基于超球面采样UDU^TUKF算法的炮弹姿态测定

针对炮弹发射时冲击性高、惯性飞行和飞行时间短的特点,提出一种基于超球面采样的UDUT无迹卡尔曼滤波算法(SS-UDUTUKF),估算炮弹运行姿态。针对炮弹运动规律的特殊性,建立系统的线性状态方程和非线性量测方程,采用三个微机电加速度计作为惯性测量单元测量比力矢量。采用UDUTUKF算法估计非线性系统的状态,抑制滤波的发散,提高滤波的稳定性。SS-UDUTUKF滤波算法具有很好的数值稳定性,能防止估计误差方差阵失去非负定性和对称性,可有效的抑制由于计算舍入误差而造成的滤波不稳定的问题。在三轴飞行测试转台上的仿真实验表明该算法具有很高的估算精度,满足炮弹姿态实时测定的要求。

TRP测量中球面采样方法研究

传统使用OTA球面全空间采样计算总辐射功率(total radiation power,TRP)的方法,所需的采样点数量庞大,测试难度大且测试效率低。为减少采样点数,降低测试难度,提升测试效率,提出基于待测件方向图特征的球面采样方法。对于主信号和带内互调信号的TRP测量需求,提出基于方向图相乘的正交切面采样法,利用方向图相乘原理估算全空间信息,从而计算TRP。而对于带外杂散信号的TRP测量需求,提出基于稀疏算法的球面等密度采样法,通过N个等面积子区间的数据来估算全空间信息,从而计算TRP。实验结果表明,全空间信息估算准确,确保了测量精度,且采样点数的减少有助于降低测试难度,提升测量效率,此两种方法可广泛应用于TRP测量。

基于NTRU格上非球型离散高斯采样的优化

随着量子计算机的飞速发展,后量子密码成为研究热点。格密码因性能均衡、安全基础牢靠,以及功能丰富等特点成为后量子密码中的主流。原像采样是格密码中的核心算法,被广泛应用于诸多高级密码方案的构造,格上Hash-and-Sign数字签名是最简单、最直接的应用。从技术上原像采样算法分为GPV型和Peikert型,前者的特点是输出质量高,但算法通常只能串行执行;后者支持并行运算,但输出质量较差。文章将非球面高斯技术应用于NTRU格上的Peikert型采样算法,旨在提升其效率。具体选取了两种参数模式,和原始NTRU格上的Peikert型采样算法相比,模式1可以提高基于该采样算法数字签名的安全强度并降低签名尺寸;模式2在不降低安全性的前提下,可以进一步降低签名尺寸。实验结果表明,在模式1中,安全性提升约18%~20%,签名尺寸降低约15%;模式2保持安全性不变,但是签名尺寸降低约30%~35%。

等立方体球面映射

立方体球面环境映射被广泛用于各种计算机图形学应用中.针对立方体球面映射中存在的采样不均匀问题,提出一种基于6个面结构的、在球面上均匀采样的球面映射,称为等立方体球面映射.由于该方法所得采样点在球面上均匀分布并具有相同的立方角,故可得到更高质量的绘制效果.等立方体球面映射的计算代价较低,并能直接使用GPU所提供的立方体球面映射的各种纹理操作,可达到非常高的渲染帧率.

格上可撤销的基于身份的加密算法研究

格上可撤销的基于身份的加密算法(RIBE)不仅能有效地解决实际生活中用户密钥撤销或更新的问题,还能抵抗量子算法攻击,吸引了众多密码学研究者的兴趣。文章通过运用基于近似陷门的非球面高斯采样技术,对RIBE方案中的系统公钥、用户私钥和更新密钥等生成算法进行改进,以缩减密钥尺寸,从而提高方案的空间效率。文章通过对同一水平下的解密错误率与原方案进行比较,可以观察到本方案的主公钥、主私钥、用户私钥、更新密钥和解密密钥的存储空间相较于原方案得到了一定的缩减。特别地,对于不同的安全级别,在保持同一解密错误率前提下,该方案的MPK尺寸缩减了32.29%~41.93%,MSK尺寸缩减了31.25%~38.70%,用户私钥及解密密钥尺寸缩减了59.13%~69.95%,密文尺寸缩减了32.27%~41.91%。

