GPS辅助的SINS系统快速动基座初始对准

为实现基于优化的动基座对准算法(OBA)对陀螺仪误差的估计,并使其能够应用于低精度SINS系统中,将自适应无迹卡尔曼滤波算法与OBA算法相结合,提出一种新的由GPS辅助的SINS系统快速动基座对准（FIMA）算法.该算法首先推导了陀螺仪常值漂移与失准角之间的关系,并以此构建非线性系统状态方程,然后用重力加速度和GPS输出速度的积分构建量测方程;由于系统存在非线性,提出使用UKF算法对失准角以及陀螺常值漂移进行估计;由于量测方程由速度和重力加速度的积分构成,量测噪声协方差难以确定,引入自适应滤波算法对量测噪声实时估计. 跑车实验结果表明:对于低精度SINS系统,该算法可在15 s左右将航向角误差收敛到3°以内,在3 min以后航向角误差可收敛到1°以内;与传统非线性动基座对准算法以及OBA算法相比,该算法可在无任何初始姿态信息的条件下快速对准,且能够对陀螺常值漂移进行在线估计和载体系失准角补偿,提高了动基座对准的精度和收敛性能.     

一种抑制算法漂移率的四子样旋转矢量优化算法

针对高动态环境下,载体高速旋转会产生不可交换误差而影响姿态解算的精度,研究了基于旋转矢量法的捷联惯导姿态更新算法,在传统的四子样旋转矢量算法的基础上,通过引入前一更新周期的角增量改进算法以减少算法漂移率。推导了圆锥运动条件下利用前一更新周期角增量的四子样旋转矢量优化算法,确定了优化算法的表达式。选择圆锥运动为初始的输入条件进行仿真,并与传统的四子样算法进行比较,结果表明,该算法的漂移率减小,精度提高,适合高动态环境姿态更新计算。     

基于Kalman滤波的MEMS陀螺测量误差估计研究

针对微机械陀螺仪存在的测量精度较低的问题,本文采用Kalman滤波算法,对微机械陀螺仪在测量上存在的零位误差、标度因数误差、非线性平方敏感误差、加速度的敏感误差等进行了估计,建立了Kalman滤波的微机械陀螺仪测量误差估计模型,并采用Kalman滤波器对微机械陀螺仪的各项误差进行估计分析。分析结果表明,除了非线性平方敏感误差对不同角速率值的影响近似相同外,其他各项误差随着工作角速率的大小变化而变化,误差对小角速率工作测量影响较大。因此,使用微机械陀螺仪对精密仪器运动角速率测量时,要对其测量结果按标定曲线进行修正。该研究作为实际测量速率的有效补偿,提高了测量精度,具有一定的实际应用价值。     

捷联姿态算法非互易误差的分析与修正

在捷联惯性导性导航系统中,陀螺仪的输出是迭代时间内载体的角增量的量化值;由其解算出的载体姿态存不可交换性误差,该误差的大小与捷联姿态算法密切相关,研究的目的在于选择适当的捷联算汉,减小姿态算法中的不可交换误差,提高捷联算法的精度,以鱼雷捷联惯性姿态基准为例,对四元数法的捷联姿态算法误差和基于等效旋转矢量的优化的三子样捷联姿态算法误差进行了分析比较,数字仿真结果表明,三子样法比四元数法的捷联姿态算精度高7至8个数量级,而前者的采样周期却低一个数量级,显著地提高了捷联姿态算法的制度。     

非线性地磁/GPS/SINS组合导航方法

针对系统模型的特点,对平方根UKF算法进行了改进.改进后的平方根UKF与标准的平方根UKF相比,在保证状态方差非负定特性的同时,减少了滤波的计算复杂度.为了提高导航系统对姿态测量性能,针对姿态误差较大时线性导航误差方程无法使用的问题,推导出适用于大姿态误差角时的地磁姿态量测方程,并结合改进的平方根UKF算法设计了非线性地磁/GPS/SINS组合导航算法.利用Matlab对大姿态误差角时的非线性地磁/GPS/SINS组合导航系统进行了仿真.仿真结果表明,通过引入地磁姿态测量信息,非线性地磁/GPS/SINS组合导航系统可以直接观测载体的平台姿态误差,进而增强了组合导航系统对姿态误差的估计效果,且可以完成大姿态误差下的导航任务.     

转台角速率的高速摄像测量方法

针对精确测量转台角速率在转台性能评价中的重要性问题,提出一种测量转台角速率的高速摄像方法.该方法利用平行光管作为可测目标固定在转台上,目标的空间位置与转台转动的角位置相对应,在转台转动过程中,通过高速相机记录目标空间位置实现测量,并采用像元细分技术定位的方法来提高测量精度,细分精度达到0.03个像元.利用该方法对某型号的低速转台进行了试验数据采集及分析,验证了该方法的可行性.误差分析结果表明,在转台角速率为02°/s时,该方法的测速精度可达到3.405×10^-4,完全可以用于高精度转台的角速率测量.由于高速相机的采样频率较高,因此,实现了转台瞬时角速率的测量.该方法的非接触测量方式实现了对转台角速率的客观评价.     

