两种联邦滤波系统级故障检测方案对比与仿真

从联邦滤波的故障检测特点出发,以SINS/GPS/ADS/TACAN/RADAR组合导航系统为对象,对基于量测一致性和残差χ2检测的两级故障检测法、双状态递推故障检测法两种系统级故障检测方案进行了较为详细的分析比较,并通过预设故障模型进行了仿真.仿真结果表明:故障检测部分的加入可有效地提高多传感器组合导航系统的容错性和可靠性.两种检测方案对软、硬故障都有较高的灵敏度,但都不同程度出现误警和漏检情况,总体而言,基于量测一致性和残差χ2检测的检测方案更有优势.     

基于卡尔曼滤波的RAIM方案研究

为了使卫星导航接收机自主完好性检测算法与卡尔曼滤波位置解算法结合起来,并且有效降低卫星导航接收机自主完好性检测的漏检率和误警率,进而为用户提供实时、准确、可靠的定位定时服务。对卡尔曼滤波位置解算法和卫星导航接收机自主完好性检测算法进行了研究,提出了能够对多个故障进行检测与识别的基于卡尔曼滤波的卫星导航接收机自主完好性检测方案,方案中引入了故障检测调整系数,有效地降低了漏检率和误警率。对方案进行了仿真分析,仿真结果表明方案是可行、有效。     

量测转换卡尔曼滤波在塔康导航中的应用

塔康导航系统是一种无线电测角测距系统,结合高程数据可以确定目标的三维位置。由于塔康导航的量测误差较大,导致其对目标位置的估计精度不高。为解决此问题,用基于量测转换的滤波跟踪技术实现非线性量测下的状态估计。针对塔康导航系统量测值的特点,首先在斜距值与高度所在平面内推导出量测转换的误差统计特性,并将其推广到三维空间,进而推导出塔康导航系统中的量测转换模型。基于所推导模型的卡尔曼滤波器用于塔康导航系统中的目标跟踪,取得良好的效果。与经典滤波算法的性能对比表明,由于严格基于量测值推导量测转换误差的统计特性,算法在滤波误差、置信度和计算量上优于其它算法,可在不同量测噪声水平下稳健滤波,有较好的全面性和鲁棒性。      

基于小波分析的故障检测技术研究

针对导航系统所存在的软故障及其特性,并结合小波信号分析的特点,提出了基于小波分析的组合导航系统故障检测的方法,采用该方法对含有软故障的组合导航系统信息的量测信号进行处理与分析,从而达到故障检测的目的,将此方法应用于捷联惯性导航系统／全球定位系统（SINS／GPS）组合导航系统的故障检测。对仿真结果的分析表明,该方法可以检测出组合导航系统的所存在的软故障,并且更加简便灵活,效果明显。     

基于深度学习的目标部件故障识别技术及应用

图像识别是故障检测的一种常见方法,传统的图像识别技术需要特定算法提取图像特征,然而特征提取依赖大量可观察的显著图像信息,对于某些信息量不足易受环境干扰的微小部件,识别精度往往较低。对此提出了基于深度学习的目标部件识别方法,将传统图像算法与深度学习相结合,有效提升了识别效率。在堆叠自编码器(SAE)预训练的基础上,建立了卷积神经网络(CNN),以货车故障动态图像检测系统(TFDS)为应用背景,研究了货车心盘螺栓的丢失故障检测。最终识别精度高于98%,具有较高的工程应用前景。     

一种基于搜索式扩大关联门的IMM-PDA算法

针对目标机动时IMM-PDA算法容易发生失跟的问题,提出一种基于搜索式扩大关联门的IMM-PDA算法。该算法以传统IMM-PDA算法为基础。当IMM-PDA的关联门内没有检测到有效量测时,采用逐步搜索的方式扩大原关联门,重新检测有效量测。仿真结果表明,与传统IMM-PDA算法相比,文中算法能有效减少目标失跟,并提供更好...     

基于改进Otsu＿Canny算法的光伏组件故障定位研究

为了提高光伏系统在线故障诊断的效率,提出一种基于改进遗传算法的Otsu＿Canny光伏组件故障定位方法。采用此方法可以实现从大面积光伏面板的红外图片中提取故障组件,将该方法与基于图像识别的故障诊断方法相结合能够大大提高光伏组件故障诊断的效率。首先利用改进遗传算法的Otsu算法实现光伏组件故障区域分割,再利用Canny算子实现故障边缘检测,最终完成故障定位。实验结果表明,与传统算法相比,所提算法故障定位快、准确率高,具有较好的实用性和应用价值。     

