上的标定数据,对测量系统进行立体校准的系统标定方法。结合旋转风扇叶片形变的测量系统,给出了该方法的标定结果:在XY面内(230mm×230mm)的标准偏差小于0.27mm;在Z方向上小于0.022mm,位移测量灵敏度优于0.05mm。该方法为测量系统的实用化奠定了基础。

一种极区统一坐标系及其导航参数转换方法

为了实现横向导航体系和格网导航体系的统一,化简不同导航体系的转换关系,提出了一种基于横向坐标系的极区坐标系定义方法,并证明采取本极区坐标系可以在地理极区范围内使横向坐标系的横向经纬线近似构成格林尼治导航格网,从而实现横向地理坐标系与格林尼治格网坐标系的统一,使得格网导航坐标系的建立独立于海图。基于新定义的坐标系进一步定义了统一的极区横向经纬度位置和格网航向等主要导航参数,并给出本极区坐标系与目前常见极区坐标系简捷的转换关系。分别在中低纬度和极区对横向坐标系编排和传统地理坐标系编排的仿真进行对比,验证了提出的横向坐标系的可行性。

基于地球坐标系的SINS/GNSS极区组合导航算法

针对极区范围经线收敛速度加快并汇聚于极点,使航向失去参考基准,定位误差急剧增大的问题,结合极区航行过程中对导航精度的需求,提出了一种适用于极区的基于地球坐标系的SINS/GNSS组合导航方案。给出了基于地球椭球模型的横向坐标系定义以及与地球坐标系之间的转换关系;设计了地球坐标系下的SINS/GNSS组合导航算法;最后将地球坐标系下的导航结果转换到横向坐标系。仿真结果表明,基于地球坐标系的极区组合导航方案的导航误差收敛迅速,在1800s的仿真时间内,姿态精度达到0.4′,定位精度达到2m,速度精度达到0.02m/s;其中定位和航向精度略优于横向地理坐标系下的组合导航方法,且可为载体穿越极点时提供稳定的导航信息。

极区间接横向惯性导航方法

针对极区经线收敛引起的以真北向作为航向参考的导航算法失效问题,在横向惯性导航方法的基础上,提出了一种以游移方位坐标系为导航坐标系的间接横向惯性导航方法,以寻求全球导航时算法的内在统一性,保证平台惯导平稳切换时的流畅性。在横向地球椭球模型下,推导了横向游移坐标编排,建立了误差模型,并进行了仿真分析,并给出了间接横向导航方法下的全球导航流程。结果表明,导航坐标系相同情况下指北编排与间接横向编排极区性能不同的本质原因在于游移角误差的不同;间接横向惯性导航方法能够满足极区导航与穿越极点航行要求,航向角误差小于0.1'/h。

小学作文教学的纵横坐标

作文教学难，难就难在训练的要求难以把握。要求低了无法达到训练目标，学生的写作素质得不到提高；要求高了又偏离学生的认识规律和循序渐进的原则，无法达到应有的训练效果。而实际教学中常常是就高不就低，把终结目标与阶段目标混为一谈。我们博白县教研室以《九年义务...

基于无迹卡尔曼滤波的高纬度超视距目标跟踪方法

传统超视距目标跟踪中将目标位置信息转变到以融合中心为原点的直角坐标系下进行,针对这种方法在高纬度地区使用所带来的目标位置信息误差问题,提出将目标信息转变到横向地球坐标进行表示,在此基础上构建了目标运动模型、目标观测模型以及基于无迹卡尔曼滤波的超视距目标跟踪模型,仿真分析结果表明,所提出的方法能够提高高纬度地区的超视距目标跟踪精度,能够满足高纬度地区舰艇作战指挥系统对超视距目指信息的精度需求。

中低纬度评估极区导航时IMU数据转换误差模型

为解决在中低纬度地区定量评估惯性导航系统极区性能的问题,开展了惯导IMU极区模拟转换误差分析与建模。首先,基于地球球体模型横向坐标系下导航参数不变的轨迹模拟转移规则,给出惯导IMU模拟极区输出转换修正量模型;之后,对模拟试验测试参考基准的位置、航姿、速度等误差进行理论分析,并在此基础上,详细推导了测试参考基准误差对IMU极区模拟输出转换修正量模型中多项变量的影响;最后,推导得出完整的横向坐标系下的中低纬度IMU模拟极区数据的基准误差影响模型。根据该模型,可得出测试参考基准位置、航姿、速度误差和模拟地区重力差异等因素对IMU极区模拟测试误差的影响结论。仿真试验结果证明所提出的误差模型的正确性,该误差模型可指导实际测试设计与评定工作。