基于地磁场自适应修正的航姿系统姿态解算研究

针对航姿参考系统(attitude and heading reference system,AHRS)中,MEMS陀螺仪输出噪声过大、零点漂移无法完全消除、角速率输出易受干扰等导致的姿态四元数精度低、累积误差较大等问题,提出了一种自适应扩展卡尔曼滤波算法,利用地球物理场(地球重力场、地磁场)信息不断自适应修正MEMS陀螺仪在姿态解算过程中的累积误差。在ROS机器人平台上进行了实验,实验结果表明该算法能有效解决在求解姿态四元数过程中累积误差较大的问题,同时可以提高姿态解算精度,进而验证了该算法的有效性。     

阵列误差对多参数联合估计性能的影响

建立了频率、二维到达角和极化联合估计的阵列误差信号模型,分析了阵列误差对用ESPEIT算法进行参数估计性能的影响。推导了在阵列误差模型下,频率、二维到达角和极化联合估计算法中各参数估计结果的均方误差。计算机模拟结果证实了分析结果的正确性。     

一种高动态环境巡飞器姿态快速解算算法研究

针对高动态环境下现有姿态更新方法存在圆锥误差,姿态更新频率较低的问题,提出了一种基于滑动三周期旋转矢量姿态解算算法.该算法以角速率输入的等效旋转矢量算法为基础,以连续两个单周期算法作为启动项,在第3个采样周期后采用三周期算法解算姿态角,从而实现姿态的快速更新.试验结果表明:该算法解算航向姿态角误差为龙格库塔法解算航向姿态角误差的1/2,且仅为单周期旋转矢量算法解算航向姿态角误差的1/7.该算法的姿态更新周期为普通三周期旋转矢量法的1/3.     

基于RTX的目标跟踪算法性能评估系统

针对目标跟踪算法性能的评价,设计一种基于RTX的目标跟踪算法性能评估系统。该系统采用基于Windows+RTX的实时架构,通过对仿真转台的控制,使图像传感器以预设的规律运动,得到测量值与对应的运动轨迹标准值,最终输出测量值与标准值间的误差均方根作为评价标准。实验结果表明,该系统实现了在现实环境下对目标跟踪算法进行性能评估并给出精确的跟踪误差。     

四元数矩阵重构鲁棒波束形成算法

极化敏感阵列的四元数信号模型保持了偶极子阵元分量之间固有的正交性,因而四元数MVDR（Q-MVDR）算法具有比传统复数域MVDR算法更优的性能,但在强期望信号和导向矢量失配的情况下,Q-MVDR算法性能严重下降,甚至会出现期望信号相消现象.针对此问题,提出一种基于四元数矩阵重构的鲁棒波束形成算法.首先建立极化敏感阵列的四元数模型,将协方差矩阵重构方法扩展到四元数域,利用子空间方法得到干扰信号的导向矢量估计,并采用Capon谱估计方法获得干扰信号的功率,重构出干扰噪声协方差矩阵;然后根据信号子空间与噪声子空间的正交性,以及期望信号导向矢量与信号子空间属于同一子空间的特性,将权矢量投影到四元数信号子空间,对期望信号导向矢量失配误差进行修正;最后通过仿真实验验证了算法的有效性.仿真结果表明,在强期望信号和期望信号导向矢量失配时,与传统算法相比,本文算法有效避免期望信号相消引起的性能下降,增强了算法的鲁棒性,可以达到接近最优值的输出信干噪比(SINR).     

基于四元数MUSIC的双极化散射中心参量提取

针对既有水平极化发射水平极化接收,又有垂直极化发射垂直极化接收数据的双极化雷达目标散射中心模型,提出用四元数MUSIC算法进行参量提取。该算法首先将hh和vv数据用四元数联系起来,然后采用MUSIC算法的思想,构造四元数信号子空间和四元数噪声子空间,并利用四元数噪声子空间和四元数信号子空间相互正交的特性,通过谱峰搜索估计双极化散射中心的参量。同复数域的MUSIC算法相比,四元数MUSIC算法在信噪比较低时仍能较好地估计出散射中心参量。仿真实验验证了算法的有效性。     

一种新的CMA-DFE盲均衡方法

提出了一种新的常数模(CMA)盲均衡方法，误差性能表面(EPS)分析表明其收敛性优于常用的CMA2-2方法。为进一步减小稳态失调误差，采用峰度判决机制，一旦检测到眼图张开即转入判决反馈均衡(DFE)工作方式。仿真实验证实了该方法的有效性。     

