面向实船运动特性的轨迹发生器设计

为提高轨迹发生器生成的仿真数据与实船运动状态的符合性,设计了一种面向实船运动特性的船舶轨迹发生器。利用GPR-DBSCAN算法,将实测数据识别分割成不同运动状态,再结合船舶运动学和动力学方程,建立了不同运动状态的船舶运动数学模型,并给出了姿态速度和位置(AVP)、惯性测量单元(IMU)数据生成算法。最后利用非线性回归辨识模型中的未知参数,完成船舶轨迹发生器的构建。仿真和实测数据验证结果表明,构建的船舶轨迹发生器与PSINS工具箱中的轨迹发生器相比,位置、航速和航向准确度分别提高了46.73%、6.91%和40.71%,更符合实船运动特性。

基于贝叶斯神经网络的船用惯导定位修正方法

船用惯性导航系统(inertial navigation system, INS)通常采用与全球卫星导航系统(global navigation satellite system, GNSS)组合导航的方式提高其长时间工作的定位精度。当GNSS失效时,其定位误差将随时间迅速发散。针对这一问题,设计了采用反向传播神经网络(back propagate neural network, BPNN)、根据INS原始输出数据拟合修正经纬度的定位修正方案,提出了基于Bayesian算法更新网络权重系数的方法,结合理论分析和试验研究确定了神经元个数与训练数据集的分配方案。实船试验结果表明,当GNSS失效时,在后续2 h,通过24 h历史数据训练得到的神经网络修正INS位置,相比INS独立工作时的定位误差,修正后误差均值下降了63%,误差最大值下降约50%,最小值下降至0。

因子图框架下里程计辅助GNSS/INS组合导航算法

在复杂观测环境下,GNSS/INS组合导航系统的GNSS信号易受干扰从而导致INS独立导航精度迅速下降。针对上述问题,本文基于因子图的里程计辅助GNSS/INS组合导航算法,利用里程计观测信息结合非完整性约束构建航向速度约束方程,同时采用能多次线性化计算和多次迭代的因子图优化方法进行参数估计。实际车载试验解算结果表明,在GNSS信号良好时,基于因子图方法比滤波方法具有更快的收敛时间,收敛速度提高了近10倍;在GNSS信号发生中断时,添加里程计辅助后组合导航系统在东向和北向分别提升了83%和89%。与传统的滤波融合手段相比,本文采用因子图优化后在东向和北向的定位精度分别有63%、70%的改善。

一种改进的基于惯导运动补偿的实时成像方法

合成孔径雷达(SAR)作为一种主动式的对地微波遥感技术,具有全天候、全天时和远距离的特点。通过发射大带宽信号,获得距离向的高分辨。通过平台相对静止场景的运动形成合成孔径,获得方位向的高分辨,SAR平台的运动是成像的基本条件。对于机载SAR,由于载机在大气中飞行时受到大气湍流等因素的影响,不可能保持理想的运动状态,必然会产生运动误差,运动误差会导致相位误差和包络移动,从而导致图像散焦等问题。如何对SAR进行运动补偿是实现成像的关键。基于惯导数据的运动补偿是实现高分辨成像的重要手段之一。根据惯导数据的特点,结合卡尔曼滤波原理和SAR成像的几何模型,提出了一种基于卡尔曼滤波的惯导数据滤波和重采样方法。该方法可以有效剔除运动参数野值,精确地获得雷达平台的运动参数。文中所提出的运动补偿方法能和SAR成像算法很好的结合,实测数据的成像结果验证了该方法的准确性和有效性。

基于自适应高斯渐进滤波的工程车GNSS/INS紧组合定位

研究了量测野值影响下的工程车GNSS/INS紧组合定位问题,提出了一种基于自适应高斯渐进滤波的车辆定位方法。首先,为降低量测野值对滤波器的破坏风险,利用假设检验方法对量测野值进行检测和剔除;其次,对于野值漏检测引起的定位性能下降的问题,设计了自适应的高斯渐进滤波方法来补偿量测的不确定性;特别地,利用线性化误差与系统估计误差的变化关系,对渐进量测更新方式进行了改进,从而实现对线性化误差的间接补偿。最后,通过工程车GNSS/INS紧组合定位实验进行结果分析,验证了所提方法的可靠性和优越性。

