基于两个点集间参数估计的DVL标定方法

[目的]为了提高无人艇(USV)捷联惯性导航(SINS)与多普勒计程仪(DVL)组合导航的精度,需要对DVL误差进行精确标定。[方法]首先,对DVL的安装误差角、杆臂、比例因子进行误差建模,着重分析舰船中杆臂误差项对组合导航定位产生的影响;然后,提出一种基于两个点集间参数估计的DVL误差标定方法,即将SINS/GNSS导航参数与DVL输出参数视为两个点集,将标定问题转换为两个点集间差值的估计问题,再利用卡尔曼滤波器对两个点集间的误差参数进行估计;最后,利用基于奇异值分解(SVD)的可观测性分析,对不同运动条件下滤波器的可观测性定量分析,给出标定过程中载体的运动策略。[结果]数学仿真和海试试验结果表明,标定后的SINS/DVL算法全局相对精度可达到0.122%航程;在角机动时,杆臂会导致SINS/DVL定位突变;补偿杆臂后的定位误差更加平滑,且整体上具有更小的定位误差。[结论]所提方法可为包括杆臂在内的各项DVL误差标定提供可行的途径。

Attention-GRU神经网络辅助的SINS/DVL组合导航算法

针对多普勒测速仪(DVL)短时失效导致定位精度下降的问题,提出了一种注意力机制门控循环单元(Attention-GRU)辅助的捷联惯导(SINS)/DVL组合导航算法。当DVL测速有效时,使用SINS/DVL组合导航信息对Attention-GRU神经网络进行训练。当DVL故障时,使用训练完毕的Attention-GRU神经网络预测DVL速度辅助校正SINS。仿真结果表明:当DVL故障时,Attention-GRU相对纯惯性导航系统和GRU在匀速运动状态的平均速度误差分别减小了71.35%和3.48%,平均位置误差分别减小了34.76%和1.74%;在运动状态变化时平均速度误差分别减小了58.45%和14.67%,平均位置误差分别减小了9.82%和2.27%。

DVL/SINS松紧组合的等价性分析及改进的虚拟波束辅助紧组合算法

系统地研究了不同波束可用情况下的多普勒计程仪(Doppler velocity logger,DVL)/捷联惯性导航系统(strapdown inertial navigation system,SINS)紧组合导航算法。证明了3个或4个波束可用情况下,DVL/SINS波束域紧组合的定位精度与三维速度松组合系统具有等价性,并给出了松组合中量测协方差阵的确定方法。针对紧组合系统定位精度随可用波束减少而降低的问题,考虑DVL的误差参数,基于载体运动约束和压力深度计提出一种改进的虚拟波束辅助紧组合算法。实验结果表明,3个或4个波束可用时的松组合与紧组合的定位精度等价;改进的虚拟波束辅助紧组合算法可以准确跟踪故障的波束速度,有效提升了不同波束可用情况下紧组合的定位精度。

水下SINS/DVL组合导航误差抑制综述

为实现水下潜航器高精度长航时航行,基于SINS/DVL组合导航的误差抑制和校正技术是关键。对于DVL数据失效情况,介绍了不同的替代方法。比较了SINS/DVL组合数据融合常见滤波算法;从长航时导航误差抑制和校正角度,叙述了阻尼算法、地形辅助校正、重力匹配辅助定位、长基线系统辅助定位和重力扰动补偿等方法。可为水下潜航器SINS/DVL组合长航时导航误差抑制提供参考。

DVL辅助的无人水下航行器回溯式无纬度运动对准方法

针对无人水下航行器需要精确的姿态信息而位置信息无法获得或无需提供的应用场景,提出一种多普勒测速仪(DVL)速度辅助的无纬度回溯运动对准方法。在粗对准阶段,通过对惯性系视速度矢量拟合粗略估计惯性导航系统(INS)的姿态矩阵和纬度信息,并完成惯性传感器数据的抽取和存储;在精对准阶段,重复利用粗对准阶段的存储数据完成INS/DVL卡尔曼滤波精对准。采用数据压缩存储和正向回溯导航技术,减小了存储空间和计算量,等效缩短了对准时间。船载实验表明,算法可在初始纬度未知条件下10min完成行进间对准,航向精度达0.085°,与纬度已知的传统对准方法精度相当。

