基于距离量测的主从式AUV协同定位系统观测性研究

研究了基于距离量测的主从式自主水下航行器(AUV)协同定位系统观测性问题。主AUV可以利用装备的高精度导航设备进行精确定位,从AUV装备低精度导航设备,需融合主从AUV之间的距离量测进行水下定位。针对控制输入对协同定位系统可观测性的影响,建立了从AUV在主AUV体坐标系中的运动学模型,并选取主从AUV间的距离值作为观测量,利用基于Lie导数的非线性系统观测性秩判据分析了不同控制输入下协同定位系统的观测性。仿真结果表明,对于可观测的协同定位系统,从AUV的位置估计具有良好的收敛性和定位精度。     

基于双主交替领航的多AUV协同导航方法

基于单主模式的AUV协同导航系统的可观测性弱,对主AUV的机动性要求较高,实现较为困难,针对这一问题,提出一种基于双主交替领航的多AUV协同导航方法。在相邻量测时刻,从AUV分别利用不同主AUV的距离观测进行导航误差的协同校正。首先建立了AUV协同导航系统的数学模型;然后利用谱条件数法对AUV协同导航系统的可观测性进行了定量分析,明确了系统可观测度大小与相邻时刻主从AUV机动状态的对应关系,为利用双主交替领航提高系统可观测性提供了理论依据。通过与单主方案进行对比试验,验证了双主交替领航方案的有效性和可行性。     

基于因子图的USV位置估计算法

为研究以全球定位系统GPS的定位信息为观测量的无人水面航行器USV的自主定位问题,结合因子图模型的数据表示方法,给出一种采用概率图模型的USV位置估计方法,即基于因子图的USV位置估计算法,推导动态系统的因子图建模方法,并使用和积算法求解参数,获得对USV位置的估计。将基于扩展卡尔曼滤波算法与所提算法进行比较,通过Matlab仿真可知,基于因子图的USV位置估计算法可更准确的估计USV的位置信息,并且随着观测噪声协方差的减小,所提算法的优势越明显。     

SVD可观测度分析方法的改进及组合导航中的应用

为解决已有的基于线性时变系统可观测性矩阵奇异值分解（SVD）的可观测度分析方法中存在的依靠外部量测信息、状态量纲比较不一致、奇异值基准不唯一的问题,提出一种改进的基于SVD理论的系统状态可观测度分析方法. 首先阐述了线性时变系统与分段式线性定常系统（PWCS）之间的关系,并介绍了PWCS可观测性分析理论,在满足该定理要求的情况下,通过PWCS的提取可观测性矩阵（SOM）替代总可观测性矩阵（TOM）可以有效降低分析计算的复杂度. 然后由系统提取可观测性矩阵SVD分解及其得到的奇异值与对应奇异向量,对系统的观测方程进行推导,根据载体不同机动情况下同一状态观测程度的纵向比较计算得到系统各状态的可观测度指标. 最后采用SINS/DVL组合导航系统进行仿真验证. 仿真结果表明, 通过该方法计算的可观测度指标与Kalman滤波状态估计误差特性相符,证明该改进方法可预见及准确描述状态的估计效果,并且依据所计算的状态可观测度进行系统自适应反馈校正,可以有效提高导航精度.     

一种深空自主导航系统可观测性分析方法

针对非线性系统的可观测性,本文结合微分几何相关理论通过李导数求解系统的可观测矩阵,利用条件数给出了一种衡量系统可观测度的分析方法;将其应用于基于太阳视线矢量的深空自主导航系统的可观测性分析,研究了不同轨道参数对系统可观测性能的影响;为进一步验证导航系统可观测度与状态估计精度之间的关系,结合非线性扩展卡尔曼滤波建立导航算法,对不同可观测度条件下的自主导航系统分别进行仿真分析.从仿真结果可以看出,本文提出的可观测性分析方法是可行的。     

光纤陀螺在机器人定位中的应用

利用光纤陀螺、采集卡、机器人和虚拟仪器软件模块的上位机等构成一个机器人定位应用控制平台。将采集的主从式机器人实际位置信号、设定的位置值以及定位差值,通过蓝牙通信技术传送到设计机器人控制器进行误差数字化,其输出值u来确定控制信号,改变主从式机器人定位舵机的位置,构建多机器人编队系统。实验结果表明光纤陀螺在机器人定位中的应用系统是可行的。     

无人船自主航行目标方位测量技术研究

为了解决无人船(U S V)自主航行时目标定位定姿问题,提出一种船载光电吊舱的目标方位测量方法.利用光电成像系统识别跟踪目标,激光测距机获取目标与USV间的距离,并将GPS/INS组合导航系统固联在光电吊舱同一水平面.通过上述传感器组件输出信息与坐标转换相结合,推导出目标从载体坐标系到WGS-84大地坐标系的定位方程;并根据目标位置解算出目标的速度、姿态信息.采用系统模拟航行实验,验证了该方法的有效性,并分析了各参数的均方根误差.实验结果表明,在1 km测距范围内,目标位置测量精度为5 m,姿态测量精度为0.3°,可满足实际应用需求.     