基于WordPress的农业知识服务系统设计与实现

农业知识服务系统的综合性研究已成为现代农业技术研究领域的重点,WordPress是目前世界上使用最为广泛的一种内容管理系统,拥有功能强大的主题模板和插件系统。通过分析陕北旱区旱作农业研究领域科研人员对科技创新的知识需求,结合国内外农业知识服务的研究现状,提出以WordPress为技术框架,构建面向陕北旱区旱作农业领域的知识服务系统,以期为建设农业领域知识服务系统提供一个良好的解决方案。

线上线下同步课堂教学技术方法研究

针对线上和线下同步开展课堂教学的需求以及线下教学场地硬件条件的特点,设计一种在Wi-Fi网络环境下基于手写平板电脑,使用同屏软件的多屏协同授课及电子板书技术方法。该技术方法实现了大规模线下课堂授课和通过腾讯会议等平台开展线上教学的实时同步功能,在具有Wi-Fi网络和投影大屏的线下教室里均可开展同步教学,简便易行,较好地解决了因疫情等特殊原因造成的部分学生无法参加线下课堂教学的实际困难,具有一定推广价值。

基于VB-EKF的GPS/INS松组合导航定位算法

针对应用在无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)中的全球定位系统/惯性导航系统(GPS/INS)松组合导航非线性系统受到外界噪声干扰导致量测噪声在滤波时不断变化,从而造成滤波精度下降等问题,提出一种变分贝叶斯扩展卡尔曼滤波(VB-EKF)算法。该算法利用EKF(Extended Kalman Filter)将非线性系统中的状态函数和量测函数展开为线性方程,并将两个不同的导航系统数据进行融合,避免了单系统导航定位发散的问题。考虑到组合系统中量测噪声的时变特性,引入变分贝叶斯算法进行改进,有效解决了系统滤波精度下降问题。仿真结果表明,VB-EKF较EKF算法可有效提高滤波稳定性,进而提高系统导航定位精度。

基于5-HT-BDNF轴研究针刺联合柴胡疏肝方对大鼠缺血再灌注脑损伤的保护作用及机制

目的探讨针刺联合柴胡疏肝方对脑卒中大鼠脑功能的保护活动和机制。方法构建大鼠大脑中动脉闭塞(MCAO)模型,针刺联合柴胡疏肝方治疗前后进行脑功能评价;酶联免疫吸附试验检测各组大鼠脑组织中单胺类神经递质5-羟色胺(5-HT)、多巴胺(DA)和去甲肾上腺素(NE)的表达水平;免疫印迹法检测各组大鼠脑组织中脑源性神经营养因子(BDNF)蛋白表达水平。结果相比于针刺或柴胡疏肝方单独治疗,针刺联合柴胡疏肝方对大鼠脑卒中模型的脑功能损伤具有更好的保护作用;针刺联合柴胡疏肝方能够上调大鼠脑组织中单胺类递质5-HT、DA和NE的表达;针刺联合柴胡疏肝方能够上调大鼠脑组织中BDNF蛋白表达。结论针刺联合柴胡疏肝方对大鼠缺血再灌注脑损伤具有更好的保护作用,其可能与单胺类神经递质的相互作用以及上调BDNF蛋白的表达有关。

基于MEMS IMU的GNSS RTK/INS紧组合定位分析

本文针对复杂动态的城市环境自动驾驶规模化应用需求,提出惯性单元辅助RTK快速收敛的自动驾驶低成本、高精度定位方法。使用MEMS IMU M39和战术级IMU Pos320,通过对多组实测车载数据进行仿真中断,得到INS位置漂移误差、模糊度收敛时间、模糊度固定正确性指标,再对无惯导辅助、M39辅助模糊度固定和Pos320辅助3种情形下的模糊度固定时间和定位精度进行了统计和分析。结果表明,M39在GNSS中断5 s时可辅助RTK实现模糊度瞬时固定,中断时间为10 s时可以将RTK模糊度收敛时间压缩至1/4。MEMS IMU的加入使得RTK模糊度固定错误个数显著下降,10 cm以内高精度定位占比由62.25%提高至98.44%。试验验证了MEMS IMU辅助RTK能够加快模糊度收敛速度,提高了其在自动驾驶导航定位应用中的精度和可靠性。

