对偶四元数曲线插值算法在编队卫星中的应用(英文)

传统的编队卫星位置和姿态算法是分开处理的。提出一种新的对偶四元数曲线插值算法,将卫星的姿态结合到轨道中去。首先采用曲线插值算法计算主星的运动轨迹,然后建立从星相对于主星的对偶四元数模型来确定从星的相对位置和姿态,将卫星的位置和姿态进行统一处理。与传统的轨道参数法及四元数法进行误差比较,仿真结果表明该方法不但可以实现编队卫星位置和姿态的统一确定,而且可以满足卫星编队的精度要求。     

基于距离和角度信息的无线传感器网络定位算法(英文)

提出一种基于距离和信号到达角信息的无线传感器网络节点自身定位算法.在所有节点的坐标轴方向都是未知的假定下,用信号到达角信息来计算信号到达角度差,然后将定位问题转化为一个凸集优化问题,节点间的几何关系也相应地转化成为线性或二次约束条件.当距离和角度测量值足够精确时,该算法是一个线性规划问题.考虑测量误差时,通过引入辅助变量,该算法可以转化为二次规划问题.通过仿真分析证明了该定位算法的有效性,并对距离和角度误差量对定位精度的影响进行了定量分析.仿真结果表明,在距离和角度误差为5%的时候,该定位算法可以满足定位精度要求.     

一种提高光栅投影测量精度算法的研究

结构光三维测量中由于投影仪Gamma效应和倾斜投射时的周期展宽导致光栅条纹非正弦化,对测量结果造成比较明显的影响。文章通过实验分析了非正弦化的光栅条纹相位特征,在此基础上提出了一种基于Look-up table(LUT)的相位误差补偿算法。通过理想连续相位与实测参考面连续相位的比较,得到相位误差查找表,再通过物体表面的相位值在LUT中找到相应的相位误差,对相位进行误差补偿。该算法在有效地消除了CCD的非线性效应和投影仪的Gamma效应带来的误差的同时,也校正了周期展宽的问题。实验证明,该方法有效地减小了相位误差,从而提高了测量精度。     

基于移动最小二乘法的应变测量数据场重构方法

基于移动最小二乘法，提出了一种应变测量数据场重构的方法。该方法将受轴压铝制圆筒的应变测量数据与相应的理论结果进行比较，筛选出了有效的应变测量数据。通过计算有效测点之间距离和采用冒泡排序法确定这些距离顺序的方式，高效简便地计算了各个有效测点的支撑域半径。根据获得的有效应变测量数据和计算得到的移动最小二乘形函数，重构出了重构区域三维表面各个节点的应变值，并且绘制出了相应的应变云图。数值计算结果验证了本文方法的合理性、精确性和高效性。     

基于人工拉格朗日点太阳帆的导航卫星自主定轨技术

为提高导航星座的自主导航能力,提出一种基于人工拉格朗日点太阳帆的导航卫星自主定轨方法。在导航卫星星间测距的基础上,利用太阳帆提供的空间实时位置信息,来消除导航星座的整体旋转和漂移对自主定轨的影响。选用第一类无奇点根数作为状态变量,利用EKF滤波器融合卫星动力学信息及两类测距信息进行自主定轨。利用GPS导航星座的IGS精密星历进行了仿真试验,仿真结果表明了该方法不仅能够保证导航卫星自主定轨的长期稳定性,且与结合星间测距和星间测向的自主定轨方法相比,定轨精度更高。     

开口风洞声阵列测量的剪切层修正方法

开口风洞中的相位传声器阵列测量，必须进行剪切层修正才能得到真实的噪声源位置信息。在0.55m×0.40m声学风洞中开展了剪切层修正的实验研究，得到了不同风速条件下的剪切层速度剖面、声波传播延迟时间和声源定位的结果。根据实验结果，对剪切层速度剖面的Gortler理论解进行了验证，并对比分析了4种剪切层修正方法。研究结果表明:选择自相似参数σ=9，ξ₀=0.2时剪切层速度剖面测量值与理论值符合较好；剪切层厚度与轴向距离的关系为y=0.15x；马赫数Ma≤0.3、测量角θ_m在40°~140°范围内，不同剪切层修正方法对声波延迟时间计算结果的相对误差在1%以内。提出了射线追踪快速计算方法，该方法较常规射线追踪法的计算速度可提高2个数量级，从而使其适用于声阵列在线测量。     