基于信道容量的无源探测定位精度分析

为客观评价无源探测定位系统的定位精度,文章提出了将系统信道容量C(度量信号在信道上传输能力的测度)等效于在无源探测定位系统中衡量定位精度的测度R新概念.从信息论的角度出发,在相对探测误差意义下,将系统信道容量C与衡量目标定位精度联系起来,进而无源测向交叉定位原理模型被抽象成信道模型.采用信道容量衡量的定位精度不依赖于观测站基线的长度L或目标到基线的距离R,以及观测站的测向误差的一致性.计算与仿真结果给出了定位精度最高时观测站对目标T的最优观测角度和2个观测站的测向射线最优交会角以及观测区域内的信道容量分布,为快速配置观测站达到准确的无源探测定位提供了理论支持.     

SINS大失准角传递对准模型的可观测性分析

捷联惯导系统(SINS)是在军事、航空等领域有着广泛应用的全自主导航系统,传递对准是确定其导航初值的一项关键技术.针对捷联惯导系统大失准角传递对准模型进行了可观测性分析研究.首先,建立了SINS欧拉角误差模型,并根据水平失准角为小角度的工程实际情况等对误差模型进行了简化;然后,从非线性系统的可观测性分析出发,利用微分几何理论给出系统的可观测矩阵,并给出了系统可观测度定义以及通过奇异值分解分析状态变量可观测度的方法.将该方法应用于SINS大失准角传递对准模型中,对系统进行了"速度"匹配和"速度+姿态"匹配模式下的可观测性和状态可观测度分析;最后,设计了UKF滤波器进行传递对准仿真,仿真结果与可观测分析结论一致,验证了该可观测分析方法的正确性.结果表明,这两种匹配模式下系统均为不完全可观测,并且"速度+姿态"匹配模式下状态变量的可观测度相比"速度"匹配模式下的状态可观测度高.     

惯性/天文/卫星组合导航误差在线标定方法

为提高惯性/天文/卫星(INS/CNS/GNSS)组合导航系统长期工作时的精度,推导了基于四元数误差描述的组合导航系统误差状态方程和量测方程,利用分段定常系统(PWCS)定理,分析了不同输入条件下系统状态变量的可观测性和可观测度.结合可观测性和可观测度分析结果,提出了利用星敏感器及卫星导航系统提供的姿态、位置矢量在线标定陀螺仪、加速度计和星敏感器误差参数的方法.可观测性分析和仿真试验结果表明,该方法可以精确在线估计出陀螺仪、加速度计、星敏感器的标度因数、零偏和安装误差,提高惯性/天文/卫星组合导航系统长期在轨工作的精度.     

基于捷联惯性导航的室内定位系统研究

基于捷联惯性导航的室内定位系统是综合运用MPU6050陀螺加速度计模块、HMC5983三轴电子指南针模块和蓝牙模块来实现定位. 系统以STM32单片机为控制核心,依此算出四元数和旋转矩阵,并利用卡尔曼滤波算法计算最优姿态角,在此基础上获取载体在导航坐标系中的运动加速度,通过对加速度的两次积分计算出载体在导航坐标系中的位置信息. 为了克服惯性导航固有的不可消除的积累误差,布设关键通信节点,采用局部蓝牙通信定位,并通过加权平均融合对位置信息做出修正,提高了定位系统的定位精度.     

自主移动机器人的自定位问题研究

为解决仅仅利用视觉系统或者声纳系统得到的信息进行机器人自定位时存在较大的误差的问题,提出了一种极坐标系下进行自定位的方法.在极坐标系下,通过简单的几何算法获得视觉距离和角度、码盘距离和角度及声纳距离和角度,然后运用模糊数学的方法再对其信息融合,即将机器人视觉信息,驱动码盘信息和声纳信息等进行有效的融合,得到了理想的距离和角度信息,从而提高机器人的自定位精度.实验结果表明:在4 m范围内,其定位误差低于1.5%.该研究为多机器人定位提供了参考依据.     

