基于恒星几何构型分布的天文定位误差建模及误差特性分析

天文导航系统以天体为导航信标进行导航定位,其定位性能除了受天文测量仪器精度的影响外,和所观测天体几何构型分布亦有关联。从天文定位基本原理出发,推导建立了天文定位误差模型,分析了影响天文定位性能的因素,着重研究了恒星几何构型中恒星方位角对天文定位性能的影响,给出了在测量精度一定的条件下,可用于判别天文定位性能优劣的误差权系数k以及天文定位性能较优的恒星分布情况。仿真结果表明,所提出的天文定位误差模型可以有效用于分析天文定位性能。     

基于扩展卡尔曼滤波的全球导航卫星系统矢量跟踪建模与仿真

针对现有公开资料缺乏对全球导航卫星系统（GNSS）矢量跟踪算法具体滤波跟踪控制过程的详细分析,建立了矢量延迟/频率锁定环（VDFLL）跟踪模型并对模型线性化过程进行推导。重点分析了矢量VDFLL跟踪算法时序逻辑控制问题,同时针对VDFLL无法实现对载波相位锁定等问题,提出了一种串联式锁相环（PLL）电文解调模型。建立了以软件接收机为平台的矢量VDFLL模型,并进行了半实物仿真验证。仿真结果表明,所建矢量VDFLL控制模型不仅正确地实现对接收机状态信息的最优估计,同时具有良好的动态跟踪性能。     

一种基于导航误差空间的无人水下航行器路径规划方法

无人水下航行器(UUV)的传统路径规划方法常忽略对路径安全有重要影响的导航误差约束。针对此问题,将导航误差引入环境模型中,提出一种基于导航误差空间(NES)的全局路径规划方法。NES综合自身位置、导航误差和环境信息,将随机导航误差转化为有确定代价的约束条件。提出符合实际导航特点的导航误差传递模型,并采用圆概率偏差（CEP）评估导航精度。目标代价同时考虑了路径长度和航行安全性等因素。运用改进A^*算法进行路径搜索,获得最优路径。数字海洋环境仿真实验表明,提出的规划算法简便、快速,可有效降低路径的安全风险。     

靶道空间三点法标定与误差分析

为了避免现有激光准直标定系统在激光光斑对准过程中的困难,简化标定系统组成,提高标定效率和标定精度,增强标定系统的场地适应性。利用空间内任意不共线的三点分别在标定坐标系和靶道坐标系下的坐标构造过渡坐标系,得到标定坐标系到靶道坐标系的转换关系。研究标定坐标系下标定点的位置偏差以及靶道坐标系下对应点的测量误差对最终待测点测量误差自协方差的影响,通过雅克比矩阵得到相应的误差模型,导出坐标测量误差均值和方差的表达式。依据向量范数和矩阵范数之间的关系以及Cauchy-Schwarz不等式研究测量误差均值与方差的增益系数的理论上限。通过实弹击发实验,考察三点标定方法的实践效果。研究结果表明：最终测量误差均值向量的模长等于被测点在标定坐标系下均值向量的模长;确定标定坐标系到靶道坐标系转换关系的任意不共线三点之间距离及其包围的面积越大,则测量误差的自协方差增益系数越小;将过渡坐标系原点靠近预计弹道线有利于减小测量误差的自协方差增益系数;取决于测量方法及其误差形式,随着标定坐标系原点远离靶道坐标系原点,与靶道坐标系中三点坐标测量误差相关的被测点测量误差自协方差增益有所不同;基于三点标定方法,使用常见的通用仪器、设备就可以完成标定过程,且经过三点法标定的靶道测量数据质量较高。     

基于新息自适应滤波的惯性测量单元误差在线标定方法研究

考虑到空天飞行器飞行环境和运动特性下导航传感器误差的噪声统计特性不可能完全精确已知,若使用常规卡尔曼滤波进行在线标定,将会导致滤波精度下降甚至发散。设计一种基于新息自适应滤波方法的惯性测量单元(IMU)误差在线标定方案和算法,克服常规卡尔曼滤波需预先知道噪声统计特性的不足,设计包含IMU安装误差、刻度因子误差和随机常值误差在内的27维高阶状态变量的误差标定模型,分析提出可同时对系统噪声和量测噪声协方差矩阵进行动态调整的新息自适应滤波在线标定算法。仿真验证实验表明,相较于采用常规卡尔曼滤波以及Salychev O自适应滤波算法进行在线标定,所设计的新息自适应滤波在线标定方法能更有效实现对IMU误差的动态标定及补偿,进一步提高了惯性导航系统精度。实物验证实验表明,该方法可有效标定IMU误差残差,提高导航精度,为工程应用带来较大便利。     