基于改进Sage-Husa自适应滤波算法的SINS/DVL组合导航

捷联惯性导航系统(SINS)与多普勒计程仪(DVL)组合导航时需考虑量测数据异常问题。针对该问题,设计一种基于渐消因子动态调整的改进Sage-Husa自适应滤波。此滤波旨在解决自适应滤波估计量测噪声参数性能对渐消因子依赖性强的问题,提升DVL量测信息异常情况下的导航精度。实验结果表明,基于渐消因子动态调整的改进Sage-Husa自适应滤波,在DVL数据异常的复杂环境中仍可具有较好的信息处理能力,导航性能提高显著,实现高精度的组合导航,具有一定的研究与参考价值。

补肾活血组方对心肌梗死后心衰大鼠心肌组织β-catenin、Dvl1蛋白及Axin2、Cyclin D1、KV4.3mRNA的影响

目的观察补肾活血组方对心肌梗死(心梗)后心力衰竭大鼠心肌组织β-连锁蛋白(β-catenin)、散乱蛋白1(Dishevelled1,Dvl1)及轴抑制蛋白2(Axin2)、细胞周期蛋白D1(Cyclin D1)、电压门控钾通道蛋白4.3(voltagegated K+channel4.3,KV4.3)mRNA的影响。方法将13周龄雄性60只SD大鼠随机分为空白组15只和实验组45只。实验组大鼠通过结扎冠脉左前降支联合力竭式游泳、饥饿,建立心梗后心衰模型。造模成功的大鼠随机分3组,即模型组、赖诺普利组及补肾活血组。赖诺普利组灌胃赖诺普利混悬液1.5 mg/kg,补肾活血组灌胃补肾活血方熬制汤剂9.2 mg/kg,空白组和模型组灌胃等体积蒸馏水,各组均2次/d。灌胃4周后,心脏超声检测左室收缩末内径(left ventricular end systolic diameter,LVESD)、左室舒张末内径(left ventricular end diastolic diameter,LVEDD)、射血分数(ejection fraction,EF)及左室短轴缩短分数(shortening fraction,FS),酶联免疫吸附法测定血清N末端B型利钠肽前体(N-terminal pro brain natriuretic peptide,NT-proBNP)、Wnt3a、Wnt5a、Wnt11、Dickkopf-1(DKK1)、分泌性FZD相关蛋白1(secreted Frizzled-related proteins,sFRP1)、Wnt抑制蛋白1(Wnt inhibitory protein,WIF1)含量,免疫组化法检测大鼠心肌β-catenin、Dvl1表达,反转录聚合酶链式反应法检测Axin2、Cyclin D1、KV4.3 mRNA表达。结果与空白组比较,模型组大鼠LVEDD、LVESD升高,EF、FS降低,血清NT-proBNP、DKK1、sFRP1、WIF1含量和心肌组织β-catenin、Dvl1蛋白及Cyclin D1、KV4.3mRNA表达升高(P<0.05),血清Wnt3a、Wnt5a、Wnt11及心肌组织Axin2mRNA表达降低(P<0.05)。与模型组比较,赖诺普利组和补肾活血组大鼠LVEDD、LVESD降低,EF、FS升高,血清NT-proBNP、DKK1、sFRP1、WIF1含量和心肌组织β-catenin、Dvl1蛋白及Cyclin D1、KV4.3mRNA表达降低(P<0.05),血清Wnt3a、Wnt5a、Wnt11及心肌组织Axin2mRNA表达升高(P<0.05)。结论补肾活血组方可能通过下调心梗后心衰大鼠β-catenin、Dvl1蛋白和Cyclin D1、KV4.3mRNA及DKK1、sFRP1、WIF1表达,上调Axin2mRNA及Wnt3a、Wnt5a、Wnt11表达,改善心功能,延缓心室重构,防止心衰发展。

