基于二维变分模态分解和Hilbert变换的局放信号特征提取方法

本文通过对二维Hilbert-Huang变换方法的改进,提出了一种基于二维变分模态分解(VMD)和Hilbert变换的局部放电灰度图像特征提取方法。首先,利用局部放电样本生成相应放电灰度图;其次,以二维VMD算法分解各放电灰度图像,获取各个不同中心频率的模态分量;然后,通过四元数Hilbert变换得到各模态函数对应的特征图,并提取灰度纹理特征,构成各放电样本对应的特征向量;最后,以BP神经网络分类器对提取出的局部放电特征量进行分类和识别。实验结果验证表明,同二维Hilbert-Huang变换和传统放电灰度图特征提取方法相比,基于本文方法所得特征量具有更高的正确识别率,验证了该方法的可行性。另外,本文所采用的二维VMD-Hilbert方法为局部放电信号的频谱分析拓展了新的思路。     

基于MTi—IMU微惯性航姿系统的姿态算法

利用基于微机电系统陀螺、加速度计和磁强计的MTi—IMU微惯性航姿系统,设计了一种确定航向和姿态的算法。该算法利用加速度计的输出判断载体的运动状态,当载体处于非加速运动状态时,利用磁强计和加速度计的输出计算姿态角,再利用卡尔曼滤波器校正姿态误差。采集M＇I、iIMU微惯性航姿系统输出的数据进行仿真。仿真结果证明了该姿态算法的有效性。     

加速度计/磁强计无陀螺捷联惯导姿态解算研究

针对无陀螺捷联惯导系统姿态解算随时间不断积累的问题,提出一种磁强计辅助无陀螺捷联惯导的组合方案,利用磁强计测量的地磁信息来修正无陀螺惯导系统的姿态角误差,提高了姿态角的解算精度。推导了磁强计输出和姿态角之间的关系,在此基础上提出了一种姿态优化算法,介绍了算法的基本原理;建立了误差四元数的姿态组合模型,并采用反馈校正完成动态条件下姿态的确定;最后对姿态误差角进行了仿真研究,仿真结果表明该方法有效地抑制了误差的发散。     

空间6R机器人位置反解的对偶四元数法

将对偶四元数的复指数形式引入到串联机械手位置逆解分析中,提出一种空间6R串联机械手位置逆解的新算法。采用复指数形式的四元数以及对偶四元数建立空间6R串联机械手位置逆解的封闭方程。通过对获得的四个位置约束方程构造Dixon结式,得到一个6×6的行列式等于零的矩阵,去掉其中相关的公因式,导出既无增根也无漏根的一元16次方程。通过实际计算,得出该机器人位置反解一元高次方程的次数为16且最多只有16组解的结论。通过一种串联机械手逆运动学分析为例进行求解验证,数字实例证明了该方法既无增根也无漏根。这种方法可达到在消元过程中自动消除机构结构参数变化或者轨迹规划过程中某些奇异位置造成的方程相关性,避免增根的产生。     

基于张量四元数极化平滑的极化-DOA估计

为了解决相干信号的极化平滑算法在小快拍数和低信噪比条件下估计性能较差的问题,结合四元数的正交特性和协方差张量方法,提出了一种基于张量四元数的极化平滑多重信号分类（Multiple Signal Classification,MUSIC）解相干算法。首先,为了充分利用接收数据样本中的多维结构信息,建立了由张量四元数表示的柱面共形阵列极化平滑信号模型;其次,将平滑后的张量协方差矩阵通过高阶奇异值分解得到信号子空间;最后,通过极化秩亏MUSIC算法对入射相干信号分别进行二维波达方向（Direction of Arrival,DOA）估计和极化参数估计。仿真结果表明,该算法在小快拍数和低信噪比条件下具有更高的估计精度和分辨能力。     

单线激光雷达与GNSS/INS的空间重构

为了解决多线激光雷达在三维空间重构任务中数据吞吐量过大导致运算负担过重以及扫描俯仰范围有限的问题,本文提出了一种利用单线激光雷达与惯性测量单元GNSS/INS相互结合的多站点扫描空间重构方案及相应解算方法。首先使用单线激光雷达扫描待测空间获取三维尺度信息,然后将点云数据与对应的任意方向的航向角相结合,再利用四元数姿态解算获取各站点扫描的点云图像。为提高计算效率,使用迭代最近点算法实现站点间点云配准时,对待匹配点云数据筛选并更新。实验结果表明在保留点云数字特征前提下,单线激光雷达与GNSS/INS系统能够提高76%的运算速率。本文提出的硬件方案和解算方法不但能够实现较高的配准精度,与多线激光雷达方案相比工程成本也得到显著下降。     

三轴光纤陀螺捷联姿态解算与漂移补偿研究

研究了三轴正交捷联光纤陀螺（FOG）在移动卫星通信天线稳定和精确指向中的应用。针对三轴FOG角增量输出,首先建立四元数微分方程并实时求解,实现了考虑地球自转补偿的捷联姿态解算方法。其次,将FOG输出漂移分为零偏、温度漂移和随机漂移分别进行补偿研究。基于预测控制DMC算法进行随机漂移的实时补偿;建立多项式模型并进行回归分析实现温度漂移的补偿。通过试验表明,捷联姿态解算方法正确。补偿后,FOG的输出漂移大大减小。     

动力调谐陀螺寻北仪倾斜补偿算法

动力调谐陀螺寻北仪在倾斜状态下寻北误差较大,其原因是动力调谐陀螺模型中各参数没有全部标定且标定精度不够,不能保证寻北仪在工程中的正常使用.因此,提出了一种24位置动力调谐陀螺全参数标定方法,分析了动力调谐陀螺寻北仪倾斜状态下误差的来源及其物理意义,明确了倾斜状态下误差形成的内在机理.并用四元数理论建立倾斜寻北的数学模型、误差补偿模型,仿真了相应的解算算法.并进行了试验研究,结果表明,该方法能有效解决倾斜状态下的寻北精度,在工程应用中效果良好.     

四元数和超复数在二维二次非线性相位耦合分析中的应用

针对二维二次非线性相位耦合分析中的分维配对问题,本文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.接着讨论了Hamilton四元数、三维超复数及"新四元数"在估计二维谐波频率中的可能性.最后根据上述模型利用特殊的三阶累积量切片分析了加性高斯有色噪声中二维二次非线性相位耦合及联合Hamilton四元数和超复数在二维二次非线性相位耦合中的应用前景.此方法避免了在复数模型的二维二次非线性相位耦合分析中构造复杂的增广矩阵,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.仿真实验验证了本文的理论.     

舰载武器SINS非线性传递对准模型及滤波算法

为了满足舰载武器初始对准高精度和快速性的要求,更好地解决舰载武器在大失准角情况下的传递对准问题,提出了一种结合基于四元数的非线性传递对准模型与非线性无迹卡尔曼滤波（UKF）算法的方法,推导并建立了舰载武器捷联惯导系统（SINS）的非线性误差模型。该模型采用姿态四元数表示姿态误差,以提高姿态解算时的快速性和精度,选用速度加姿态作为量测量,以提高系统的可观测性,采用奇异值分解（SVD）方法解决了方差阵的病态问题,以确保算法的鲁棒性,仿真结果表明,该方法不仅解决了舰载武器在大失准角情况下的传递对准问题,而且能够有效提高传递对准的精度和快速性,其计算精度和对准时间满足系统设计要求。