靶场GNSS增强、监测与评估系统建设构想

针对靶场GNSS（全球导航卫星系统）增强、监测与评估的测量精度和可靠性保障、异常分析和电磁环境监测等复杂技术需求,明确了靶场GNSS增强、监测与评估的概念,分析了各类方法的特点,确定了以大范围基准站网为主干,采用广域差分增强和地面完好性通道监测满足提高测量精度和可靠性主要需求,采用车载信号监测和干扰监测一体化系统满足不同区域间发的异常分析和电磁环境监测需求的技术路线.设计了系统体系架构,重点分析了系统实时工作模式和数据处理流程,为系统建设提供了有益的参考.     

一种考虑传感器位置误差的改进源定位算法

在无线传感器网络的定位问题中,通过移动目标与传感器之间的到达时差(TDOA)与到达频差(FDOA)测量量可以估计目标的位置和速度。但是,当传感器自身信息存在误差时,传统的定位方法将失去精确的定位效果。针对带有传感器误差的源定位问题,基于极大似然(ML)法获取一个封闭的近似解。提出了一种改进的近似极大似然(AML)算法,更新带有传感器误差的代价函数,不仅能实现实时定位,而且保证全局收敛。仿真结果表明,本文算法在存在传感器误差场景下依然可以达到克拉美-罗下限(CRLB),比已有的改进两步加权最小二乘(2-step WLS)法更有效。     

改进的Chan-粒子滤波算法超宽带室内三维定位

针对超宽带室内定位时容易受到非视距误差的影响，导致定位精度大大下降，甚至无法准确定位的问题，提出了一种融合粒子滤波的改进Chan定位新方法。首先，在Chan定位方法中引入模拟退火算法，对到达时间差（TDOA）算法的测量值进行优化，获得初步定位的最优解；然后，采用粒子滤波对测量值进行再次优化，粒子重采样后得到的中心位置即为目标节点的精确位置。仿真和实验结果均表明，该算法能有效提高在非视距环境下超宽带室内定位的精度，较好地消除非视距误差的干扰。     

ATS自动检靶系统的数学处理方法

本文讨论了武器试验中自动记录弹丸立靶弹着点坐标的自动检靶系统的数学处理方法，定位原理是通过测量超声速弹丸的脱体激波实现的，文中考虑了诸如风速，气温、激波强度和弹丸入射角等影响因素，最后给出了一些试验结果。     

基于CDMA蜂窝网的飞行器三维定位算法

 针对中低空飞行器提出了一种将码分多址(CDMA)蜂窝网导频信号被动定位与惯性导航系统进行组合的导航定位方法。该定位方法是根据CDMA蜂窝网导频信号的到达时差（TDOA）进行两次加权最小二乘解算，并利用飞行器惯性组合的原始信息进行解模糊，从而实现中低空飞行器的三维实时定位。蒙特卡罗仿真证明：在高斯白噪声条件下，该算法运算速度快，精度高，其均方误差逼近克拉美罗下界（CRLB），为组合导航实时性要求提供了理论参考。     

飞行试验弹道重建技术

中远程弹道导弹飞行试验受多种因素的制约,其靶场飞行试验次数有限,且很难进行全程飞行试验,如何将飞行试验落点向全程飞行试验落点的折合,是命中精度指标评定中需重点解决的问题。采用飞行试验弹道重建技术,辨识出影响飞行试验弹道和落点偏差的主要内外干扰项,实现制导工具误差、制导方法误差及非制导误差向全程弹道的折合,工程实践表明是一种较好的方法。     

增广状态反馈在雷达伺服控制系统中的设计实现

在航路捷径附近,靶场单脉冲测量雷达的伺服控制器使用传统PID（比例积分微分）角误差控制方法跟踪飞行目标时,会产生较大的动态滞后误差。针对这种情况,提出采用带状态观测的增广状态反馈控制方法,通过实时观测系统内部状态信息（状态变量）并及时根据状态进行系统调节的控制方式,可以实现对高速目标的快速稳定跟踪。经过仿真和系统试验,证明这种控制方法可以较大地提高系统的动态响应速度并减小航路捷径附近的动态滞后误差。     

一种新的基于TDOA与GROA的无源定位算法

针对基于到达时间差(TDOA)与到达增益比(GROA)的辐射源无源定位问题,提出了一种新的定位算法。首先通过引入一个中间变量,根据TDOA和GROA测量模型,构造一个约束加权最小二乘(CWLS)估计。由于这个CWLS问题是非凸的优化问题,现有的方法不能很好地求解。为此,提出了一种有效的方法可以求解到其全局最优解。最后,所提算法被推广到观测站存在自定位误差时的定位求解。计算机仿真结果验证了所提算法能够获得优于传统两步加权最小二乘法(2WLS)的定位性能,能够在更大的噪声条件下达到克拉美罗下界(CRLB)。     

