水下目标定位标校系统研究

为了给出水下目标的精确大地坐标,设计了以浮筒作为载体的水下目标定位标校系统,具有灵活方便的优点。研究了影响系统定位误差的相关因素,并分析了系统综合定位精度,编写了标校系统显控软件,将差分GPS数据和方位姿态数据进行数据处理,解算出水下基准位置坐标。对标校系统进行了陆上验证试验,结果表明作为模拟目标的水下位置基准定位误差小于1m,可为水声定位系统提供海上定位校验的位置标准。     

水下高精度立体定位导航系统

水下GPS定位是国际上近几年发展起来的水下定位高新技术。我国自主研制开发的水下高精度立体定位导航系统将打破发达国家在这一技术上的垄断，填补我国在水下高精度定位导航和水下工程测量领域的空白，本文介绍了该系统的构成及其主要设各，对其主要功能及应用前景进行了阐述。     

未知声速分布下的一种水下目标GPS定位修正算法

由于海洋中声速分布不均匀,要实现水下目标GPS的精确定位,必须进行误差修正。阐述了采用应答器工作模式的水下目标GPS系统定位原理,在水下目标GPS系统定位过程中,分析了一种基于欧氏几何原理的修正算法在声速分布未知时的定位修正效果和局限性,研究了算法出现盲区的原因,并据此对该算法进行了改进。仿真计算结果表明改进后的算法可有效减小声速分布未知时声速估计不准确造成的定位误差,提高了水下目标GPS的定位精度。     

时栅转台自动标定系统的研究

提出一种自动检测时栅转台误差、辨识误差模型系数和误差补偿的方法。该系统利用自制的数控控制箱结合嵌入式技术,以高精度的圆光栅作为基准量仪, 以双微控制器与上位机为基础,形成双闭环控制结构,实现系统的高精度定位。在对极点8个待定参数和对极内20个待定参数分别进行傅里叶变换的参数辨识,得到辨识误差模型的系数,实现了实时在线误差补偿。实验结果表明,时栅转台的精度达到2.4″,提高了时栅转台标定精度与标定效率。     

一种水下GPS系统及其在蛙人定位导航中的应用

研究了一种适用于蛙人导航的水下GPS系统。针对蛙人执行水下任务所需的高精度导航,提出了一种由主动声纳浮标作为定位基站的GPS定位系统,介绍了该系统基于延时测量的定位原理和求解方法,给出了Kalman滤波器和扩展Kalman滤波器的设计,并通过数值仿真进行了验证,结果表明：为提高定位精度,在定位解算的基础上进行滤波平滑是必要的。     

直九型直升机基准桨叶共锥度校准技术研究

研究了桨叶对激光斩波标定算法,采用高速的CPLD逻辑阵列、36位计数器和高速DSP嵌入式信号处理系统以及通过算法程序引入非线性误差补偿来校准基准桨叶的共锥度参数;建立了直九型基准桨叶共锥度参数校准装置标定系统,其机理为利用模拟桨叶切割激光束,通过光电器件探测这一周期性的光电信号,从而对激光器定位参数进行标定;通过这套系统实现了基准桨叶共锥度参数的校准和溯源。     

基于北斗多星信号融合解析的浮标现场校准技术研究

采用高精度载波相位差分（RTK）技术,通过融合解析多星（中国北斗、美国GPS和俄罗斯GLONASS）定位信号,实现全天候、高精度和全参数（波高、波周期和波向）现场实时校准技术。通过反复多次测试,单星、双星和多星系统测量精度分别可达到0.05 m、0.03 m和0.02 m;波向最大示值误差为3.52°。较大幅度提升了我国波浪仪器校准技术水平。     

