新型微光机电系统惯性测量技术研究进展

微惯性测量单元(MIMU)是惯性导航系统(INS)的核心组件，亦是构建微定位导航授时（μ-PNT）系统的重要组成部分。当前成熟的微惯性测量单元主要基于微机电系统（MEMS）实现，其性能逐渐难以满足新型无人驾驶车、无人飞行器以及制导弹药、航空航天器等军民用领域对高精确惯性导航的需求。近年来,各种新型微惯性测量技术相继被提出，以期望突破微惯性测量单元的性能与尺寸、质量、功耗（SWaP）之间相互制约的关键技术难题。系统总结了近年来国内外在常规MEMS惯性测量技术以及新型微光机电系统（MOEMS）惯性测量、微腔光力惯性测量、量子精密测量等几类新型惯性测量技术方面的研究进展，展望了未来新型高精度惯性测量技术的发展趋势，并提出了一种基于腔光力系统的量子增强型惯性测量技术构想。     

用于量子保密通信系统的偏振控制算法研究

量子保密通信是近年来逐渐发展成熟的一种新型保密通信机制,其安全性建立在量子力学基本原理上,被证明具有信息论条件下的绝对安全性。偏振编码光纤量子保密通信系统使用光子的偏振态进行信息编码。当环境变化时,光纤传输特性的改变将导致光子偏振态变化。因此,光子偏振态的补偿控制是光纤量子保密通信系统的一项关键技术,能否快速、准确的对偏振态进行补偿将直接影响系统的通信性能。本文提出一种基于光纤偏振控制器和扫描控制算法的偏振补偿方案。该方案通过控制光纤偏振控制器的电压大小,将量子误码率最小化,实现偏振光的补偿控制,满足量子通信系统自动控制的要求。     

基于量子框架的齿轮倒角机控制系统设计与研究

为提高齿轮倒角过程的自动化程度和软件框架结构的复用率,基于层次状态机理论、量子框架理论和嵌入式系统实现技术,提出一种数控齿轮倒角机控制系统的设计方法。该系统硬件部分主要包含工业控制计算机、固高GTS系列八轴运动卡,搭建一套用于齿轮倒角加工的开放式数控系统。软件部分介绍了量子框架的相关内容,给出了量子框架的组织结构和齿轮倒角数控系统的体系图。最后开发出能够对倒角机进行逻辑控制的加工软件。经测试表明,由量子框架技术设计的齿轮倒角数控系统具有更高的的可靠性,同时降低了控制系统软件的开发设计难度。     

基于DDS+PLL的光源调制与功率稳定控制方法CSCD

量子传感器是基于量子操控技术的研究成果,一般具有高精度、小体积等优势。激光器是量子传感器的核心部件,有抽运和检测功能,激光器的稳定性对量子传感器具有重要的意义。提出了一种直接数字合成法(DDS)与锁相回路(PLL)相结合的方法,对激光器进行调制并抑制调制噪声,实现了激光器的稳定输出。基于现有小型量子传感器装置,在DDS生成4kHz参考信号的情况下实现了激光器电流8kHz调制,抑制了调制时调制电流信号噪声约8dB,并提高了激光器输出光功率的稳定性。     

量子遗传算法在航空发动机PID控制中的应用

分析研究了量子遗传算法(Quantum Genetic A lgorithm-QGA)的原理及其优势,将有指导的群体灾变及多宇宙并行演化策略引入量子遗传算法,改善其收敛性。以理想二阶系统为参考模型,实际系统响应曲线与参考模型响应曲线误差积分为目标函数,使用量子遗传算法进行发动机PID控制器参数优化并进行了数字仿真。仿真结果表明,量子遗传算法具有较好的全局收敛能力,应用于PID控制器控制参数优化后,控制器的控制效果良好,其在发动机控制系统中有较高的应用价值。     

近地航天器量子导航定位卡尔曼滤波算法研究

针对近地航天器量子导航定位系统,为了进一步提高其定位精度,利用滤波技术将QPS测量值结合航天器的运动模型进行状态量的滤波估计.给出了基于基线干涉原理的量子定位系统观测方程和以二体运动为主的航天器轨道运动模型,在此基础上详细推导了扩展卡尔曼滤波处理过程,并针对该模型进行了仿真.仿真结果表明,基于EKF的量子导航定位精度有明显提高.     

