飞行试验中GPS定位数据的坐标转换方法研究

在飞行试验过程中,机载GPS设备进行测量时一般采用WGS-84坐标系,而在飞行试验数据处理中需要特定的跑道坐标系。因此,需要将GPS数据在不同坐标系之间进行转换,根据相对定位原理,采用一种简单的坐标转换方法,分析给出了利用GPS数据通过坐标转换计算得到理想跑道坐标系下飞机航迹的数据处理方法。     

测量点云数据的多视拼合技术研究

在实物反求中，往往需要将从各个不同视角测得的点云数据进行多视定位，统一到一个全局坐标系下，并经过数据融合使之能够便于后续的模型重建。本文首先提出了一种改进ICP算法，在采用标签法进行预定位的基础上，选取两个视图重叠区域中不同位置的数据点集作为控制点集，建立控制点的名义对应关系，然后进行坐标变换迭代求解，从而方便快速地实现了两个不存在明确对应关系的点云视图之间的准确定位。在进行多视拼合时，提出一种边定位边合并的方法，减少了多视顺序拼合时所产生的积累误差。对拼合后的视图，本文根据在重叠区域的缩小包围盒内采用加权平均的方法进行了数据融合。实例表明，本文提出的方法是行之有效的。     

无人机激光相对引导系统设计与试飞验证

为了提高复杂电磁环境下无人机着陆引导系统的抗干扰能力,可在无人机着陆段采用基于激光的无人机精确引导方法。本文对激光相对引导系统的工作原理及流程进行了分析,设计了基于激光引导的无人机着陆试验流程,并基于某无人机平台完成了试飞验证,获得了重要的试验数据,最后将激光相对引导数据与差分GPS引导数据统一转换到地平坐标系下,完成了两种体制的数据比较和误差分析,并进一步梳理了将激光相对引导技术推向工程应用需要注意的问题。     

基于软件无线电技术的GPS软件接收机的研究与实现

深入研究了GPS软件接收机的相关算法,阐述了GPS软件接收机设计过程中信号搜索、跟踪以及伪距定位等关键技术。针对搜索过程中利用信号相关法求解精频速度慢的缺点,提出了相位关系解算法;进一步分析二阶跟踪环路工作原理,对其带宽进行优化设计,使接收机具备较高的动态性能和较低噪声影响。基于Matlab环境,通过优化算法结构,设计并实现了GPS软件接收机算法应用程序。最后通过实际测试数据对算法进行了验证,该接收机可以处理12通道卫星信号,并且各项指标分析结果均达到单点伪距定位要求。     

GPS精密点定位的数据处理

在GPS精密点定位数据处理中,通常采用所谓无差分模型.然而,GPS单站观测量也可通过不同差分组合以减少未知参数数目,且在理论上与无差分模型等价.文中利用实际GPS观测数据,比较了不同点定位差分模型的定位精度和其他指标.     

基于Bancroft算法的GPS动态定位非线性滤波法

由于系统线性化时存在忽略项,扩展卡尔曼滤波成为一种次优的梯度下降算法.当滤波方程病态时,求解存在发散倾向,且估计量为有偏的,而非最优估计.即使动态系统噪声为高斯噪声时,残差也不是高斯噪声.在伪距定位中,由于线性化后的伪距方程是局部解,这有可能丢失正确解值.针对GPS动态导航扩展卡尔曼滤波定位问题,基于美国Bancroft的全局性非线性"闭合式求解"最小二乘算法(Bancroft算法),本文提出一种闭合式GPS非线性代数解的卡尔曼滤波法(两步算法).该方法将GPS滤波问题中的空间与时间分离,较好地解决了非线性GPS动态定位求解问题,且获得稳定可靠的动态定位解.     

一种新的整周模糊度快速求解算法

快速求解整周模糊度是利用GPS载波相位进行精确相对定位的关键技术.基于LAMBDA算法和FASF算法,提出了一种新的整周模糊度快速求解算法.该算法充分结合LAMBDA算法和FASF算法的优点,首先运用LAMBDA算法中的空间变换的思想,然后利用FASF算法的模糊度搜索技术,提高了模糊度求解效率.通过对1 km左右基线的相对定位实验表明:算法利用几个历元的数据可以正确地求解模糊度,使基线精度达到亚厘米级.     

高精度GPS定位的精密电离层模型

在长距离GPS实时动态定位(RTK)过程中,电离层延迟误差是影响定位精度的主要误差源.目前,由于采用全空间电离层模型精度不够,对长距离RTK定位主要采用双差电离层残差内插方式.本文提出一种新的电离层模型.该模型仅对每个卫星轨迹通过的电离层部分进行建模,可适用于高精度GPS定位.采用香港数据,结果表明,该模型可较好地模拟低纬度电离层变化,并可支持GPS厘米级定位精度.     

