光谱红移/SINS自主组合导航方法

为了满足巡航弹对导航系统高精度和强可靠性的要求,提出一种基于光谱红移测速原理的捷联惯导(SINS)/光谱红移(SRS)自主组合导航新方法.在研究光谱红移导航原理的基础上,设计了SINS/SRS自主组合导航系统方案,建立了该组合导航系统的数学模型和算法,并进行了仿真验证.结果表明:提出的SINS/SRS自主组合导航新方法,能利用SRS获得的高精度速度信息对SINS进行校正,有效抑制SINS随时间累积的误差,精度高,可靠性好,能满足巡航弹对导航系统性能的要求.     

基于SINS/CNS的月球车自主导航方法

针对月面特殊环境,设计了一种基于改进粒子滤波的捷联惯导与天文导航(SINS/CNS)月球车组合导航仿真方案。首先,根据月球表面导航的特殊要求,建立了月球环境下惯性导航系统的姿态、速度和位置误差方程,然后建立基于速度和天文联合观测的量测方程。由于系统状态方程和量测方程均为非线性方程,所以采用了改进的粒子滤波实现月球车位姿信息的最优估计,估计出组合导航系统的误差状态量,进而修正惯导系统的位置、速度和姿态。本设计的仿真结果表明:该方法具有很好的位置和姿态估计精度,同时有效抑制了量测噪声对系统性能的影响,是解决月球车自主导航问题的一种有效而实用的方法。     

基于高阶容积卡尔曼滤波的极区惯性/重力梯度组合导航方法

针对现有的导航手段在极区应用都存在一定的缺陷这一问题,提出了一种基于惯性/重力梯度的组合导航方法。建立了组合导航系统模型,首先,考虑到传统惯导解算方法在极区存在经线收敛的问题,给出了一种基于格网坐标系的惯导解算模型;基于重力梯度仪的误差特性,建立了系统的量测模型。为提高算法的估计精度和稳定性,并解决惯性/重力梯度组合导航系统雅克比矩阵求解复杂等问题,采用高阶容积卡尔曼滤波算法,结合重力梯度图,设计了组合导航滤波器。其中,为保证四元数的归一化,采用修正的罗德里格斯参数表示姿态误差。最后进行了蒙特卡洛数学仿真,仿真结果证明了该方法可以准确地估计出飞行器的位置和速度等信息,且估计精度高于扩展卡尔曼滤波;此外,通过仿真结果分析了重力梯度仪精度、地形、飞行器高度等影响组合导航精度的关键要素。     

激光多普勒三维导航系统方案

为解决激光多普勒测速仪在三维导航应用中存在的问题,对飞行器在平飞、转弯2种状态下的激光多普勒测速问题进行了研究。与现有研究文献中将载体姿态变化视为误差量的研究思路不同,笔者将飞行器姿态角视为拟求取的状态量,利用多普勒频移理论建立了相应的激光多普勒导航状态方程,再通过推导得到了飞行器的速度和姿态解算公式,实现了飞行器在平飞、转弯2种状态下的导航状态解算。仿真结果表明：飞行器的真实值与估计值基本吻合,充分验证该方法的正确性和有效性。     

一种基于新阈值函数的小波降噪方法在高速风洞中的应用

为了解决传统阈值函数中抑制干扰与保留信号有效突变区域和信号高频细节之间的矛盾,提出一种基于新阈值函数的小波降噪方法.介绍了传统小波阈值函数降噪方法,根据小波阈值降噪方法的特点构建一种新阈值函数,并进行风洞试验验证,用硬、软阈值以及新阈值方法对X元信号进行处理,将经过不同降噪方法处理后得出的CL-a曲线进行对比.试验结果表明:该方法与传统函数方法相比具有明显的优越性,一方面其处理后的试验数据结果与阶梯试验数据吻合度更高;另一方面该方法在抑制干扰影响的同时,能够有效捕获到飞行器模型在突变区域的有效高频信号.     

小波域软阈值降噪的地磁匹配导航仿真研究

为消除地磁数据中的噪声和干扰,提高地磁匹配导航的精度和可靠性,采用小波降噪方法对地磁数据进行预处理.通过对小波母函数特性的研究,结合地磁场自身规律提出了地磁数据降噪中小波母函数的选取准则,并根据地磁匹配导航的特点提出了基于误差和相关系数的小波分解层数确定方法.通过对小波降噪主要方法的定性分析,采用了小波域软阈值降噪方法...     