INS/DVL组合导航安装偏差的双矢量标定方法

为提高水上船舶中惯性导航系统/多普勒速度计程仪(Inertial Navigation System/Doppler Velocity Log, INS/DVL)组合导航系统定位精度,提出一种利用GPS定位信息进行矢量计算的安装偏差标定方法,该方法只需船舶以直线沿不同方向航行2段距离,依托GPS下的速度信息进行矢量计算,即可标定INS与DVL之间的安装偏差。试验结果表明,用该方法能够可靠地标定DVL的安装偏差,将标定结果代入评估后,组合导航精度得到有效提高。

基于自适应滤波的水下SINS/相控阵DVL组合导航算法设计

针对远程自主水下航行器的远程性和自主性,加之水下环境复杂,其导航和定位的精度很难保证的特点,设计一种基于相控阵DVL的自适应滤波的SINS/DVL组合导航算法。基于相控阵DVL特点,推导了速度观测方程,并对降维滤波器进行了设计和时空误差进行修正。采用50型激光陀螺研制出工程样机,并进行了河试试验和海试试验,试验结果表明采用自适应滤波算法能够进一步提高SINS/DVL自主导航的精度,并且SINS/DVL自主导航精度优于2‰D(D为航程),为远程水下航行器提供一种自主好、精度高、价格适中的导航手段。

SINS/DVL组合导航在海底挖沟机施工中的应用探索

针对难以精确监测海底挖沟机工作状态的问题,依据捷联惯性导航系统SINS(Strapdown inertial navigation system)以及DVL(Doppler log)水下组合导航技术的原理,建立组合导航模型以及误差模型,根据施工特点设置挖沟施工作业路线,依照挖沟机实际作业状态设置运动参数,并进行仿真实验,验证SINS/DVL技术在海底挖沟机管道铺设作业中的监测能力.结果表明,在铺设海底管道时,SINS/DVL组合导航系统可以实时获取海底挖沟机的工作数据,测量高精度的经纬位置、速度、姿态数据:经、纬度误差控制在±0.02°范围内;速度误差在-0.05~0.10 m/s范围内;俯仰角误差为±0.20°,横滚角误差为±0.20°,航向角误差为±1.00°.

基于状态变换卡尔曼滤波的DVL/SINS组合导航算法

针对捷联惯性导航系统(strapdown inertial navigation system,SINS)误差定义存在的坐标系不一致的问题,将速度误差统一投影在真实导航坐标系中,基于状态变换Kalman滤波推导了更严密的SINS姿态、速度和位置误差方程。进一步地,在新定义的速度误差和SINS误差方程的基础上,构建了改进的多普勒计程仪(Doppler velocity logger,DVL)/SINS组合导航卡尔曼滤波状态模型和量测模型。仿真和船载实验表明,与常规DVL/SINS卡尔曼滤波模型相比,所提算法可以处理传统DVL/SINS误差模型中坐标系不一致问题的影响,可在一定程度上提高组合导航系统的性能。

基于位置观测信息的Davenport四元数DVL标定方法

多普勒计程仪(Doppler velocity log,DVL)能够实时为捷联惯性导航系统(strapdown inertial navigation system,SINS)提供外部速度辅助信息,准确稳定的DVL标定工作对提升SINS/DVL组合导航系统的性能具有重要意义。为有效解决此问题,提出了一种基于位置观测信息的Davenport四元数标定方法。在所提方法中,通过基于多普勒测速原理的位置观测推算标定刻度因子误差以减小速度量测噪声的不利影响,利用基于Davenport四元数方法的位置观测矢量方程解算标定安装角误差以增强旋转矩阵求解的稳定性。船载湖试结果表明,相比于现有方法,所提标定方法在简单和复杂的机动情况下均具有更高的准确度和更好的稳定性。