捷联惯导初始对准的UKF改进算法

针对UKF在捷联惯导系统静基座大方位失准角的初始对准中出现的计算量大和滤波数值不稳定的问题,本文提出了改进的UKF滤波。改进的UKF滤波应用了超球面采样和平方根滤波方法,降低了算法的计算量,提高了滤波过程中的数值稳定性。仿真结果表明,改进的UKF滤波在保证初始对准滤波精度的前提下降低了计算量,提高滤波性能,验证了改进的UKF滤波方法的有效性和优越性。

三维模型空间复合特征描述方法

融合三维模型的多种空间特征信息,提出一种三维模型空间复合信息的特征描述方法,在一次三维模型面片遍历过程中,可以同时提取模型在一系列同心球球面映射上的距离、法向和面积分布函数,然后对分布函数作球面调和变换,提取球面调和系数作为模型特征向量,降低了特征表示维数,节约了存储空间.在多个三维模型库的实验结果表明本文提出的空间复合信息特征描述方法具有优越的检索效果,优于基于图像的光场描述方法这一被认为目前检索效果最好的描述方法,同时具有提取速度快的优势.

基于SSUKF的粒子滤波算法研究

针对粒子滤波的退化现象、样本贫化问题以及标准无迹粒子滤波(UPF)算法计算量偏大的缺陷,利用基于超球面采样变换(SSUT)的UKF算法产生重要性概率密度函数,与序贯重要性再采样(SIR)结合,并引入粒子群优化,形成一种新的粒子滤波算法.对称分布UT变换的sigma点为2n+1个,而SSUT变换为n+2个.新算法利用SSUT变换减少了采样点的个数,通过混合建议分布进一步减少了计算量,使计算效率得到了明显的改善.仿真结果表明,该算法滤波精度优于扩展卡尔曼粒子滤波,而与标准UPF相当,计算效率明显高于标准UPF算法.

多敏感器联邦SSUKF融合姿态确定算法

针对四元数姿态估计问题,提出了一种分布式非线性滤波融合结构。通过引入基于超球面分布采样点变换(SSUT)技术的无迹卡尔曼滤波算法(SSUKF),以较低的计算量实现了高数据更新率、高精度的非线性滤波,并通过融合重构,保障系统无间断可靠工作,不受敏感器故障、视场盲区等因素影响。应用该算法对陀螺、磁强计、太阳敏感器、星敏感器构成的系统进行了具体设计并开展仿真研究,验证了算法的有效性。

捷联惯导欧拉角误差模型二位置对准方法

在捷联惯导初始对准优化的研究中,由于存在非线性,很难描述误差特性。为提高捷联惯导系统初始对准的精度,缩短对准时间,根据欧拉角误差的传播规律,推导了惯导系统角度和速度误差微分方程,建立了非线性的对准模型。非线性模型的计算一直是难点问题,一般采用无迹卡尔曼滤波(UKF),为减小计算量,采用了超球面采样点变换(SSUT)的采样策略,结合线性的量测方程,对滤波算法进行了改造和简化。根据全局可观性理论,为提高系统观测度,以二位置静态对准为条件,并对提出的方法进行了仿真和实验验证。结果表明,模型具有很高的精度,并能有效估计惯性器件误差。改进方法对大失准角下的系统初始对准及惯性器件测漂具有较好的参考价值。

