GPS/INS 组合导航系统降阶滤波器设计

本文研究了某型号飞机上ＧＰＳ／平台惯性组合导航系统中降阶卡尔曼滤波的设计方法。文中提出了一种降阶滤波器结构，并讨论了模型误差的伪随机噪声补偿方法。采用蒙特——卡洛分析法对降阶滤波器的实际误差进行了数字仿真，结果表明：本文提出的这种降阶滤波器能保证组合系统的导航精度，是一种具有实际使用价值的滤波器     

空间转移飞行器自主导航系统SINS／GPS／SS的卡尔曼滤波器降阶方案

基于Kalman滤波的Strapdown Inertial Navigation system/Global Positioning System/star sensor(SINS/GPS/SS)组合导航系统已被研究用于满足空间转移飞行器自主导航能力的需求.为提高该方案实时性,论文提出两步降阶简化设想.第一,在星敏感器精度较高且保持稳定的前提下,认为绝对姿态(四元数)误差较小,可忽略组合系统速度误差通道中的姿态四元数误差,实现姿态四元数误差与速度和位置误差的解耦,进而将原滤波器简化为分别估计姿态四元数误差和估计速度、位置误差的两个完全独立的降阶滤波器;第二,针对估计位置、速度误差的滤波器,采用噪声等效思想.简化加速度计误差模型,进一步降低滤波器维数.此时,原16维滤波器将被化分为两个同时运行的7维和6维降阶滤波器.仿真表明在计算量明显下降的同时,该降阶滤波器和原滤波器估计效果却相当.证实这种思想具有一定的可行性.     

基于GNSS通道差分的紧组合滤波方法研究

在基于伪距、伪距率的常规紧组合导航系统中,若GNSS出现时钟异常等情况,则会引起伪距、伪距率误差异常,从而导致组合导航精度下降;与松组合滤波器相比,常规紧组合滤波器扩充了状态变量的维数,增加了运算复杂度,降低了组合滤波的实时性.本文提出了一种双通道降维滤波算法,其中状态变量不再包含伪距、伪距率误差;以GNSS通道伪距、伪距率差分信息作为观测量.通过仿真表明,采用双通道降维滤波算法可以有效削弱时钟异常等的影响,并且有效提高组合滤波的实时性.     

SINS/CNS组合导航系统的降阶模型研究

在利用卡尔曼滤波器对数据进行处理时,其计算时间是由模型的状态矢量维数n决定的,每一步迭代的计算量与n3成正比。状态维数的减少会使计算时间大大缩短。本文首先介绍了SINS/CNS组合导航系统的动态模型,研究了基于奇异值分解的状态可观测度分析方法并提出一种改进的方法,在求状态变量的可观测度时,抛开了观测量,只利用可观测矩阵进行分析,然后应用该理论对SINS/CNS组合导航系统进行状态可观测度的分析,略去不可观测的状态分量,提出一种降阶的系统模型。仿真结果证明,降阶模型可以提供满意的导航精度。     

一类降阶故障检测滤波器设计及其在飞行器中的应用

针对飞行器控制周期较短且资源与计算能力受限的情况,提出了一种适合飞行器控制系统的降阶故障检测滤波器设计算法.首先利用小扰动理论将飞行器非线性动力学方程在平衡点线性化,针对线性状态方程设计降阶故障检测滤波器.将降阶故障检测滤波器存在可行解问题转化为线性矩阵不等式描述的非凸优化问题,利用交替映射算法求解非凸优化问题的局部最优解.然后利用上述可行解存在的条件,计算降阶故障检测滤波器参数.最后将提出的降阶故障检测滤波算法应用到某小型无人直升机偏航控制系统的故障检测中,仿真结果表明该算法在保证检测效果的前提下降低故障检测滤波器的阶次,验证了算法的有效性.     