机场助航灯光光强动态检测系统

提出了一种机场助航灯光光强动态检测方法，该方法可以替代原有的人工巡检方式，实现快速、准确的在线检测灯光强度，发现灯光故障，保证飞机安全起降与滑行。系统采用安装在车体上的经余弦校正和v（λ）校正的条形照度传感带在水平面内动态扫描助航灯光发光截面，利用车载多普勒测距雷达测量距离，计算相应的光强值，并进而获得等光强图。为了保证系统的可靠性和测量精度，系统中采用了视频导航系统来保证检测车沿助航灯光中心线行驶，利用灯光定位传感器来消除测距雷达测量距离的累积误差。试验表明了该方法的可行性和检测精度。     

利用GPS遥控链路的天基停飞系统

本文研究了利用Ｌ波段遥控专利方案实现基于ＧＰＳ靶场的真正综合式靶场测量系统必须解决的问题。着重讨论硬件及从单音调制遥控系统变换成采用加密和扩频的数字系统需解决的问题。还将谈到将该系统纳入美国空军靶场标准化和自动化（ＲＡＳ）结构作为一种可能的ＧＰＳ靶场方案所需费用和时间安排的一些想法，并讨论如果采用该方法将带来比现用系统的优越之处。     

用差分法处理相关性测量数据方法探讨

当测量参数（或称测量元素）具有强相关性时,运用测量求差法解算测量结果,能消除相关性误差因素的影响,获得高精度测量结果,如电影望远镜同帧画幅测量脱靶量.基于此,运用测量方法和数学手段构建一个虚拟的元素相关测量系统,以消除相关性误差因素的影响,同样能获得理想结果.用多台测速雷达组成的系统,可使火炮弹丸空间坐标的测量精度达到毫米量级,从而满足多种火炮立靶密集度的测量精度要求.     

多测速系统中系统误差实时估计与校准算法

在实际目标跟踪系统中,测量设备都存在系统误差,会导致跟踪滤波精度显著下降。针对多测速系统,对其测速系统误差进行了简化数学建模;然后将其增广为状态变量,应用扩维无迹卡尔曼滤波对目标运动状态和系统误差进行联合估计,以实时校准系统误差、提高状态估计精度。在存在主副站2类系统误差的条件下,设定恒定和线性时变2类系统误差场景,对算法进行仿真分析。仿真结果表明,算法在2类系统误差情形下都能有效校准系统误差,位置、速度滤波精度可提高80%以上;尤其是当系统误差恒定时,算法可完全消除系统误差的影响。     

In-Flight Mass Measurement of Small Fragments and Projectiles

Penetration and cratering studies at hypervelocities make use, primarily, of light gas guns and explosive devices to accelerate projectiles for the impact study. The highest velocities achievable to date with other than micron-sized projectiles are obtained from explosive accelerators (shaped charge) or modified light gas guns incorporating a third stage. Such devices produce one or more randomly shaped particles of undetermined mass; and meaningful impact studies at very high velocities require a method of accurate measurement of the mass of a small fragment after acceleration but before impact. An experimental technique for mass measurement, which is simple in concept and operation, has been developed and demonstrated. A high-speed flash X-ray system is used to photograph the projectile or projectiles in flight. A theoretical treatment utilizing the X-ray mass absorption coefficient of the projectile material, and the linearity of the film density as a function of the logarithm of the exposure, is used to demonstrate that the density change over a finite area of the film is directly proportional to the mass in the path of the X-ray beam. The measurement is independent of ``blurring' due to the finite exposure time and tumbling of the projectile. Analysis of the exposed film can be conducted in a few minutes and requires only the measurement of average density at five or six positions on the film. Independent measurements of the masses of all projectiles in the field of view are possible. The demonstrated accuracy of the technique is better than ±5 percent.     

嫦娥三号着陆器统计定位精度分析

“嫦娥三号”将在月球放置着陆器,实现月面软着陆,因此,需要对着陆器进行精确定位.本文简述了月球着陆器的统计定位方法与协方差分析理论,分析了影响统计定位精度的主要误差源.基于现有测控条件,从跟踪弧段和测量数据组合2个方面,对“嫦娥三号”着陆器的定位精度进行了分析.针对短弧条件下单站测距数据定位不稳键的问题,提出了结合月面高程约束的定位方法.协方差分析结果表明：高程数据的使用可以实现单站30 min测距优于1 km的定位精度;当观测数据累积至3d时,单站测量与VLBI（Very Long Baseline Interferometry,甚长基线干涉测量）的不同组合可以实现同等量级、优于百m的定位精度;测量系统差是制约定位精度的主要因素,完全标校测量的系统偏差则能实现10 m左右的定位精度.     