基于粒子滤波的TBD算法研究

结合粒子滤波算法基本理论与弱小目标检测问题建立了目标运动与量测模型。针对传统粒子滤波算法存在的问题提出了一种基于分步采样与改进重采样的新型算法,通过软件生成测试图像对算法进行仿真研究,实验结果表明算法具有较高的检测性能并且算法复杂度较低。     

矢量GNSS接收机自主完好性监控性能研究

在分析了矢量跟踪环路和标量跟踪环路故障检测方面差异的基础上,该文指出全球导航卫星系统(GNSS)矢量接收机自主完好性监控(RAIM)技术所存在的问题,即RAIM检测量受噪声影响导致检测故障不准确,和故障信息在环路中的传播使得难以准确识别出故障源。针对上述问题,对矢量接收机的结构进行了改进,提出基于预滤波器的双环路跟踪结构。在新结构中,通过基于容积卡尔曼滤波算法的预滤波器削弱噪声的影响,并通过双环路切换的方法阻止故障信息的传播。仿真实验结果表明,改进后的矢量接收机不仅RAIM检测统计量的均值和方差都显著减小,而且识别故障的准确率有了明显的提高,RAIM性能较原来得到了有效提升。     

多源导航系统软、硬故障检测新方法研究

故障检测和隔离对提高无人机的导航精度和可靠性有重要意义.针对残差卡方算法对小值软故障灵敏度差,改进序贯概率比(SPRT)算法无法判断故障结束时间的缺陷,提出了一种联合故障检测算法.该算法依靠残差卡方算法判断故障结束时间,从而及时对改进SPRT算法检测值进行修正,使改进SPRT算法能继续检测非第一次故障.改进SPRT算法对故障的灵敏度高,且残差卡方算法能准确判别故障结束时间.仿真结果表明,该综合算法对小值软故障、大值阶跃故障都有很好的检测效果,有效提高了系统的故障检测能力及灵敏度,增强了组合导航系统的可靠性.     

基于多样本累积的GPS接收机自主完好性监测方法

在卫星导航系统卫星数目减少时由于冗余信息的减少,RAIM算法性能会受到影响。针对此问题,本文提出了基于滑动累积的多样本2检验方法,通过引入惯导信息将多个时刻卫导观测信息外推到同一时间点上进行一致性检验以实现故障监测。该方法的实质,是以牺牲接收机自主完好性监测的实时性为代价,保障了观测信息的冗余性,从而实现了完好性监测。本文首先对GPS应用此算法的故障监测性能进行仿真对比分析,其次针对民航不同飞行阶段的应用情况进行了仿真验证。仿真结果表明:本算法提高了GPS定位完好性,为RAIM算法在航空中的应用提供了新的解决思路。     

多卫导组合系统的快速选星算法研究

 分析了多卫导组合系统几何精度因子(GDOP)与可见星仰角和方位角的关系,并由此提出了一种适用于多卫导组合系统的快速选星算法,首先提出了选星前后GDOP相对比值随选星数增加的负指数衰减模型,使用户可根据对定位精度的具体需求实时确定所需次优星数,其次基于可见星的仰角将所有可见星进行分类:低仰角区、中仰角区和高仰角区,最后通过可见星方位角的排序、作差,给出了中仰角区被排除卫星的分布规律,实现间接选星.仿真结果表明,该算法相对于传统的选星算法计算量大大减小,并在损失约12%的GDOP值的情况下,可有效减少近50%的导航运算量.     

基于软件无线电的GNSS干扰和多径监测系统设计

针对干扰和多径导致全球导航卫星系统(GNSS)不能精确、安全和可靠地提供位置、速度和时间服务等问题,分析了研制GNSS干扰和多径监测系统的意义,介绍了当前干扰和多径常用的检测方法,设计了一套针对当前四大导航系统(美国GPS、俄罗斯GLONASS、欧盟Galileo和中国BDS)各信号带内以及附近频率的干扰和多径监测系统.系统基于软件无线电(SDR)思想,采用模块化设计,具有良好的功能扩展性和配置灵活性.根据不同干扰的特点,结合实际应用改进了其检测算法:采用能量阈值法检测不同形式的压制式干扰,采用基于捕获多相关峰法判别欺骗式干扰,采取基于最大似然准则的多径估计延迟锁定环(MEDLL)技术估计多径信号的参数.实验结果表明系统能够有效检测各种干扰和多径信号的存在,使用户获取其特征参数,为干扰源的定位、查处、排除、规避以及多径信号的抑制提供决策依据.     