基于改进关键帧筛选的多状态约束卡尔曼滤波

基于多状态约束卡尔曼滤波的融合算法仅利用单帧图像进行位姿估计,若初始化不正确,会导致视觉位姿估计发散严重;若将每个视觉特征点都包含进系统状态向量,则极易增加系统计算负担。针对上述问题,提出了一种改进的关键帧选择算法,利用多个视觉关键帧对相同特征点的约束来减小视觉测量误差,提高定位精度,同时只将关键帧解算出的相机位姿融入系统状态向量,有效地降低了系统计算量。实验表明,改进算法与EKF相比,其定位精度和计算效率分别提升了29.09%和32.2%。与Orb-slam2相比,改进算法的计算效率提升了35.48%。

跨域飞行器惯导装置设计及抗冲击测量方法

跨域飞行器由于工作环境复杂多变,在飞行过程中运动参数受瞬态冲击影响较大,导致导航精度降低且难以稳定控制。针对瞬态冲击导致跨域飞行器难以获取准确运动参数的问题,本文研制了一种基于大小量程加速度计组合的惯性导航装置,并提出了一种大小量程加速度计切换策略,利用巴特沃斯滤波器对采集的数据进行滤波处理,通过预设阈值的累计和控制图算法和自主可变滑动窗口实现对冲击点的检测,并采用分段式线性插值方法保证了数据的同步性,最后通过模拟仿真和跌落台试验对本文所提出的切换策略进行试验验证,试验结果表明,分段式线性插值方法的估计误差不超过0.6 g,并在小量程加速计测量值饱和后,切换至大量程加速计的测量值,满足了实时切换的要求,进一步证明该惯性导航装置及大小量程切换策略可应用于飞行器进行跨域试验。

城市峡谷下视觉辅助的GNSS/INS多阶段定位方法

城市峡谷环境中卫星信号遮挡严重且质量易变,导致智能车的定位易失准甚至失效。为有效利用可观测的卫星信号,提出了一种基于可视卫星的GNSS/INS融合定位方法。首先,利用鱼眼相机筛选视距卫星,进而基于正交回归拟合方法定义空视情况优劣;接着,构建基于因子图的GNSS/INS融合定位框架,考虑到观测的不稳定性,分别构建了伪距、多普勒频率、载波相位观测因子,并在满足观测条件时增添对应的约束因子进行优化;最后,设计了基于空视情况的区间优化规则,优化长度跟随遮挡区间变化,以适应不同的遮挡情况。实车实验表明,相比传统的多传感融合方法,本文的多阶段定位方法在严重遮挡区域内定位精度提高了40%以上,有效提高了城市峡谷中的定位精度。

重力插值重构在重力匹配导航中的应用研究

重力匹配导航的定位精度与重力基准图分辨率紧密相关,重力基准图可以通过插值算法细化重构,提高分辨率。为了验证重力基准图的细化重构是否可以有效提高定位精度,对多面函数插值法、Shepard插值法及综合Shepard插值法的插值效果进行了比较分析,并采用这3种插值算法对重力基准图进行细化重构,选用地形轮廓匹配(TERCOM)算法和迭代最近等值线点(ICCP)算法作为重力匹配算法,通过海上船测数据的离线仿真验证了插值处理后重力基准图的重力匹配导航效果。试验结果表明,使用3种插值算法将重力图分辨率由1′×1′提高到0.5′×0.5′后,TERCOM算法和ICCP算法的定位精度分别提升了约30%和20%,但分辨率提高到0.25′×0.25′后,定位精度不再有明显提升。此外,3种插值算法的插值效果虽不尽相同,但导航结果却具有一致性,试验结果也表明,当基准图分辨率提升仅为1倍时,插值算法的选择对导航结果影响甚微。

天文/惯性组合系统中重力扰动补偿方法

针对重力扰动引起惯性水平基准姿态测量误差进而导致天文/惯性组合导航系统定位精度下降的问题,提出天文/惯性组合系统中的重力扰动补偿方法。首先,基于导航误差模型分析了影响天文/惯性组合导航系统定位精度的主要因素。其次,推导了重力扰动、惯性水平基准姿态测量误差与天文导航定位误差之间的传播机理。然后,研究了重力扰动建模与修正方法,并将重力扰动补偿方法应用于惯性水平基准的导航解算回路中,实现重力扰动的有效补偿。跑车试验结果表明,所提重力扰动补偿方法可以将天文/惯性组合导航系统中定位误差的振荡幅值由1.6 n mile降低至0.5 n mile。