SVR辅助SINS-DVL的水下机器人组合导航方法

多普勒计程仪(DVL)在水下导航系统应用越来越广泛。当海底环境发生变化时,DVL会发生数据刷新频率不稳定,数据无效等情况。为了提高导航的可靠性,本文提出了一种变训练集的SVR回归方法,对DVL的数据进行预测。根据水下机器人的速度变化率和加速度变化率调节训练集大小。把捷联惯导(SINS)的东向和北向速度作为输入,DVL东向和北向速度作为输出对模型进行训练。根据SINS的数据输出频率,选取合适的预测数据输出频率进行仿真。仿真发现算法有效地提高了SINS/DVL组合导航的精度,并在DVL数据无效时,有效地抑制误差,提高导航系统的稳定性。

INS/GPS/DVL组合导航系统中测量延迟的影响及标定方案分析

以INS/GPS/DVL组合导航系统为例,分析了测量延迟误差对系统精度的影响(会产生较大的航向误差,继而会影响前向加表偏置)。提出了延迟误差的软硬件标定方法,包括时标法和相关系数分析法,对硬件和算法不需要作较大的改动就可以估计出延迟误差并补偿外部观测量。在无延迟、有延迟和延迟补偿后几种情况下进行了对比仿真。结果表明:该标定补偿方案可以准确地估计出延迟误差,有效地提高系统精度,几乎达到无延迟的精度水平。

水下SINS/DVL组合导航技术综述

基于捷联惯性导航系统(SINS)与多普勒计程仪(DVL)相结合的组合导航技术近年来在自主水下航行器(AUV)导航上得到了广泛应用。文中简要介绍了水下SINS/DVL组合导航的基本原理、耦合方式和系统应用研究现状;详细论述了数据融合处理技术、标定技术和DVL数据失效处理技术等3个关键技术及其研究现状;最后,探讨了水下SINS/DVL组合导航技术的发展趋势及其将要面临的技术问题。文中的研究可为水下高精度组合导航研究提供参考。

Wnt2与Dvl蛋白在食管鳞癌组织中的表达及临床意义

目的检测Wnt2与散乱(Dvl)蛋白在食管鳞癌组织中的表达情况,探讨其与食管鳞癌发生发展的关系。方法采用Western blot法分别检测Wnt2、Dvl蛋白在60例食管鳞癌组织及其对应癌旁组织中的表达,并分析其与临床病理特征之间的关系。结果 Wnt2和Dvl蛋白在食管鳞癌组织中的相对表达量(0.512±0.406和1.218±1.082)高于癌旁食管组织(0.153±0.189和0.505±0.358),且Wnt2及Dvl蛋白表达在不同浸润深度、TNM分期及淋巴结转移情况中存在差异(P<0.01);Wnt2与Dvl蛋白在食管鳞癌组织中的表达呈正相关(r=0.718,P<0.01)。结论 Wnt2、Dvl蛋白的高表达通过Wnt2信号转导通路协同促进食管鳞癌的发生、发展及浸润转移。

miR-221通过作用DVL2影响前列腺癌细胞系的侵袭功能

目的评价miR-221在前列腺癌细胞系中表达的变化对其神经内分泌样转化及其侵袭功能的影响。方法以Northern blot检测LNCaP和LNCaP-AI两种前列腺癌细胞系中7种microRNA的表达变化;细胞转染法检测在雄激素剥夺环境中LNCaP和LNCaP-AI细胞系中miR-221的作用;CCK-8法检测细胞在不同阶段的生长增殖水平;Transwell法检测转染细胞的侵袭能力;qRT-PCR和Western blot检测转染的细胞中神经元特异性烯醇化酶(NSE)及dishevelled-2(DVL2)表达的变化。结果与雄激素依赖性前列腺癌(AD-PC)的细胞系LNCaP相比,miR-221在雄激素非依赖性前列腺癌(AIPC)的细胞系LNCaP-AI中明显高表达。通过转染使miR-221在LNCaP细胞系中高表达可促进细胞的NSE表达,加速其神经内分泌样分化。而在LNCaP-AI细胞系中下调miR-221水平则会升高靶基因DVL2的表达水平,并增强LNCaP-AI细胞的迁移和侵袭能力。结论该实验证实在AIPC和ADPC细胞系中miR-221存在表达差异。miR-221可促进前列腺癌细胞的神经内分泌样转化,这可能是导致前列腺癌雄激素非依赖转化的重要原因。MiR-221可通过作用DVL2调节晚期前列腺癌细胞的转移和侵袭。