特殊环境下的高精度超声定位误差研究

针对在特殊球形容器环境下的内部航行器的精确定位问题,研究了基于超声波的高精度定位系统,以四元平面阵为模型设计了最小二乘定位算法,分析了导致定位误差产生的主要原因,并通过蒙特卡罗方法研究了目标距离和系统阵型分布与定位误差之间的关系,最后在消声水池进行了实验验证。实验结果表明,经声速标定后超声测距误差修正在20 mm以内时,此时x-y平面定位误差可有效控制在30 mm以内。     

基于二阶滑模的电动汽车感应电动机速度辨识

针对电动汽车电动机驱动系统在恶劣的运行环境中对速度精度要求较高的问题,提出了基于二阶滑模观测器的速度辨识方法.观测器以转子磁链和定子电流为状态变量,通过输入等效控制量,使解耦系统最终稳定在设计的两个滑模超平面上,从而实现对转子速度的估计和转子电阻的在线辨识.引入超螺旋算法将传统的开关式滑模控制变为连续控制,大幅度降低了系统抖振,提高了观测精度.仿真结果表明,该观测器在全速范围具有良好的动态性能和较高的观测精度,满足驱动系统要求.     

基于Zigbee技术的线路故障定位系统

设计了一种基于Zigbee通信技术的线路故障定位系统.该系统首先利用电流传感器对电路中的电流进行采集,并通过Zigbee技术将测量信号传入通信单元,然后通信单元利用GPRS系统将测量信号输入总控单元,总控单元通过对不同位置的电流信号变化进行检测,以实现对故障线路的定位.模拟试验结果表明,该系统能够对线路的故障实现准确定位.     

锚泊辅助动力定位系统预测控制

针对锚泊辅助动力定位系统预测控制中的实时性特征,本文选择隐式广义预测控制算法对混合定位船舶控制器进行设计。对于广义预测控制算法滚动优化过程中需引入繁琐的丢备图方程中引起的实时性差问题,采用隐式自校正方法进行了修正。通过利用递推最小二乘法直接辨识控制增量表达式中的参数,减少了计算复杂度,从而满足了控制器的实时性要求。隐式GPC不仅具有传统的GPC算法的优点,而且鲁棒性更好。通过船舶混合定位系统的仿真结果可以看出,隐式GPC算法具有良好的性能,提高了混合定位系统的定位精度和性能。     

基于车-车通讯技术的无线定位系统设计

针对车辆的主动安全性需求,应用车-车通讯技术设计了一种无线定位系统.首先,根据车-车通讯的技术要求,确定采用ZigBee技术作为无线通信方式;其次,对无线定位系统的构成进行了设计,利用基于测距技术的定位算法和"距离-损耗"模型对网络的移动节点进行了定位;最后,利用标定的定位模型对该无线定位系统进行了实验验证.结果表明:该无线定位系统性能良好,能够满足车辆行驶条件下的定位要求,提高了车辆的主动安全性.     

基于主从式总线结构的转矩流变仪现场控制器的设计

在基于计算机测控技术的转矩流变仪系统的基础上,介绍基于主从式总线结构的转矩流变仪现场控制器以完善系统的性能.采用了模块化设计和主从式的结构,进行了测控电路模块设计,使得系统性能的灵活性和可靠性有了很大的提高.     

一种NLOS量测平滑算法在MAUVs协同定位中的应用

在基于双领航者的MAUVs协同定位过程中,为了减轻NLOS量测误差的影响,在假设NLOS修正偏差先验已知的前提下,以4状态Markov链描述了4种LOS/NLOS量测模型间相互独立转换过程,继而利用交互多模和Kalman滤波理论设计了一种AUVs间相对距离量测平滑算法,并将其距离量测估计结果应用于MAUVs协同定位系统中。仿真结果对比表明,该算法可以有效提高AUVs间的相对距离量测估计精度,获得了更好的协同定位性能。     

一种基于UWB的高精度室内定位系统设计

传统的室内定位方法精度低、稳定性差.为降低多效应和非视距误差等情况的影响,设计了一种基于超宽带的高精度室内定位系统,主要由定位基站、定位标签、无线通信系统及上位机等组成.首先采用中值均值滤波算法对超宽带距离观测量进行预处理,然后结合泰勒定位算法求解标签的位置信息,最后利用卡尔曼滤波算法对标签的位置信息进行平滑处理.结果...