基于概率图模型的单信标定位算法研究

随着人类对海洋认识的逐步深入，水下目标的位置信息成为了一种不可或缺的水下信息源，传统的水下定位方法已经不能满足不同场景的应用需求。无论是在测量信息多元化时的多元信息融合定位，还是测量信息不足时的时域信息联合定位时均存在局限性。为此文章提出了基于概率图模型的单信标定位算法，在信标稀疏或者信标通信信息缺失的情况下，通过联合目标时域上其他位置时刻的所有量测信息，从而实现目标定位。此外文章还分析了模型分辨率和测距误差对定位结果的影响，并通过湖试验证概率图方法的有效性，证明其能够在传统定位方法无法使用的单信标的定位跟踪过程中，估计出每一时刻目标的位置，描述目标的运动轨迹。平均定位精度达到1.203 5 m。     

经纬仪与激光测距仪组合系统的误差分析及标定方法

通过将μ-base激光测距仪固定在经纬仪上形成一套组合测量系统,并对组合测量系统中测距仪与经纬仪的相对位置进行了精确标定,将激光测距仪测量得到的距离转换为经纬仪仪器中心到目标的距离,再结合经纬仪测量的目标角度值,形成一种适用于大尺寸、超高精度测量要求的三维测量系统。通过对组合系统的测距误差进行分析,提出了一套高精度的标定方法,使得经纬仪中心至目标点的距离测量误差为±16.9μm。并对组合系统在此标定误差下的测点误差进行了分析,结果表明组合系统点位测量误差小于激光跟踪仪。因此,理论上本文提出的经纬仪与激光测距仪组合测量系统能够满足工业领域中大尺寸、超高精度测量的要求。     

一种移动视觉测量系统的建模及标定方法

针对一种立柱式二维移动视觉测量系统,提出了其数学模型的建立和标定方法。分析了测量原理和系统组成,并通过对运动定位和摄像机成像的独立建模,构建了符合测量原理的整体数学模型。标定时,在完成对定位误差等13项几何误差标定的基础上,通过移动摄像机使圆孔靶标的像平均分布在摄像机的像面上,根据靶标的工作台位置、像点坐标、以及测量时对应的运动机构移动量,利用最小二乘非线性拟合方法实现对摄像机成像模型参数的标定。实验结果表明:经建模和标定后,测量平均误差为1.8μm。利用该方法进行移动视觉测量系统的建模和标定,可以有效地保证系统的测量精度。     

船载水声定位系统自动校准技术研究

在分析常规水声定位系统校准方法的基础上,结合某型船载水声定位系统的工程研制,提出了一种自动校准方法。该方法无需常规的动态或静态校准,可在每次系统安装完成后自动检测及校准。利用基阵中心位置的发射换能器以及船只固定连接杆入水端的发射换能器依次发射校准声信号,将获得的水声定位坐标与上述两个发射换能器固定对应的全球定位系统(Global Positioning System, GPS)天线坐标进行平移和偏转,获得偏移参数矩阵,实现系统校准。某水域的跑船试验验证结果表明,利用该自动校准方法可在两分钟内完成全部自检及校准工作,并且水声定位轨迹与跑船GPS轨迹重合较好,具有校准效率高、测量精度高等优点。     

基于GPS/MATLAB的AUV路径优化分析

介绍一种基于全球定位系统(GPS)的水下航行器(AUV)路径定位的控制系统设计方法。鉴于水下航行器在自主路径规划上出现偏差,水下航行器利用STM32型ARM微控制器与GPS数据交换,并通过GPS反馈数据与MATLAB规划路径结合和STM32均值处理,调整出合适的运动轨迹并进行了精度分析。实验结果表明:控制器设计的行驶轨迹符合期望且精度较好;基于GPS路径优化精度得到明显提高,为纠正路径规划偏差提供了一种参考方法。     

超短基线声学定位系统的校准技术研究

超短基线声学定位系统的应用开发和技术研究在现代海洋科学调查中起着重要作用。在安装超短基线定位系统进行水下声学定位测量过程中,很难保证换能器中心与测量船重心之间三坐标轴完全重合,即存在系统偏差,这些是导致超短基线系统定位误差的一个重要原因,必须对其进行校准。将GPS与水下声学定位系统有效结合起来,应用空间测距交会的方法确定水下应答器坐标位置,通过不同坐标系之间的转换关系,精确求出换能器与测量船之间的系统偏差,完成声学定位系统的安装校准。现场实例表明,该校准方法简单、快捷、有效。     