GNSS/INS组合导航中IMU参数设定与优化

针对惯性测量单元(IMU)参数设置不合理导致全球卫星导航系统(GNSS)/惯性导航系统(INS)组合导航无法充分发挥IMU性能的问题,提出了一套IMU参数设定与优化方案,建立了以GNSS短期中断期间导航漂移误差统计值、理论估计精度一致性以及IMU误差参数估计稳定性为评估对象的考核准则,使优化后的IMU参数可以确保GNSS/INS组合导航解算中状态预测方差阵的准确性,实现预测信息与观测信息权重合理分配,进而保障GNSS/INS组合导航最优性能。实测验证采用ADIS16465和ICM206022款典型车规级和消费级微机电(MEMS)IMU进行性能测试分析,测试结果表明:初始IMU参数与GNSS/INS组合导航算法适配度较低,无法得到最优组合导航结果;优化后,IMU参数在保障组合导航最优性能基础之上,也可实现理论估计精度与实际精度高度一致。

顾及运动特征的轨道不平顺测量精度分析

针对运动特征方程标准差和量测频率对轨道不平顺测量精度的影响进行研究,结合GNSS/INS与NHC的算法建立模型,利用协方差法进行定量分析。仿真实验表明加入运动特征方程提高了轨道不平顺的测量精度。运动特征方程标准差不变时,随着频率的增加,精度提高;频率不变时,运动特征方程标准差越小则轨道测量精度越高;给定适当的运动特征方程标准差可以满足轨道不平顺测量精度的要求。现场实验结果与仿真实验结果基本一致,证明所提方法的正确性。研究结论为提高轨道不平顺测量精度提供参考。

玄参水提取物对高糖暴露条件下INS-1细胞AMPK的激活作用

目的研究玄参水提取物(AESN)对高糖(HG)条件下INS-1细胞腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)活性的影响。方法将INS-1细胞培养于HG培养基中,并给予不同浓度AESN共孵育处理;利用细胞计数试剂-8(CCK-8)法检测AESN干预对细胞增殖/活力和焦亡小体形成的影响,使用Western blotting法观察AESN对细胞内AMPK表达及磷酸化水平的影响;利用时间分辨-荧光共振能量转移(TR-FRET)实验检测AESN对AMPK激酶活性的影响。结果CCK-8检测结果显示同正常培养条件相比,HG暴露显著降低INS-1细胞增殖/活力并增加焦亡小体形成数量,Western blotting检测结果表明HG暴露可导致细胞内AMPK磷酸化水平下降;而AESN共孵育可呈浓度依赖性地增加INS-1细胞增殖/活力、抑制焦亡小体形成并激活AMPK。TR-FRET实验结果表明,AESN可浓度依赖性增加AMPK激酶活性。结论AESN对HG暴露条件下INS-1细胞AMPK具有激活作用。

基于组合历元新息抗差的GNSS/INS欺骗检测方法

针对传统的全球卫星导航系统/惯性导航系统(GNSS/INS)新息平均抗差欺骗检测算法对阶跃式欺骗存在检测时延长、对斜坡式欺骗检测不敏感等问题,提出了一种基于组合历元新息抗差的GNSS/INS欺骗检测方法。检测方法联合使用单历元新息和多历元新息平均检测方法提高检测效率,构造多历元等价权因子加大对斜坡式欺骗的削弱力度,按欺骗类型进行分类处理。实验结果表明,与单历元新息检测方法和多历元新息平均检测方法相比,所提方法更具敏感性,能够检测到单历元新息无法检出的10 m的阶跃式欺骗和多历元新息平均法无法检出的0.03 m/s的斜坡式欺骗;多历元等价权因子能削弱在检测到斜坡式欺骗之前误差跟踪效应对新息的影响;在多通道欺骗场景下,所提方法使检测时延缩短了21.3%,对欺骗进行分类处理使得与真实轨迹的最大位置误差减小了86.6%,均方根误差减小了96.8%。

基于声学的水下惯性导航系统校准技术研究

随着海洋开发的进程推展,自主式水下潜航器(AUV)的导航技术也在日益进步。随着技术的探索,发现惯性导航的声学导航结合的导航模式才是未来的主要导航方向。因此,提出一种基于声学的水下惯性导航系统(INS)校准方法,其定位精度由惯导精度、安装偏差和声学定位精度综合决定。结果显示,在水下平台采用高精度光纤惯导并精确测量安装偏差的条件下,此方法能够获取不大于100 m的定位精度,能够很好地为水下平台提供导航系统修正。