模型的随机平衡降阶

本文提出了系统在白噪声激励下的一种开环降阶方法—随机平衡降阶法。在系统的随机平衡坐标中，输出性能指标可以表示成一组与系统随机可控／可观格莱姆相关的贡献值的和。根据这组贡献值的大小，可以决定在随机平衡坐标下降阶模型所要保留的状态分量，并从输出误差指标的最优角度出发，对输出矩阵作个修正。最后给出了一个数值仿真例子。     

一种微波滤波器机辅调试的新方法

微波滤波器的机辅调试(CAT)是微波工程中较新的领域。本文提出并介绍了一种可用于微波滤波器机辅调试的新方法，其主要过程为：采集矢量网络分析仪上被测滤波器的网络S参数，通过优化、拟合得到网络参数的有理函数模型，运用网络综合理论和矩阵旋转变换理论，提取被测滤波器的耦合矩阵，将此矩阵与原始设计矩阵进行比较，可得出被测滤波器中所有参数偏离目标值的偏离量。由此，可指导试验调试。为说明该方法的有效性，文中给出4个例子：4阶2极点类椭圆函数滤波器、7阶切比雪夫滤波器、5阶3极点不对称滤波器、10阶8极点自均衡类椭圆函数滤波器。试验结果表明：即使滤波器严重失谐、耦合系数与目标值差别很大，该方法仍能有效。该方法为微波滤波器的机辅调试提出了一个很好的思路，是提高批生产能力的一个有益尝试。     

基于新型降阶模型的网格加筋圆柱壳频率分析

针对网格加筋圆柱壳频率分析计算量大的问题,提出一种基于多项式及梁单元形函数的模型降阶方法,即运用多项式及梁单元形函数将复杂结构有限元的节点位移转化为主节点位移,实现模型降阶。并通过控制多项式阶数及梁单元个数来调整降阶模型的分析精度,而降阶模型的计算效率较精细模型有显著提高。以网格加筋圆柱壳为例,对比本文提出的模型降阶方法与3-D实体模型及其他模型降阶方法的频率分析结果,结果表明,提出的模型降阶方法不仅能捕捉到结构的整体模态,还能反映出结构部分局部模态,适用范围广,能够为工程结构设计提供简单有效的计算模型。     

INS／GPS／Odometer组合系统初始对准及自适应联合滤波

本文提出了INS／GPS／Odometer（测速仪）组合际航系统。基于信息融合理论，提出了基于子滤波器可观性矩阵条件数和误差协方差矩阵特征值分解的自适应联合滤波。然后利用该方法对INS／GPS／Odometer组合系统的初始对准问题进行了研究。仿真结果表明，自适应联合滤波能够改善系统初始对准的状态估计精度，信息分配因子的不同选择对状态估计有一定的影响。     

GPS/运动方程组合导航

提出了一种不增加硬件设备而仅用软件（运动方程）－－全球卫星定位系统／运动方程（GPS／EM）组合导航方案，分析了其适用范围和特点。根据传统运动方程建模中的各种误差源，了包含误差源在内的飞行器扰动方程，并得出其解析解。建立了GPS／EM组合系统状态方程和观测方程，并进行仿真，验证了其可行性。结果表明，GPS／EM组合系统导航精度高于GPS，而且较单独GPS增加了信息冗余度。     

微带类椭圆函数滤波器

介绍了一种新型的微带线滤波器－类椭圆函数滤波器。比起传统的微带交指、平行耦合线等形式滤波器，微带类椭圆函数滤波器具有很好的带外抑制特性，且体积小。通过微带谐振器安放在不同的位置和改变谐振器之间的间距。实现不同性质的耦合及耦合大小。分别计算了三种性质耦合大小与间距的关系，并得到曲线。设计了4阶类椭圆函数滤波器。测试结果与理论预期值相吻合。该类滤波器可以广泛应用在平面电路中，同时在超导状态下也有诱人的应用前景。     

常增益递推滤波器及其稳定性

本文给出了单输入k阶常增益递推滤波器的一般形武,分析了它的输出误差,讨论了当输入为平稳不相关序列或广义平稳序列时,滤波器稳定的条件。     

捆绑式运载火箭的模型降阶

以捆绑式运载火箭为对象,开展了先局部、后整体的两步模型降阶研究,其中局 部降阶法采用模态综合技术,整体降阶法采用模态价值分析方法,最后通过数值仿真验证了 本文所提出的两步降阶方法的有效性。
     