基于合成孔径雷达图像的伪装遮障目标特性建模技术

针对高分辨率全极化合成孔径雷达（SAR）侦察条件下,伪装目标特性模型存在空白的问题,通过SAR图像特征参数的选取,建立特征向量。设置实验获取SAR图像,在此基础上,引入象限坐标系和变异系数分析不同极化方式下伪装遮障目标特征参数变化规律,构建极化方式与特征参数的数值变化及稳定性关系,实现伪装遮障目标特性模型的定性描述。研究结果表明,使用特征向量能够有效表征不同目标,建立的模型能够用于分析、预测伪装遮障目标的特性,为伪装目标检测与伪装效果评估等应用奠定了基础。     

典型弹道下的火箭弹MEMS-INS/GNSS组合导航姿态误差可观性分析

以炮射火箭弹的MEMS-INS/GNSS组合导航系统为研究对象,在奇异值法分析系统可观性的基础上,提出了系统状态的等效奇异值概念,作为系统状态可观性的度量标准。在此基础上,重点分析了火箭弹在无控、俯仰机动以及偏航机动3种弹道条件下的姿态角误差的等效奇异值(可观性)的变化规律,并据此得出：滚转角误差在弹体机动时可观性较好;当弹体所在垂面存在较大的加速度时,俯仰角误差可观性较好;方位角误差在弹体水平加速度较大时可观性较好。通过仿真,验证了可观性分析结果的正确性。     

基于惯性系下陀螺误差在线估计修正的惯性与星光组合导航方法

传统惯性与星光组合通常需要将惯性系下的星光姿态信息转换到导航坐标系进而与惯性导航系统进行姿态组合,由于姿态信息转换过程中通常需要引入地理位置信息实现转换,从而不可避免地引入转换误差,无法充分发挥高精度星光姿态信息对惯性导航误差的修正作用。考虑到陀螺原始输出信息和星光姿态信息均能直接在惯性参考坐标系下测量获得,设计了一种基于惯性系下陀螺误差在线估计修正的惯性与星光组合导航方案。通过建立基于惯性系下陀螺误差估计修正的惯性与星光组合导航数学模型,直接在惯性系下对陀螺漂移误差进行在线开环跟踪估计;通过对陀螺误差实时修正,能够有效减小由于陀螺漂移所带来的惯性导航系统解算误差。仿真结果表明,该方案能够有效估计出陀螺的漂移误差,进而有效提高了惯性导航系统精度。     

基于目标位置误差圆分布的反舰导弹捕捉概率计算模型

在把影响反舰导弹捕捉概率的主要误差综合为目标指示精度和侧向偏移两类误差的基础上,区别于传统方法,把目标机动范围、目标指示精度误差作为圆分布来处理,利用解析方法,建立了不同条件下反舰导弹捕捉概率的计算模型,对高亚声速反舰导弹的捕捉概率进行了计算.结果表明,两类误差对捕捉概率有明显的影响.按照捕捉概率不小于0.99的标准,得到了反舰导弹搜索角范围、目标指示精度误差、侧向偏移误差的要求,对反舰导弹的参数设计和确定有参考价值.     

基于时间序列的GPS误差建模及单点定位精度研究

研究了以数据处理方式提高GPS单点定位精度的方法,详细阐述了时间序列法在GPS误差一阶差分序列建模中的应用。根据实测数据建立了适合GPS误差一阶差分序列的AR(n)模型,采用最小二乘法求得了模型参数值;利用条件期望有效实现了误差序列的一步预测;通过对观测值的实时修正提高了普通GPS接收机的定位精度。文中最后得出的高程误差曲线图及误差概率分布图说明了该方法的有效性租可靠性。     

基于最小二乘原理的天文定姿和定位方案

针对弹载平台天文导航系统的应用,研究了基于最小二乘原理的天文导航方法.在天文定姿中,以大视场星敏感器为天文观测器件,研究了TRIAD方法和最小二乘定位法,仿真验证了最小二乘方法在充分利用多颗观测星的情况下定姿效果优于TRIAD法.在天文定位中,摒弃了传统的非线性滤波方法定位,以最小二乘微分矫正法实现了对导弹的纯数学解析定位,仿真实验证明最小二乘微分矫正定位方法以较小的运算量获得了优于纯惯导的定位精度.     