基于脊波变换的三维工业CT图像空间距离测量

工业CT是一种应用广泛的射线无损检测技术,工业CT三维图像的测量是其中重要的组成部分。本文利用脊波变换,初步实现了三维工业CT图像的空间距离测量。首先对三维图像进行三维Radon变换,得到投影值构成的二维图像(称为投影值图像)。然后在待测量位置画一条直线,对直线上的灰度值进行小波变换。根据变换后的小波系数确定投影值图像的边缘位置,从而求出三维图像内两点的距离。仿真实验表明:采用本文的脊波方法测量三维工业CT图像的两点空间距离可达到较高精度。     

距离多普勒成像和多散射点定位

距离多普勒雷达成像系统的基本任务是利用雷达回波信号的距离和多普勒信息重构目标反射率的空间分布。本文把用逆合成孔径雷达对运动目标进行距离多普勒成像当作多散射点定位问题来研究,把成像雷达信号处理的两个关键,运动补偿和成像作为最大似然估计问题一起求解。原则上需进行多维搜索,一般情况下,目标上散射点的个数、位置以及目标的轨道运动都先验未知,这种求解的计算量极大。在若干合理的假设成立时,可引入DFT,免去估计散射点个数和位置,大大减少搜索维数,并可利用FFT,从而大大提高计算效率。这样做的代价是最终的成像质量有所下降。当目标轨道运动模型可用二次的距离时间函数描述时,只需进行二维搜索,文中导出了进一步简化的相位补偿和成像算法,并给出了计算机模拟结果。     

阵风发生装置流场测量与分析

以小型阵风发生装置为研究对象,采用二维热线风速仪,测量了不同工况下的阵风装置流场参数,给出了二维热线仪测量方案和在线角度修正方法,以及阵风幅值和波形稳定性计算方法。结果表明:采用风洞在线角度修正,可以提高二维热线的犢向测量精度和测试效率;采用波形相位分析方法,可以满足阵风发生器产生的周期性波形的幅值和流场脉动量分析;阵风幅值与4~15Hz 的叶栅摆动频率、8°~30°的叶栅摆动角度、50~100mm 的叶栅弦长成正比关系;阵风波形的不稳定性(等相位速度脉动量)与叶栅摆动角度、来流速度有一定的线性关系,在本试验范围内随叶栅摆动角度、来流速度的增加而增加,同时,适当的叶栅摆动频率可以降低叶栅的波形不稳定性。研究结论对阵风发生装置研制及其流场测量具有一定的参考意义。     

伪距差分GPS的一种改进方法(英文)

在采用伪距差分的全球定位系统(GPS)中,分析了电离层时延校正不完善而产生电离层时延伪距残差的原因,指出了差分参考站和用户相对于导航卫星位置不同,引起了电波穿越电离层处的垂直TEC和角度不同是产生这种残差的主要原因,提出了一种改进的伪距差分算法,并且用计算机仿真验证了其改进的效果.     

基于图像位移的低轨卫星自主导航技术

利用高速相机测得的地面图形相对卫星的位移,结合星敏感器测得的姿态信息,基于卫星相对地面的速度是一个非线性变化过程这一事实,实现低轨卫星的自主导航.相对于传统的陆标识别自主导航,该方法不需识别地面物体或景象,只需利用图像之间的位移关系,经相关性分析后,便可获得卫星相对于地面的速度信息.因此,不需要存储地面物体或景象的先验信息,故减轻了存储负担.文中还构建了系统的状态方程和量测方程,采用卡尔曼滤波器进行信息滤波.仿真分析显示,该系统具有较好的自主导航精度,可以应用于低轨卫星的自主导航.     

GPS导航定位中周跳探测和修复方法

提出了一种基于双频观测数据的单历元周跳探测和修复方法.该方法分三步实现:(1)将上一历元的模糊度代入当前历元的观测方程,消去模糊度参数;(2)利用拟准检定法检测当前历元是否有异常观测,若有,则判断出发生周跳的卫星;(3)利用LAMBDA方法计算出周跳,与前一历元的模糊度相加,即为当前历元的模糊度.该方法能准确判定出异常观测,即发生周跳的卫星.文中算例与其他方法作了比较,结果验证该方案是可行性的.     