一种适用于曲面结构的机器人制孔误差在线补偿技术

针对工业机器人应用于飞机零部件自动钻孔时各项误差累积造成制孔精度差的问题，提出一种利用单应关系计算机器人驱动坐标三维偏差，以在线补偿机器人制孔精度的方法。首先利用外部测量设备建立机器人制孔系统中各坐标系关系；在标定阶段，通过以一定倾斜角度固联于机器人末端的相机拍摄一幅安装于制孔工作平面上与刀轴正对的平面标定板图像，并据此完成基于单应变换的手-眼关系标定；在实际制孔过程中，机器人在测距传感器及相机的辅助下，从基准孔理论坐标对应的姿态，不断调整至基准孔正上方理想位置，通过手-眼关系计算基准孔实际位置对应的机器人驱动坐标，然后根据一组基准孔的机器人三维驱动误差，计算三维驱动误差变换矩阵，据此获得这组基准孔邻域范围内各待钻孔的机器人驱动坐标补偿量，从而实现待钻孔定位误差补偿。以飞机结构实验件为对象进行了模拟制孔验证，实验结果表明，补偿前待钻孔三维综合定位误差和法向误差测量值范围分别为2.28~2.85 mm和2.09°~3.93°，平均为2.55 mm和3.30°，补偿后制孔最大误差分别不超过0.30 mm和0.21°，满足自动制孔位置精度要求。     

卫星导航接收机自主完好性监测算法研究

针对航空导航定位高可靠性的要求和GPS接收机观测噪声分布的特点,研究将粒子滤波算法应用于接收机自主完好性监测（RUM）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与隔离.对算法进行了数学建模,描述了完整的RAIM算法详细流程.通过实测数据对提出的RAIM算法进行验证,结果表明：粒子滤波算法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GPS接收机自主完好性监测的可行性和有效性.     

北斗二号中AS信号多径抑制方法及性能分析

针对北斗二号系统中AS（Authorized Service,授权服务）采用的BPSK（10）、BOC（14,2）、BOC（15,2.5）信号,研究如何抑制多径效应对AS信号跟踪的影响,提高定位精度.对3种信号的自相关特性及功率谱密度进行比对,并在对基于码跟踪环的EML（Early Minus Late,早减迟）和HRC（High Resolution Correlator,高精度相关器）技术进行分析的基础上,将这2种技术用于北斗二号AS信号的多径抑制.仿真表明：EML和HRC均适用于北斗二号AS信号,采用EML时,对BOC（14,2）、BOC（15,2.5）的多径抑制性能优于对BPSK（10）的;采用HRC时,对BPSK（10）的多径抑制性能优于对BOC（14,2）、BOC（15,2.5）的;对于BPSK（10）,HRC较EML在误差包络面积上多径抑制性能提高约89.7％;对于BOC（14,2）、BOC（15,2.5）,HRC和EML多径抑制性能相当,而EML的计算量相对较小因而整体性能更优;通过减小相关器间隔和增大带宽,可提高多径抑制性能,对BPSK（10）的效果比对BOC（14,2）、BOC（15,2.5）的更为明显.     

嫦娥三号巡视器的惯导与视觉组合定姿定位

针对“嫦娥三号”的“玉兔号”巡视器在月面未知环境中避障与安全行进的要求,分析和阐述了“玉兔号”巡视器在地面遥操作中心的控制下利用惯导和视觉组合进行月面导航与精确定位的实现方法,并结合现有的导航定位研究对“玉兔号”巡视器导航与定位的工程创新性进行了总结,阐明了惯导定位和视觉定位技术在“玉兔号”巡视器月面探测过程中的工程应用特点.最后,通过“玉兔号”巡视器着月点的精确定位实验,验证惯导和视觉相结合的定位方法的有效性,定位精度近似达到总行驶里程的1％,这对“玉兔号”巡视器开展月面探索和准确抵达科学目标位置具有重要作用.     

Detection of Projectiles by Electric Field Measurements

A number of various physical mechanisms cause aircraft, missiles, and projectiles to he electrically charged during free flight. The electric charge is in the 10-6 C range for aircraft and in the 10-10 C range for projectiles. The electric field thus transported provides information by which measuring the position and velocity of a projectile is possible. A measuring device is described to determine the position of a projectile in free flight while it is passing a target plane. The electric field distribution is measured by means of three electrodes in the manner of metal plates which are positioned in the proximity of the trajectory of the projectile. A mathematical formula can be derived to describe the coherence between the values measured of the electric field strength and the coordinates of the projectile. This measuring device consists of the target plane, 1 × 1 m2 in size, and the electric device controlled by a microprocessor. The measuring system has been tested with projectiles of the 4-30 mm caliber range and at velocities within the 50-1100 m/s range. The accuracy of the coordinates measured was found to be ± 7.5 mm.     

Impact point prediction guidance based on iterative process for dual-spin projectile with fixed canards

The fixed canards configuration of a dual-spin projectile makes it difficult to apply the traditional guidance law. In this study, a modified impact point prediction guidance strategy based on an iterative process was developed for a class of dual-spin projectiles with fixed canards, to reduce the impact point dispersion. The guidance strategy is dependent on the modified projectile linear theory to rapidly predict the flight states and the impact point. For projectiles with control applied to the trajectory, the modified projectile linear theory method is known to achieve poor impact point prediction. To improve the prediction accuracy, improvements were made to the modified projectile linear theory by considering the products of the yaw rate and other small quantities. The guidance strategy is based on the iterative process for the continuous adjustment of the expected output of the roll angle of the course correction fuze, to minimize the direction error between the predicted impact point and target location. Studies were conducted on a model dual-spin projectile configuration to demonstrate the guidance details. The numerical simulations indicate that the proposed guidance strategy can effectively reduce the projectile impact point dispersion.