基于改进粒子滤波的GPS接收机自主完好性监测算法

针对基本粒子滤波重采样过程中粒子权值退化和多样性丧失的问题,将遗传算法引入基于神经网络的权值调整粒子滤波算法中,结合了遗传算法全局寻优的收敛性与神经网络局部寻优的快速性优点。将提出的算法与对数似然比方法结合用于GPS接收机自主完好性监测,通过建立一致性检验统计量实现对故障卫星的检测与隔离。通过采集实测数据进行验证,结果表明:该算法可以成功检测和隔离故障卫星,其性能优于基于基本粒子滤波的接收机自主完好性监测,验证了该算法应用于GPS接收机自主完好性监测的可行性和有效性。     

基于GNSS完好性的ADS-B防欺骗

为有效解决广播式自动相关监视（ADS-B）系统易被人为恶意虚假欺骗这一紧迫问题,提出了一种将全球导航卫星系统（GNSS）完好性信息与ADS-B报文完好性特征属性参数进行一致性比对的自主式防欺骗方法。设计了基于GNSS完好性信息的ADS-B自主式防欺骗算法流程,并利用ADS-B接收机接收的真实报文和模拟产生的虚假报文,对整个防欺骗过程实施了仿真实验。通过对真假ADS-B混合报文的解析,获得时间、位置和导航不确定类别（NUC）的值,根据时间和位置信息利用接收机自主完好性监视（RAIM）和高级接收机自主完好性监视（ARAIM）的完好性增强算法,获得水平保护级（HPL）的预测值,再将该预测值与NUC值进行一致性比对,从而判别ADS-B报文的真实性。仿真结果表明,提出的防欺骗方法能有效防止不含完好性信息或完好性信息与飞机位置不关联的虚假ADS-B报文的恶意欺骗,对虚假报文的识别率不会低于99%。     

一种高动态弱GNSS信号跟踪解调算法研究与实现

在某些高动态弱信号场景中,载波相位难以锁定。为实现对高动态弱全球导航卫星系统(GNSS)信号的跟踪,考虑锁频环较锁相环更为鲁棒,提出了一种基于锁频环(FLL)+差分解调的算法,实现对GNSS信号的跟踪和解调。该算法采用二阶FLL实现对卫星信号的频率进行跟踪,差分解调算法实现对比特数据的解调。工程应用上,算法采用现场可编程门阵列和数字信号处理器(FPGA+DSP)的架构实现,在FPGA中实现信号的跟踪信号的前处理,在DSP中实现跟踪环路算法、位同步和差分解调。本文在Matlab平台中实现算法的仿真,通过模拟器平台和对天接收真实的GNSS信号对算法进行验证。仿真结果与实验结果表明,该算法在高动态弱信号条件下能实现对卫星信号的稳定跟踪和数据的解调,克服了锁相环难以锁定导致数据无法解调的难题,最终实现GNSS信号在该条件下的位置、速度和时间(PVT)解算。     

面向卫星导航信号的外辐射源雷达软件化模拟器设计

面向全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)信号的外辐射源雷达,是一种利用环境中GNSS信号作为非合作照射源进行探测的雷达。为满足基于GNSS信号的外辐射源雷达系统仿真和信号处理算法设计评估的需要,通过对该雷达系统组成与工作原理的分析,完成了面向GNSS信号的外辐射源雷达软件化信号模拟器的设计与实现。给定仿真场景下软件化模拟器输出信号处理和分析的结果验证了该模拟器可根据输入参数与模型正确完成信号仿真。     

On the inclusion of geographic information systems (GIS) in global navigation satellite systems (GNSS)

The latest innovation of the global navigation satellite systems (GNSS) technologies plays an important role in improving the quality and safety of modern life. Most of the applications evolved from the integration between GNSS, geographical information systems (GIS) and wireless communications and networking (WCN) systems. The wide spread applications that are using these technologies include: the automatic vehicle location (AVL), tracking systems, navigation systems, pedestrian navigation systems, intelligent transportation systems, precise positioning, and emergency callers, among others. The location‐based services (LBS) are possible only by the combination of GNSS, GIS and WCN. The growing need for commercial LBS has forced cellular‐phone and network manufacturers to concentrate on positioning solutions, which are even more precise than the regulatory mandates for positioning of emergency callers and other user services and applications. In this paper, we will present a literature review of the GNSS, the three satellite systems GPS, GLONASS and Galileo, which are aimed to support GNSS services, and a comparison between them and their role in creating a GIS. Copyright © 2006 John Wiley & Sons, Ltd.     

应急搜索UAV集群协同任务规划策略

目前应急搜索无人机(UAV)集群存在搜索效率低、覆盖完整性低、多机组网稳定性差等问题.对此,该文提出一种基于优化模糊C聚类算法(O-FCMA)结合优化混合粒子群算法(O-HPSO)的终端-路由UAV区域搜索任务规划策略.以UAV监测区域范围为基础,通过建立搜索区域的空间模型,进一步运用O-FCMA进行区域几何划分,并采...