中国区域卫星导航系统星座的方案探讨

首先简要介绍了欧洲、日本发展卫星定位导航系统的情况。阐述了我国第二代区域卫星导航系统的必要性。指出了采用因轨道同步卫星和静止星的星座方案的优缺点。用计算机仿真详细研究了倾斜椭圆轨道同步卫星的轨道参数与定位性能关系。设计了一个静止卫星和椭圆同步卫星组成的7星星座，并且评估了该星座在我国及周边地区的性能。仿真计算表明，这种星座能够满足现阶段我国区域导航系统需要。     

圆轨道同步卫星在区域导航系统中应用研究

阐述了我国建立第二代卫星导航系统的必要性和区域性卫星导航系统的特点，进一步研究了倾斜圆轨道同步卫星在区域导航系统中的应用，最后设计了一种静止卫星和倾斜圆轨道同步卫星相结合的星座,并且初步研究了它的性能，通过仿真教育处表明，实现区域卫星导航系统是可行的。     

分布式卡尔曼滤波器在GPS/INS组合导航系统中的应用研究

本文研究了分布式卡尔曼滤波器在GPS/INS组合导航系统中的应用。给出了系统的结构框图和动态方程,设计一个分布式卡尔曼滤波器,并进行了计算机误差模拟分析。结果表明;采用分布式卡尔曼滤波器的组合系统可减少计算时间,且导航位置误差小于15m。     

应用于海事上的便携式北斗报警终端设计

针对海洋环境复杂多变,没有手机等无线通信网络的特点,为了及时准确的报警,结合北斗一代卫星通信短报文的独特功能,设计了一款体积小、重量轻的北斗报警终端,主要应用于海事活动中的应急报警,可随身携带,配备到每个船员。终端采用业界体积最小的北斗通信四合一模块BGM7014,通过单片机控制,实现了遇险后,可主动申请定位,并把遇险信息和位置信息发射出去。经测试表明,终端可以实现遇险报警功能,且定位通信成功率均在95%以上。     

基于最小偏度采样的卫星自主导航SRUKF算法

针对航天器自主导航系统对可靠性、精确性和实时性的要求,将最小偏度采样策略和平方根Unscented卡尔曼滤波(SRUKF)算法相结合,提出了一种改进型SRUKF算法,该算法在保证滤波精度和标准Unscented卡尔曼滤波(UKF)算法相当的条件下,通过引入最小偏度采样减少了采样点数,提高了计算速度,以协方差阵的平方根代替协方差阵参加递推运算,减少了计算机舍入误差.将该算法应用于磁强计/雷达高度计组合导航系统中,仿真结果表明:该算法保证了估计精度,较大地减轻了计算负担,具有算法简单、计算效率较高的特点,能够满足卫星自主导航系统的要求.     

A Generic Plug-and-Play Navigation Fusion Strategy for Land Vehicles in GNSS-Denied Environment

Achieving accurate navigation information by integrating multiple sensors is key to the safe operation of land vehicles in global navigation satellite system(GNSS)-denied environment. However,current multi-sensor fusion methods are based on stovepipe architecture,which is optimized with custom fusion strategy for specific sensors. Seeking to develop adaptable navigation that allows rapid integration of any combination of sensors to obtain robust and high-precision navigation solutions in GNSS-denied environment,we propose a generic plug-and-play fusion strategy to estimate land vehicle states. The proposed strategy can handle different sensors in a plug-and-play manner as sensors are abstracted and represented by generic models,which allows rapid reconfiguration whenever a sensor signal is additional or lost during operation. Relative estimations are fused with absolute sensors based on improved factor graph,which includes sensors' error parameters in the non-linear optimization process to conduct sensor online calibration. We evaluate the performance of our approach using a land vehicle equipped with a global positioning system(GPS) receiver as well as inertial measurement unit(IMU),camera,wireless sensor and odometer. GPS is not integrated into the system but treated as ground truth. Results are compared with the most common filtering-based fusion algorithm. It shows that our strategy can process low-quality input sources in a plug-and-play and robust manner and its performance outperforms filtering-based method in GNSS-denied environment.