基于SINS/DVL/GPS的AUV组合导航标定方法的研究及其误差分析

为了进一步提高自主水下航行器(AUV)捷联惯导(SINS)与多普勒计程仪(DVL)组合导航定位精度,需要准确标定出SINS与DVL之间的安装误差角以及DVL的刻度系数。论文系统的介绍了组合导航系统的标定方法和流程,最后分析了组合导航系统的误差来源。

DVL2基因多态性与中国汉族人群先天性脊柱侧凸遗传易感性的关联研究

背景:近20年来小鼠的分子胚胎学研究进展获得了大量关于脊椎发育的分子信息,用同线性分析法确立先天性脊柱侧凸的候选基因已成为可能。目的:通过候选基因DVL2上关键单核苷酸多态性位点的筛查,探索DVL2与中国汉族人群先天性脊柱侧凸及其不同临床表型之间的关联。方法:采用病例-对照研究,入选127例中国汉族先天性脊柱侧凸患者和127例对照组。根据国际人类基因组单体型图计划提供的基因型数据,应用Haploview 4.1软件选取DVL2的标签和功能单核苷酸多态性。根据椎体畸形特点、畸形部位、畸形受累程度、有无合并肋骨畸形和椎管内畸形将病例组进一步分为不同临床表型。对所有样本应用SNPstream UHT Genotyping系统对所选单核苷酸多态性位点进行基因型鉴定;进一步进行基于基因型/等位基因频率的关联分析,并用Haploview4.1软件分析对照组单核苷酸多态性位点间是否存在连锁不平衡。结果与结论:共筛选5个位点:单核苷酸多态性1(rs2074222)、单核苷酸多态性2(rs222837)、单核苷酸多态性3(rs222835)、单核苷酸多态性4(rs10671352)和单核苷酸多态性5(rs222836),其基因型分布在病例和对照组中均符合Hardy-Weinberg平衡;5个位点处于完全连锁不平衡状态;5个位点的基因型/等位基因/单倍体型与先天性脊柱侧凸的发生风险之间不存在相关性。在进一步与先天性脊柱侧凸临床表型的关联分析中没有发现阳性位点。提示在中国汉族人群中DVL2基因可能不是引起先天性脊柱侧凸及其不同临床表型的主要因素,有待于进一步深入研究。

小鼠DVL3基因3’UTR荧光素酶报告载体的构建及其与miR-204靶向关系的验证

【目的】构建小鼠DVL3基因野生型及突变型重组荧光素酶报告质粒,验证miR-204与DVL3的靶向关系。【方法】采用生物信息学方法预测miR-204与DVL3基因的结合位点。采用PCR法扩增小鼠DVL3基因3’UTR片段,克隆至pGL3-control载体,构建野生型及突变型重组荧光素酶报告质粒。293T细胞分为6组,分别将野生型与突变型荧光素酶质粒与miR-204过表达质粒以及对照质粒共转染,检测6组细胞中荧光素酶的活性。【结果】电泳和测序结果证实成功构建小鼠野生型和突变型DVL3基因重组荧光素酶报告质粒;双荧光素酶活性检测结果显示,野生实验组相对荧光素酶活性比野生对照组和NC组均降低,且差异具有统计学差异(P<0.05)。【结论】成功构建小鼠野生型和突变型DVL3基因重组荧光素酶报告质粒,miR-204与DVL3存在靶向关系。