量子计算及其在空气动力学中的应用前景综述

量子计算是最重要的后摩尔计算技术之一，拥有经典计算机无可比拟的超强计算能力，未来能够对各行业应用产生颠覆性的影响。针对量子计算给空气动力学带来的机遇和挑战，详细综述了量子计算机、量子算法、量子底层软件栈等方面的研究进展。结合空气动力学领域常用的基础方法，在综述量子计算线性方程组求解、插值操作、数值积分、优化搜索等最新进展的基础上，结合典型量子算法深入分析了量子计算在空气动力学领域的应用前景，并指出了需要重点关注的研究方向。     

基于容迟网络路由的航天测控网量子密钥分配

为提高航天测控网通信的安全性,本文将量子密钥分配技术应用于分布式航天测控网,并采用容迟网络路由策略来传递量子密钥。首先在地面站和航天器之间建立量子密钥分配系统,生成并共享密钥;随后以行进中的航天器为中介,逐段加密传送密钥;最终可使两个地面站共享量子密钥,保证信息传输的绝对安全。考虑到容迟网络的特点,本文对传染病路由算法进行改进,并应用于密钥传递过程。仿真结果表明,上述密钥分配机制可有效提高航天测控网通信的性能。     

空间平台量子密钥纠错处理研究

空地量子通信受诸多因素的影响,量子密钥的原始码存在一定的误码率,需要通过空间平台与和地面之间的双向数据交互对错误的密钥进行纠正。受空间平台硬件设备限制,数据的传输速度、存储空间以及处理能力等均有限,对空间平台量子纠错算法提出了更高的要求。为此给出了一种适合空间平台环境的基于汉明码的Winnow纠错算法,这种纠错处理算法不仅容易实现,而且在空间平台资源受限的情况下可以兼顾运算效率和纠错效率。     

量子重力梯度仪研究进展

重力梯度是重力位的二阶微分,对地球密度扰动具有更高的分辨率,能够更加精细、全面地反映重力位在空间上的变化。高精度重力梯度测量在地质调查、地球重力场测绘、惯性导航以及基础科学研究等方面发挥着重要作用。量子重力梯度仪是近年来快速发展的一种基于激光操控原子技术的新型高精度重力梯度测量设备,具有测量精度高、长期稳定性好等特点,尤其是对振动噪声具有良好的抑制效果。目前,量子重力梯度仪的最佳灵敏度可达4E/√Hz,与最先进的旋转加速度计式重力梯度仪灵敏度3E/√Hz的水平相当。本文介绍了量子重力梯度仪的基本原理和应用,并分析了其国内外研究现状,最后讨论了目前限制量子重力梯度仪灵敏度的主要因素以及未来发展方向。     

用于定位导航授时微终端的SoC系统设计

为了解决遮挡情况下的实时定位问题，美国提出了Micro-PNT方案，我国也提出了定位导航授时微终端(Micro Positioning Navigation and Timing Terminal，MPNTT)方案。定位导航授时微终端集成了卫星导航系统、微惯性测量单元、微型原子钟及处理器系统，可为终端用户提供精确可用、完好及时、连续安全的定位导航服务。介绍了一种用于定位导航授时微终端的SoC系统设计，其包括了基于SoC FPGA的硬件设计和基于GNSS/MIMU的组合导航滤波算法。SoC系统集成了FLASH、SSRAM等存储芯片，通过RS422、RS232、CAN等通信接口接收GNSS、MIMU及外源传感器信息，并在ARM核中完成组合导航算法，以得到导航结果。SoC芯片单片实现了ARM与FPGA的功能，系统集成面积满足小型化需求，为后续移植为ASIC芯片提供了基础。对组合导航滤波算法进行嵌入式软件移植并测试，结果表明：SoC系统单次惯导解算时间为7ms，实测与仿真输出的导航位置差距在0.05m以内，俯仰角差和横滚角差在0.005°以内，航向角差在0.05°以内。本文设计的SoC系统高精度、集成化、可扩展，满足了微终端的要求。     