第三方引导下的极区超视距目标指示方法

在多传感器对目标进行引导时,传统目标方位角以地理北为方位参考,由于极区经线收敛导致地理北迅速收敛于北极点,进而导致目标方位角的误差增大,无法满足极区舰艇作战指挥系统对目指信息的精度需求,为了克服这一问题,提出建立横向地理北作为方位参考,并在此基础上构建大地主题解算模型以及无迹卡尔曼滤波模型,仿真分析的结果表明,提出的方法能够提高第三方引导下的极区超视距目指信息精度,能够满足极区舰艇作战指挥系统对目指信息的精度需求。

惯导极区模拟测试船用IMU转换修正误差公式简化与分析

在中低纬度检验惯性导航极区性能的模拟测试系统中,基准误差造成的IMU转换修正误差是影响模拟测试精度的重要因素,本文讨论分析了其简化计算方法。采用转移前后地球球体模型下横向坐标系导航参数不变的基准轨迹转移原则,首先简述了模拟测试方法及IMU转换公式;其次,研究了IMU转换修正误差的计算方法,相比完整计算公式给出了适合船用的近似计算公式,并对其中的系数、各分量的量级及变化形式进行分析;最后,利用实测航次的导航参数,对比验证了公式计算的正确性。简化公式最大计算误差约为10%,可满足后续模拟测试中IMU误差的分析要求。

中低纬度下惯导极区性能模拟测试方法

针对惯性导航系统极区性能试验难以实地开展的问题,研究了一种模拟测试的方法,并基于横向坐标系编排给出了以组合导航系统作为测量基准的惯导模拟测试方案。首先分析了模拟测试技术研究的必要性,然后根据轨迹形变最小原则详细推导了基于横向坐标系编排的极区模拟测试转换公式,之后针对测试中采用不同基准的情况,提出了相应的惯性测量单元(inertial measurement unit,IMU)转换算法,并提出以惯性导航系统/全球导航卫星系统(inertial navigation system/global navigation satellite system,INS/GNSS)为参照基准的一种具体测试方案,最终完成了仿真实验,验证了模拟测试理论的正确性。结果表明,在基准误差不计的情形下,试验导航参数误差与惯导实地横向编排解算误差相当。初步验证了所提方法替代极区实地试验进行精度性能评估的可行性,为后续极区模拟测试评估研究奠了定理论基础。

双轴旋转调制惯导系统的极区导航算法

针对采用固定指北坐标系的双轴惯性导航系统运行在高纬度地区时的导航算法失效问题,在横向惯性导航方法的基础上,以双轴旋转调制惯导系统为对象,提出了一种以游移方位坐标系为导航坐标系的惯性导航方法。首先分析了传统机械编排下的极区导航方法在极区工作的缺陷,进而建立了新的机械编排方法。在横向地球模型下,推导了基于横向游移坐标系的极区机械编排方法,并给出了该方法在全球范围进行导航的流程,从而能够保证双轴惯导系统在高低纬度地区工作的流畅性和平稳性。最后进行了仿真分析,并通过虚拟极区技术,利用实际跑车试验数据完成极区导航算法的半实物试验验证,其24小时导航精度与传统坐标系下的导航精度基本一致。试验和仿真结果表明,横向坐标系可以满足舰船航行穿越极点以及极区导航的需求。

基于横向地理坐标系的极区惯性导航方法研究

针对极区经线收敛导致以真北向作为航向参考的导航算法失效问题,提出了基于横向地理坐标系的导航参数定义和导航解算方法.该方法选取地球赤道上一点作为新的极点,并在地球模型为椭球模型情况下以该极点为基础定义了横向地球坐标系、横向地理坐标系以及横向经纬度,进而了设计并提出了将横向地理坐标系作为导航参考坐标系的惯性导航力学编排,仿真结果表明本方法解决了传统力学编排在极区不能正常工作的问题.