微创外科机器人导航系统空间映射精度分析与仿真

论文分析了微创外科机器人导航系统空间映射误差的主要来源,定义了空间映射中的四种误差类型。并对每种误差都做了详细的介绍,同时也简要介绍了其他误差源。通过仿真分析标记点定位误差即基准点定位误差对基于仿射坐标系的空间映射精度的影响,得出基准点定位误差与靶点映射误差成正比,基准点在两个空间的定位误差变化范围的差距较小时靶点映射误差较小的结论;通过仿真分析标记点的分布方式对基于仿射坐标系的空间映射精度的影响,得出对空间映射精度影响较大的两种标记点分布方式:共面分布和不能将靶点包围在其分布范围内的标记点分布。共面分布会导致利用仿射坐标系求解映射矩阵时发生畸变,导致映射误差发生突变;靶点在标记点包围区域外时,与靶点在标记点包围区域内时的空间映射相比也会产生很大的靶点映射误差。     

一种适用浅海声源的多阵列直接定位方法

针对水下传感器网络系统中的声源定位问题,提出了一种适用于浅海声源的多阵列直接定位方法。该方法根据简正波理论建立阵列接收模型,并根据各阵列接收数据建立联合似然代价函数,最后利用遗传算法进行多维搜索,直接获得声源二维位置估计。仿真结果表明,该方法的声源定位误差小于传统的分步定位方法的定位误差,在较高信噪比时的定位误差稳定在50 m内。该方法通过多阵列联合直接得出声源位置估计,避免了传统分步定位方法中二次估计误差的引入,从而提高了声源定位的精度。     

基于RTK-GPS技术的高索塔振动试验与分析

随着全球定位系统(GPS)技术的不断成熟,这一实时、高动态、高精度的观测手段已逐步应用于大型桥梁的健康监测中。以某一斜拉桥高索塔为背景,建立基于RTK-GPS技术的高索塔监测系统。介绍接收机和监测点位的布设以及监测坐标系的建立。针对监测过程中所受到各类误差影响源的干扰特别是GPS多路径、环境温度变化和风荷载等低频噪声,主要采用小波多尺度分析法,对这些低频噪声和振动信号进行有效分离。通过频谱分析获取该高索塔自立状态下的自振主频,与有限元分析的结果吻合。     

移动式机动车现场标准测速仪溯源技术的研究

介绍了当前广泛使用的两种基于光电和GPS原理的非接触移动式机动车现场标准测速仪的溯源技术,对光电式机动车速度仪和高精度机动车GPS测速仪进行了实验室模拟测速误差的检测和机动车道路速度实测值的对比试验。在10～180km/h范围内特定速度点,采用同步齿形带式台架校准装置对光电式机动车速度仪进行校准;采用机动车GPS信号模拟器对高精度机动车GPS测速仪在相同速度点进行模拟测速误差检测。使用机动车道路速度实测方法对两类测速仪器在20～150km/h速度范围内的测速性能进行对比,结果表明,两类测速仪器在速度波动较小时,不同速度点的测速偏差在±0.3%范围内;速度变化较快时,高精度机动车GPS测速仪的速度测量值响应速度较快,而光电式机动车速度仪的速度响应与之相比有一定的延时滞后,两者的最大测速偏差在±8%范围内。因此,在能够搜到6颗以上卫星信号时,使用高精度机动车GPS测速仪具有更好的测速性能。     

基于钟差建模的水下定位时延修正算法

针对同步定位模式中存在的钟差影响定位精度的问题,提出了一种适用于水声定位系统的同步时钟修正算法。对单个水下固定潜标的时延进行长时间观测,测量定位时延的变化量,建立了钟差修正模型,定位精度得到明显提高。此模型在海试试验数据中得到了验证,两个潜标的相对定位精度分别提高了31.1%和64.6%,且解算钟差模型系数与设备精度吻合,证明了算法的有效性与准确性。此修正算法对于水下固定节点标定精度的提高具有重要意义。