自旋卫星定姿数据合检分析与应用

为了提高某自旋卫星姿态确定数据的正确性与准确性,介绍卫星进行定姿所需的数据源的选取方法和姿态确定过程中量测量的数据处理过程。通过对姿测数据、量测量的合理性检验、野值的剔除以及双解真伪的判别分析,给出了详细的公式推导。实践工作证明,该方法为航天测量船应用测控软件的设计提供了良好基础。     

星敏感器辅助的捷联光纤航姿误差在线估计方法研究

提出了一种基于星敏感器辅助的舰载光纤捷联航姿系统（SAHRS）误差在线估计方法,以初始时刻舰船惯性坐标系为参考系,直接以星敏感器输出惯性姿态为基准,估计陀螺仪的常值漂移;在舰船系泊状态下,以重力矢量在惯性空间的投影为基准,利用比力的积分量构建观测值,估计加速度计零偏。该方法无需拆卸系统,陀螺与加速度计误差估计完全分离,估计收敛速度快、实时性好。仿真结果表明：该方法可实现在静止基座和摇摆基座条件下捷联航姿陀螺仪常值漂移及水平加速度计零偏的在线估计,估计精度分别优于0.02°/h和50 μg.     

基于变胞原理的舰炮装填机构刚-柔耦合动力学建模及误差分析

为满足大口径舰炮的发展需求,提出一种基于变胞原理的装填机构。利用变胞原理进行结构设计,并结合机构运动简图对其进行运动描述和原理分析。采用有限元离散方法,将柔性杆划分为若干梁单元,使用混合坐标系描述梁单元的变形,列出柔性杆的动力学方程。应用Hamilton变分原理建立整个装填机构的刚-柔耦合动力学方程,使用Adams和Ansys联合仿真,得到仿真结果:当系统高速大范围运动时,基于变胞原理的装填机构存在较大的供弹误差;在基于变胞原理的大口径装填机构的研究中,应考虑连杆的柔性变形对供弹精度的影响。     

激光陀螺捷联惯性导航系统解析对准误差特性分析

为使惯性器件精度满足初始对准要求,对激光陀螺捷联惯性导航系统初始对准的误差特性进行了分析。从解析对准法的增量计算公式出发,采用扰动法推导了惯性器件测量误差带来的对准失准角及其随机特性,并根据姿态角与姿态矩阵之间的关系分析了对准失准角带来的姿态角误差。通过仿真和试验对理论分析结果进行了验证。研究结果表明：对准误差均值取决于惯性器件的常值误差和载体姿态,与对准时间无关;对准误差标准差和惯性器件的随机游走系数与载体姿态有关,且与对准时间的平方根呈反比。     

基于RAEKF 和DGPS 的航母姿态测量方法

针对现有基于差分GPS(differential global position system,DGPS)的定姿算法无法解决GPS信号受干扰时无解的问题,且容易受GPS数据中粗大误差的影响,提出一种基于自适应抗差卡尔曼滤波(robust adaptive extended Kalman filter,RAEKF)和DGPS的航母姿态测量方法。研究载波相位差分GPS的测姿原理,详细分析现有定姿算法的原理并分别指出他们存在的缺陷,提出不受 GPS数据缺失和粗大误差影响的 RAEKF算法。结果表明：该算法能充分利用航母的运动信息,提高GPS定姿的精度和可靠性。     

基于磁悬浮控制力矩陀螺的航天器姿态角速率测量方法

针对现有姿态控制系统检控分离导致姿控系统存在异位控制等突出问题,提出了一种基于磁悬浮控制力矩陀螺的航天器姿态角速率测量方法。建立了基于磁悬浮控制力矩陀螺金字塔构型的动力学模型,根据惯量矩定理分析了基于磁悬浮控制力矩陀螺的航天器测控一体化机理,并通过金字塔构型中3个磁悬浮控制力矩陀螺的联合求解,得到了航天器姿态角速率的解析表达式。仿真结果证明了该方法的有效性和优越性。     

火炮稳定控制误差特性试验研究

针对解决大发射延迟火炮发射系统射击重合门预测中的火炮稳定控制误差特性分析问题,介绍了基于 AR 模型(Auto-Regressive)进行功率谱估计的方法和步骤,利用 Matlab 信号处理工具箱进行仿真,说明了 AR 模型谱估计具有较好的分辨率。以战车高低向为例采集了火炮稳定控制误差数据,通过 AR 模型谱估计分析影响火炮稳定控制误差的频率成分和成因,同时研究了通过改变控制率和控制参数改善火炮的稳定控制误差变化规律,以提高可预测性的技术途径,为解决大发射延迟火炮发射系统射击重合门预测问题奠定了基础。