GPS伪卫星组合定位方法及在变形监测中的应用

针对GPS在城市高楼密集区、深山峡谷等区域所跟踪的可见星数目少且分布不佳导致定位精度下降,以及GPS系统本身在垂直方向定位精度较差的问题,提出GPS伪卫星组合定位新方法,利用伪卫星增强GPS技术提高定位精度。建立了GPS和伪卫星组合定位的观测模型,分析了伪卫星多路径效应的特点,给出了减弱伪卫星多路径误差的有效方法。对某大坝坝区的实测数据进行处理的结果表明,文中所提出的方法能有效地减弱伪卫星多路径效应产生的误差,GPS和伪卫星组合定位方法提高了系统的定位精度,特别是垂直方向的精度。     

基于单应性变换的可见光与毫米波雷达数据标定方法

针对现有的传感器标定方法存在操作步骤繁琐、标定精度低等问题,本文基于雷达扫描平面与地面平行的特点,利用雷达扫描平面和可见光图像平面之间的单应性变换关系,提出了一种基于单应性变换的毫米波雷达与可见光传感器标定方法。首先,在标定场中放置六块金属面板,同时获取标定场中金属面板的毫米波雷达数据与可见光图像,基于点对齐方法获取六组毫米波雷达与可见光对齐目标点集;然后,采用线性最小二乘法计算出雷达扫描平面坐标系与可见光图像平面坐标系之间转换的单应性矩阵;最后,利用单应性矩阵将毫米波雷达目标投射到可见光图像上,完成毫米波雷达与可见光传感器的数据标定。实验结果,验证了本文算法的可行性,能够准确的计算出标定矩阵并稳定的将雷达目标数据标定到可见光图像上,有效提高传感器标定的效率与精度。     

低空突防用数字地图信息的融合处理

数字地图是自主式ＧＰＳ／ＭＡＰ地形跟踪／地形回避、威胁回避（ＴＦ／ＴＡ＾２）低空突防系统中实时航迹优化的主要信息来源。为简化实时透迹优化算法，减少机载数字地图的存储空间，文中提出了一种把威胁等效为地形的方法，并在此基础上进行了低空突防用数字地图的地形、地物和威胁信息的融合，得到了一种综合地形高程数据。在此综合地形高程数据上，只需采用地形跟踪／地形回避（ＴＦ／ＴＡ）最优航迹算法，便既可实现地形回避，     

基于小波变换的数字地图数据压缩技术研究

针对数字地图数据的特点 ,提出了一种基于小波变换的数字地图压缩方法。文中主要研究了小波滤波器的选取、标量量化、自适应算术编码、压缩文件存储格式等问题 ,并就在给定精度要求的前提下如何获得最大压缩比的问题进行了深入研究。文末应用该方法对 5种不同类型的数字地图数据进行了压缩与解压缩测试。结果表明 ,该方法与其他方法相比较 ,能够在相同失真的情况下产生更大的压缩比。     

基于数字地图预处理的实时航迹规划

地形跟随／地形回避，威胁回避（TF／TA2）实时航迹规划是自主式TF／TA2低空突防系统的关键技术之一，本文在数字地图预处理技术的基础上，提出了完全曲面的概念，从而使三维最优航迹规划转化为在安全曲面上的二维规划，降低民规划维数，减少了存储量和计算量，提高了实时航迹规划的速度，使之更适于在机载条件下实现，文中同时提出了对未预知崦由机载传感器实测到的障碍和威胁的处理方法，使最优航迹能有效地回避这些障碍和威胁，仿真结果表明，文中所提出的实时航迹规划算法是有效的。     

GPS／MAP实现智能低空突防

低空突防在现代战争中起着十分重要的作用，并向着智能和自主式的方向发展，本文研究了采用全球定位系统（ＧＰＳ）和电子数字地图（ＭＡＰ）实现智能低空突防的几个关键问题。文中首先研究了智能低空突防的定义，给出了采用ＧＰＳ和ＭＡＰ实现智能低突防的总体方案和工作原理，其次研究了电子数字地图的设计，包括电子数字地图的功能设计，数据库设计及软，硬件设计要求等。再次，研究了ＭＡＰ与ＧＰＳ及自动飞行控制系统（ＡＦＣＳ     