控制力矩受限的卫星姿态有限时间鲁棒控制算法

为了解决在卫星姿态控制问题中经典滑模控制器所存在的收敛速度慢、指数收敛的缺陷,同时为增强控制器对外部干扰与系统不确定性的鲁棒性,提出了一种对系统模型具有鲁棒性的快速收敛有限时间控制算法.针对传统滑模面角速度下降过快导致的收敛速率慢的缺陷,基于Lyapunov方法设计了一种具有三段式结构的有限时间滑模面,提升收敛速率并保证稳态精度,同时利用欧拉轴的特性消除有限时间控制中的奇异性问题;通过引入符号函数项,解决系统转动惯量的不确定性与外部干扰力矩问题;通过放缩控制律中的比例项解决控制力矩受限的问题;通过Lyapunov函数证明本文提出的控制律的有限时间稳定性,同时给出系统收敛的时间估计.理论分析与仿真结果均表明,提出的控制算法能够在大幅提升收敛速率的同时保证稳态精度.同时也表明了提升系统性态的关键是规划姿态角速度,即通过合理设计滑模面与期望角速度曲线可以实现提升系统收敛速率与鲁棒性的目的.     

基于智能天线的SA/CDMA系统分析

分析了在基站与移动终端采用智能天线方法提高系统容量;提出了基站端智能天线阵全向搜索算法;构造了在移动台端两元阵列天线模型,提出基于前向链路导频信号辅助的阵列权值更新算法;利用蒙特卡罗模拟方法得出的数值结果表明,采用智能天线技术能够提高系统反向链路容量和改善系统频率的利用率。     

有限字符集信号传输的互信息计算

针对目前有限字符集上衰落信道下的数字通信传输方法无法既简洁又准确地计算互信息值问题,提出了一种新的互信息值计算方法.通过分析对数似然比与互信息之间的关系,对高信噪比和低信噪比两种情况下的简化计算进行加权组合,实现了宽信噪比区间内的低复杂度和准确的互信息值计算.实验结果表明,该算法不仅能够准确地计算互信息值,而且能够简洁、准确地评估无线传输的差错概率.与目前常用算法相比,本文算法具有准确、简便和直观的优势,对数字通信系统性能的理论分析具有较好的指导意义.     

四元数在方向角和多普勒频率同时估计中的应用

针对阵列信号处理中方向角、多普勒频率的同时估计问题,提出了方向角、多普勒频率的四元数模型,使估计方向角、多普勒频率二维问题与估计一维问题相类似,从而避免了在经典的二维复数模型估计中直接或间接的配对。首先给出了阵列接受信号的二维实模型,通过可分离信号和Hilbert变换构造了符合四元数结构的新的信号模型。讨论了Hamilton四元数、马氏四元数及其与二维实信号类似的欧拉公式。最后通过定义一个特殊的四阶累积量提取加性高斯有色噪声中的方向角、多普勒频率。仿真实验验证了算法的有效性。     

四元数和超复数在加性高斯噪声背景下二维谐波频率估计中的应用

针对二维谐波频率估计中的分维配对问题,首先对一般二维谐波信号模型进行变换, 构造了符合四元数结构的新的信号模型。并根据该模型利用特殊的四阶累积量切片分析了加性高斯有色噪声中二维谐波频率估计及联合Hamilton四元数和超复数在二维谐波频率估计中的应用前景。此方法避免了在复数模型的二维谐波频率估计中构造复杂的增广矩阵问题, 并从根本上解决了通过分维求取频率之后,频率配对中所有可能产生的错误频率对以及有可能产生的两维频率估计精度的不平衡性这两大难题。仿真实验验证了该算法的有效性。     

四元数在均匀圆形矢量传感器阵列信号参数估计中的应用

四元数的四维超复数结构是一种正交结构,各矢量传感器分量保持其固有的正交性,从而提高了矢量传感器阵列的抗干扰能力以及分辨力。在均匀圆形矢量阵列信号的参量估计中引入四元数理论,建立基于四元素的电磁矢量传感器阵列信号接收模型。充分利用四元数的多维正交特性,结合四元数矩阵理论及已有算法对电磁矢量传感器阵列信号的波达方向和极化信息进行联合估计,仿真实验验证了方法的有效性。并与传统的基于长矢量的MUSIC算法(V-MUSIC算法)进行比较,结果表明,基于四元素的信号接收模型可显著提高信号参数的估计精度。     

基于ARM与Linux的姿态角测量系统的研制

选取旋转矢量算法作为姿态角测量系统的姿态矩阵更新算法.针对三子样算法采样周期长的特点,提出了重复使用采样数据的方案以保证系统的实时性.选取陶瓷静电陀螺仪CG-L53为角速率传感器,设计了以AT89S51为MCU的信号采集板,搭建了以ARM芯片为CPU的计算机平台,完成了系统各模块的软件设计.仿真测试结果表明,系统能较稳定地输出姿态角信息.