测角测距信息下的双机协同高精度定位算法

针对现有双机协同定位仅采用测角信息来解析求解误差较大的问题,提出基于测角和测距信息的双机协 同高精度定位方法。利用现有飞行器中的导航定位传感器,采用粗精两级定位模式,粗定位采用传统的几何解析方 法提供较为准确的初始解,精定位采用非线性迭代优化方法获得目标位置的最优解,并进行一系列仿真验证。仿真 结果表明,测角测距信息下的协同定位方法能够获得较高的协同定位精度。     

基于混合噪声模型的射线图像降噪方法

针对射线数字图像的特点,提出了一种基于混合噪声模型的小波中值滤波降噪方法。对射线数字图像噪声成分构成进行分析,建立了混合噪声模型。根据混合噪声模型来计算噪声方差,进而计算BayesShrink阈值,解决了BayesShrink阈值计算中因射线数字图像小波系数不服从广义高斯分布而导致的Donoho噪声方差计算方法失效的问题。为了消除BayesShrink阈值处理引起的图像失真,对小波阈值处理结果进行中值滤波。采用射线数字图像对该方法的有效性进行了验证,实验表明,该方法的降噪效果优于OracleShrink和SureShrink阈值法。     

一种基于惯导/地磁信息融合的 低成本组合导航方法

为提高飞行器在轨导航精度需要高精度惯性导航器件,由此带来成本增加。针对短时间在轨小型飞行器,提出一种基于低成本惯导/地磁敏感器件的信息融合组合导航方法,通过利用微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)惯性组合和磁强计输出参数共同构建状态方程和量测方程,并采用基于反馈校正的卡尔曼滤波算法,分析了高、中、低精度的惯导组合和MEMS三轴磁强计不同测量精度条件下的导航精度偏差。结果表明,采用惯导/地磁信息融合导航,可降低对惯性器件的精度要求,从而降低轨道飞行器导航的经济、质量成本和对安装空间的需求。     

临近空间环境对高超声速飞行器导航系统的影响分析

临近空间环境问题是研制临近空间飞行器首要解决的问题,相对于航空空间环境和航天空间环境有很多不同之处。从物理环境、电磁环境和高动态环境三个方面研究了临近空间环境对高超声速飞行器导航系统的影响;针对惯性导航、卫星导航和天文导航三个高超声速飞行器主要的导航方式,详细分析了临近空间环境对这三种导航方式的影响因素,并提出解决方法。最后指出组合三种导航方式构建导航体系,互补长短,作为高超声速临近空间飞行器导航引导将是最佳导航方法。     

单领航者相对位移测量的多自主水下航行器协同导航

针对单领航自主水下航行器(AUV)协同导航系统对定位精度和实时性的要求,提出了一种新的基于相对位移量测信息的协同导航方法.通过分析单领航AUV协同导航系统的定位原理和运动学模型,结合相邻采样时刻主、从AUV间相对位置的几何关系及航位推算信息,利用扩展的Kalman滤波(EKF)导航算法实现对从AUV的定位估计.与已有的...     

未知洋流干扰下基于单领航者的多自主水下航行器协同导航

洋流估计问题是多自主水下航行器(AUV)协同导航方法中的难点之一.针对未知洋流情况,给出了1种基于单领航者的多AUV协同导航方法.通过设计主、从AUV间的机动轨迹,将从AUV的初始定位以及洋流干扰、测速误差的初始估计问题转化为非线性极小平方优化模型求解,提高了初始化精度;并进一步将洋流干扰等作为状态变量参与协同导航过程...     

天文导航中短波红外星表交叉证认与优化

在短波红外波段进行昼夜连续测星有望实现近地空间全天时天文导航，现有的2 μm巡天计划（2MASS）、大视场红外搜寻探测器等红外星表不仅缺少天文导航所必需的恒星自行等信息，而且恒星分布极不均匀，无法直接应用于天文定位定向。在对当前主要星表特点进行分析的基础上，将2MASS红外星表与可见光Tycho-2星表进行交叉证认，得到包含恒星自行等完整信息的短波红外星表；利用似均匀星表划分法对交叉证认后的星表进行特点规律分析，并通过“角距+星等”加权筛选法对其进行优化，获得平均恒星分布密度0.5颗每平方度、全天区变异系数为0.14的短波红外星表。优化后的星表满足一等天文测量精度要求，恒星分布均匀，可为昼夜连续天文导航提供红外星表基础。     

事件触发的多AUV编队模型预测控制算法

针对复杂环境中自治水下机器人(autonomous underwater vehicle,AUV)编队的避障控制问题,提出一种基于事件触发的模型预测控制(model predictive control,MPC)算法。建立水下机器人运动模型,结合领航-跟随式队形控制方法,利用领航AUV的位置信息和编队期望队形得到虚拟AUV的航行轨迹及速度信息,将其作为跟随AUV的航行参考轨迹;对传统人工势场法(artificial potential field,APF)进行适应性改进,以满足AUV编队在障碍物环境中避障规划的需求;设计一种基于跟随AUV轨迹预测值与实际值误差的事件触发机制来减少求解优化问题的计算量,降低计算负担。结果表明：与其他算法相比,该算法仿真结果具有可行性和有效性。     