移动机器人铣削制孔系统基准检测

结合航空大部件的数字化对接装配需求,设计了一套用于对接面铣削制孔的移动机器人加工系统,并提出具体的加工工艺流程。研究了基于激光轮廓扫描仪的大量散乱点云数据的预处理算法,提出基于栅格法和迭代拟合法的对接面特征提取算法。针对移动机器人加工系统在大场景下的高精度定位问题,提出基于扫描线法和最小二乘法原理的对接基准孔坐标找正算法。通过产品的加工实验验证,对接面铣削和制孔精度满足系统要求的各项技术指标,证明了本文提出的移动机器人铣削制孔系统的装配对接面加工方法能够精确地完成大部件数字化装配任务,对提高装配质量和效率具有重要意义。     

城市多功能车辆导航监控系统

针对智能运输系统对车辆导航定位和综合信息采集的要求,提出了一种集成高精度车辆导航系统和车载"黑匣子"的多功能车辆导航监控系统.首先分析了该多功能系统的结构和原理,进而研究融合"蓝牙"路标辅助车辆定位的GPS/DR/MM/BB组合高精度导航定位方案和GPS/DR最优卡尔曼滤波组合算法.大量的实际跑车试验结果表明该系统方案是可行的.它不仅能够进行高精度的导航定位,同时有效地实现了"黑匣子"行驶记录功能.     

用正则化方法快速求解中长基线网络RTK模糊度

提出了采用选权拟和的正则化新方法，利用参考站坐标准确已知的条件作为约束，设计出正则化矩阵，使法矩阵的病态性得到了改善，只用几个历元的数据求解，能较准确得到模糊度的浮点解，在此基础上结合LAMBDA方法可以快速地确定整周模糊度。以4条中长基线的实测数据为例，新方法用3个历元的单频L1数据就能求解出整周模糊度，且成功率为100％。与现有方法相比，新方法可采用单频GPS数据实现中长基线GPS网络RTK的整数模糊度快速解算。     

GPS／捷联惯性组合导航的半物理仿真算法

讨论了ＧＰＳ／捷联惯性组合导航的原理和特点，针对其理论仿真和工程实现中的衔接问题，提出了一种半物理算法，该算法既继承了理论仿真方便，直接的优点，又充分利用的实测数据，可脱离实时环境对各种结构和参数进行设计和调试，一旦系统调试成功，就可以将全套核心软件直接转移到导航计算机中，因此本算法具有简便，经济，省时，可操作性和可比较性强等优点。本文给出了半物理算法的原理和方案，讨论了组合卡尔曼滤波器的设计和Ｇ     

基于粒子滤波和似然比的接收机自主完好性监测算法

由于粒子滤波算法在处理非线性系统非高斯噪声问题具有较大的优势,提出将粒子滤波算法与对数似然比方法有机结合应用于接收机自主完好性监测(Receiver autonomous integrity monitoring,RAIM)中。通过粒子滤波算法对状态进行精确估计,利用对数似然比建立一致性检验统计量进行故障检测。在建立全量累加对数似然比和部分累加对数似然比检验统计值的基础上,通过比较系统各状态累加对数似然比和检测阈值之间的关系,进而对卫星故障进行检测。对算法进行了数学建模,描述了RAIM算法流程。通过实测数据对提出的RAIM算法进行验证,结果表明:粒子滤波在非高斯测量噪声情况下可以对GPS接收机状态进行精确的估计,利用对数似然比建立的一致性检验统计量能有效地检测并隔离故障卫星,验证了该算法应用于接收机自主完好性监测的可行性和有效性。     

发射系下SINS/GPS/CNS组合导航系统联邦粒子滤波算法

传统的扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman filter, EKF)算法应用于未来高超、空天飞行器的组合导航系统时,因其模型线性化展开会导致模型不准确,从而引起导航精度下降;采用蒙特卡洛方法来实现递推贝叶斯估计问题的粒子滤波(Particle filter,PF)算法能有效避免引入线性化误差,具有一定的优势。据此,针对高超、空天飞行器在发射过程中通常需要直接获得发射惯性系下的高精度导航参数的需求,提高发射惯性系下弹载组合导航系统滤波算法的精确性就尤为重要,PF滤波算法无需对非线性系统进行线性化展开即可直接实现对非线性系统的状态误差估计。为此,本文将PF滤波算法引入空天飞行器SINS/GPS/CNS多信息融合组合导航系统,设计了发射系下基于联邦滤波器的PF滤波算法,实现了对组合导航系统状态参数的直接建模估计。算法仿真结果表明,相较于发射系下SINS/GPS/CNS组合导航系统联邦EKF滤波算法,PF滤波算法有效提高了组合导航系统滤波精度。