一种基于改进无迹卡尔曼滤波的自主水下航行器组合导航方法研究

针对自主水下航行器(AUV)导航系统对稳定性、精确性和实时性的需求,提出了一种基于改进无迹卡尔曼滤波(UKF)算法的捷联惯性导航系统/多普勒测速仪(SINS/DVL)组合导航新方法。通过分析中低精度组合导航系统的特点和误差模型,在系统的噪声模型为复杂加性噪声时,利用球面分布单形采样变换设计了一种简化UKF组合导航算法。仿真结果表明:与常规的比例对称采样UKF算法相比,在不损失导航系统滤波精度的情况下,基于单形采样变换的简化UKF算法有效降低了系统的计算复杂度,提高了滤波解算效率。

编队飞行卫星自主相对定轨研究

卫星编队飞行相对轨道自主确定作为实现队形保持和控制的前提,是编队任务必须解决的关键技术问题。根据C-W方程的解析解描述编队卫星间的相对运动规律,选取星间距离信息与方位信息作为观测量,针对卫星编队飞行自主导航系统对精确性和实时性的要求,用超球面分布采样点变换(Spherical Simplex Unscented Transformation,SSUT)和Unscented卡尔曼滤波(UKF)相结合,提出了SSUT的UKF(SSUKF)导航滤波算法。由于SSUT减少了采样点个数,在保证滤波精度和标准UKF相当的条件下减轻了计算负担,完成了卫星编队相对轨道状态的自主确定,并结合仿真的轨道数据和测量数据进行了仿真,仿真结果说明实现了卫星编队优化的有效性和实时性。

UPF改进算法在单站无源定位中的应用

针对UPF算法在固定单站无源定位目标跟踪应用中存在运算量大、实时性差的问题,通过借鉴简化UKF的思想采用超球面单形采样策略、针对应用背景下状态模型的线性特性采用KF代替状态模型的Sigma点采样、在粒子滤波中对部分粒子间隔进行UKF采样三个方面的改进,提出一种改进的UPF算法。改进的UPF算法既有效降低了运算量,又增加了粒子的多样性,使粒子集更加逼近真实的后验概率密度函数。计算机仿真表明,改进的UPF算法在保持原有滤波精度的同时,有效减少了运算时间,可用相当于EKPF的运算效率得到UPF的滤波精度,适用于固定单站无源定位跟踪系统。

基于修正SUKF的固定单站无源定位跟踪算法

针对基于超球面单形采样策略的SUKF在初始误差和观测误差较大时滤波性能下降的问题,以固定单站无源定位目标跟踪为应用背景,引入后向平滑处理,并结合系统模型特点对算法作进一步的优化,提出一种修正的SUKF算法。理论分析和仿真实验表明,文中所提算法相对于传统UKF和SUKF算法,在运算开销增加不大的前提下,有效提高了算法的稳定性和滤波精度,具有一定的工程实用意义。

简化SSUKF在车载SINS行进间对准中的应用

基于大失准角条件下的非线性初始对准误差模型,通过捷联惯导系统(SINS)与全球定位系统(GPS)的速度和位置匹配实现SINS行进中初始对准。为了降低滤波计算量,根据系统噪声为复杂加性噪声、量测噪声为简单加性噪声且量测方程是线性方程的特点,采用计算量小的简化超球面无迹卡尔曼滤波(SSUKF)对车载SINS进行行进间初始对准。最后进行SINS行进中初始对准仿真试验,结果表明大失准角条件下的SINS误差模型和简化SSUKF滤波估计法不仅适用于大失准角,同样适用于小失准角和大方位失准角。本对准方案可提高车辆机动能力。

基于修正罗德里格参数的小卫星SSUKF姿态确定

用无陀螺的三轴稳定偏置动量小卫星三轴磁强计和太阳敏感器获得观测矢量,提出了一种基于超球面分布采样Unscented变换滤波(SSUKF)和修正罗德里格参数(MRPs)的姿态估计方法,给出了算法模型。SSUKF在保证滤波性能的基础上减少了采样点个数,减轻了星载计算机的负载;用MRPs描述小卫星姿态大幅减少了计算量。某小卫星的仿真结果表明:算法兼顾了精度、收敛速度和鲁棒性,且提高了计算效率,适于小卫星。