无人机空中回收视觉导航技术

针对无人机空中回收过程中的导航问题,提出一种利用深度学习进行目标检测并配合双目视觉进行位姿 估计的技术。设计空中回收视觉导航系统,通过改进原有目标检测算法YOLOv3 框架提高回收过程中的检测精度和 速度;通过双目视觉系统对特征点进行3 维位姿解算,返回无人机和回收锥套中心相对位置信息。实验结果表明： 改进后的检测算法平均精度比YOLOv3 提高了3.2%,检测速度提高到73 FPS,检测速度明显提升;双目视觉算法 的位姿解算精确度高,两者同时满足导航系统精确性和实时性的要求。     

一种长航时捷联惯导系统单点综合校正方法

针对长航时捷联惯导系统的误差发散问题,提出一种基于惯性系的单点综合校正方法。采用GPS提供的位置信息和天文导航提供的航向信息构成外观测量。在建立动态误差模型过程中,利用外观测量信息对系数矩阵中的经度、纬度误差及天向失准角进行修正。相对于由惯导系统解算值确定系数矩阵的传统综合校正方法,该方法误差模型中系数矩阵的精度仅由外观测量信息精度决定,不引入惯导系统解算误差。该方法无需对载体运动进行限制,且陀螺常值漂移的估计精度不受校正间隔的影响。仿真结果表明了该方法的有效性。     

小波故障检测在脉冲星组合导航中的应用

为提高基于X射线脉冲星的组合导航系统容错能力,利用小波分析方法进行故障检测,以保证组合导航系统的精度和可靠性。笔者采用X射线脉冲星导航、天文导航和紫外敏感器导航构建组合导航系统,运用小波分析技术对传感器输出信号进行故障诊断,并进行故障隔离和系统重构,最后采用联邦式滤波器进行信息融合,并以火星探测任务为例进行了数学仿真。实验结果表明：该方法能够有效检测相关传感器故障,解决了X射线脉冲星组合导航系统因故障导致的导航结果变差问题,且具有较高的导航精度,提高了脉冲星组合导航系统的容错性能和工程实用价值。     

履带张紧力及其影响因素分析

针对复杂的履带张紧力问题,研究张紧力在履带环上的分布情况,建立了履带张紧力的理论估算公式。利用履带车辆的多体动力学模型,对静平衡及匀速运动工况下履带张紧力的变化情况进行理论估算和动力学仿真,验证了理论估算公式的合理性。分析履带张紧力的影响因素,并利用理论估算和动力学仿真相结合的方法探讨预张紧力、车辆行驶速度、主动轮驱动力矩3种因素对履带张紧力的影响规律,为履带车辆的设计开发提供了理论参考依据。     

无人机自主着陆过程中的视觉导航技术分析

为解决目前国内外无人机难以实现自动着陆的问题,对无人机着陆过程中的视觉导航技术进行研究.介绍了飞行器的降落等级和着陆阶段,分别对无人机着陆过程中的图像处理技术和位姿估计问题进行分析,重点研究着陆过程中的图像特征提取技术和位姿估计的迭代算法.研究结果表明:将视觉导航与其他导航方式相结合,发展鲁棒性好、精度高、实时性好的组合导航位姿估计融合算法将是未来视觉导航的发展重点.     

基于核密度估计的履带车辆传动轴载荷谱编制

为了建立军用履带车辆传动轴典型路面上的高可靠性载荷谱,通过实车试验采集接近实际使用情况的扭矩载荷及相关行车数据,由最少测试次数判据计算出载荷数据样本的置信度。由于试验载荷数据具有不规则的均幅值二维分布,基于二维核密度估计设计编谱流程,采取2次雨流计数,第1次雨流计数结果用于均幅值极值推断,第2次雨流计数结果用于核密度估计,既能很好地拟合均幅值分布,又能对实测雨流矩阵做合理外推。在获得典型路面使用寿命里程的二维设计载荷谱后,通过等损伤转换方法,将二维谱转化为以幅值为变量的8级程序块谱,并给出传动轴扭矩和转速的联合加载方法。研究结果表明,从疲劳损伤角度选择低载,舍去阈值为第8级幅值的0.8倍,频次和减少99.33%而损伤和只减少0.29%,可加速疲劳加载试验。