多星座组合导航自适应联合卡尔曼滤波算法研究

针对多星座卫星组合导航,提出了一种自适应联合卡尔曼滤波算法,采用描述机动载体运动的“当前”统计模型,直接从各卫星导航系统接收机输出的定位信息入手,将各种误差因素的影响等效为一个总误差,建立一种动态定位的自适应卡尔曼滤波模型。为了进一步提高滤波器的动态性能,通过引入调整系数、加权因子和自适应调节量对自适应滤波算法进行了改进,并分别对GPS、GLONASS和GALILEO系统设计了自适应子滤波器,然后采用联合滤波算法对各个子滤波器进行数据融合处理,最后对GPS/GLONASS/GALILEO组合导航系统进行了仿真验证,结果表明,该算法增强了滤波器的跟踪能力,改善了滤波效果,提高了定位精度。
     

预测滤波器的分散化结构

预测滤波器是一种基于非线性系统模型的滤波方法,它通过使输出一步前向预测误差最小来估计模型误差,具有较高的估计精度.当预测滤波器应用到多传感器系统时,存在维数多、计算量大等缺点.本文提出了一种预测滤波器的分散化方案,将分散化滤波的优点引入到预测滤波器中.该方案中子滤波器各自给出模型误差的局部估计,并传递给主滤波器.主滤波器由此计算全局最优估计,并反馈重置各子滤波器.通过多传感器卫星测姿系统的仿真,证实分散化之后的预测滤波器与集中的预测滤波器具有相同的精度.同时,分散化的结构具有维数低、矩阵运算量小等优点,而且有利于增强系统的故障检测能力,提高系统的容错性.     

基于北斗双星定位系统的组合导航滤波算法实现研究

捷联惯性导航系统的主要缺点是导航定位误差随时间增长。北斗双星定位系统是我国独立研制的一种区域性卫星导航定位系统,具有自主性强、定位精度较好的特点。因此捷联惯导与北斗双星定位的组合成为具有我国特殊意义的一种组合导航系统。论文针对北斗双星定位系统设计了一种低阶卡尔曼滤波器,建立了双星的量测噪声模型。首次提出了使用逐次逼近法来解决北斗双星系统中存在的位置滞后的问题,并且最后进行了实际的跑车验证。试验表明,该组合导航滤波算法实时性好,精度高,具有较好的工程应用价值。     

变结构快速鲁棒跟踪系统

快速鲁棒跟踪是跟踪系统的重要指标之一。为此本文提出了自适应Ｈｕｂｅｒ函数和广义开关函数概念，并根据这两种概念，构造了具有快速和鲁棒两种特性的变结构跟踪系统。其特点是在大误差范围内系统工作在Ｂａｎｇ－Ｂａｎｇ型模糊滤波模式，以保证最短时间收敛。而在小误差范围内，工作在线性滤波器模式，以保证系统的最优性。最后给出了目标跟踪系统仿真结果。     

一种OPA型N阶电流滤波器电路

提出一种由通用运算放大器组成的Ｎ阶电流滤波器电路，可以在３条支路中同时实现Ｎ阶高通、带通、低通滤波功能     

基于收缩理论的高超声速飞行器控制

为了使高超声速飞行器能够跟踪预定指令,针对其严反馈模型提出了基于收缩理论的控制方法。由于高度和速度相对独立,因此分开设计控制器。控制器设计过程中,以基于反步法的收缩理论为核心,对于模型中不确定项利用自适应进行在线识别;引入动态面对虚拟控制输入进行求导,并利用收缩下的奇异摄动分析降阶系统,可以证明降阶前后状态误差间的偏差及滤波误差有界。采用此方法,可证明系统状态半全局收敛,跟踪误差及自适应估计误差有界。     

基于UKF与修正罗德里格参数的GPS/陀螺组合姿态确定

提出了一种用于GPS/陀螺组合姿态确定的Unscented卡尔曼滤波(UKF)方法.采用姿态的修正罗德里格参数(MRPs)表示法,以消除状态误差方差阵的奇异性,建立了GPS/陀螺组合姿态估计系统的模型.仿真结果表明:与基于扩展卡尔曼滤波(EKF)相比,UKF的收敛速度更快、精度更高,且不同滤波器初值对稳态精度的影响较小.