惯性/里程计组合导航技术在管道定位中的应用

石油天然气管道担负着油气传输的重任, 定期对传输管道检测能使其安 全、高效地运行。为此设计了管道导航定位系统,用于对管道探伤位置的精确定位。管 道导航定位系统主要由激光捷联惯性导航系统与里程计组成,搭载在管道检测设备中。 通过测量、存储检测过程中的传感器信息,在检测结束后离线处理数据,得到管道导航 定位信息。通过对惯性/里程计分别进行误差分析与建模, 搭建了组合导航系统卡尔曼 滤波器模型, 进行了跑车试验与实际管道定位试验。试验结果表明该惯性/里程计组合 导航管道定位精度满足管道高精度定位要求。     

基于GNSS接收机导航定位数据的 定位产品检测理论研究

随着GNSS全球导航卫星系统的发展,特别是随着北斗卫星导航系统的正式运行及完善,导航定位产品由支持单模GPS向支持双模或多模发展,但是导航定位数据格式并未统一,主要是根据NMEA-0183为主修改。针对相关标准及产品数据进行理论性研究并给出相应测试的依据。     

惯性+星光折射定位组合导航技术研究

由于现有惯性器件精度水平有限,纯惯性导航误差较大,因此需要采用组合导航的方式来提高导航精度。目前,全自主组合导航方式中传统的惯性+星光定姿组合导航方法只能实现定姿,不能实现定位,无法修正加速度表测量误差引起的惯性导航误差,故在精度上可提升空间有限。为此,提出了一种惯性+星光折射定位组合导航方法,重点从星光折射定位原理、大气折射模型、非线性滤波和选星策略几个方面进行论证及分析。通过理论分析与数学仿真相结合的手段,验证了星光折射定位原理的正确性及工程可行性,可将自主导航精度提升至100m,从而为进一步提高自主导航精度提供了一种技术途径。     

低轨导航星座增强BDS精密单点定位技术验证CSCD

首先介绍了低轨增强北斗精密单点定位(PPP)的观测模型、参数估计与数据处理策略。然后对低轨导航增强仿真验证系统及误差仿真配置进行了说明,基于验证系统仿真了全球20个监测站的北斗及低轨导航数据,并通过单北斗及低轨增强北斗静态PPP试验,给出了低轨增强北斗的高精度定位测试评估结果。结果表明,加入150颗低轨卫星观测量后,20个测站PPP精度收敛到10cm之内只需约1min;低轨增强北斗实现静态收敛后,定位精度东方向均值为1.5cm,北方向均值为0.3cm,高程方向均值为2.2cm。相较于北斗单独精密定位,20个监测站收敛后组合定位精度从5cm左右提升到3cm左右。加入低轨卫星可大大加快PPP收敛速度,提升定位精度,验证了低轨卫星在增强PPP精度和收敛速度上的优越性,同时仿真验证系统可支持全链路闭环仿真验证。     

基于北斗导航定位系统改进技术的定位误差仿真和分析研究

对北斗导航定位系统、使用三星定位技术及伪卫星技术的定位误差进行了仿真分析.通过仿真和分析表明,三星定位技术虽然解决了原有系统的缺陷,但存在定位精度的问题;而伪卫星技术不仅解决了原有系统的缺陷,同时提高了定位精度.     

测绘导航高精度定位关键技术及应用

人工智能(AI)、卫星导航及室内定位三大技术的快速发展持续推动测绘科技向智能化、学科交叉、信息融合的方向发展。指出了装备虚拟化与数据处理多样化将成为测绘导航的基本形态，拓展了测绘学科的内涵与外延。智能滤波是未来测绘导航定位理论发展的重要方向，AI芯片将成为测绘导航装备的关键部件，从而提高滤波效率与产品的实用性。给出了车载导航模组研制的技术流程，提出了模组原始信息同步采集与延时补偿、自适应定位算法及嵌入式固件时间分片优化等关键技术，研制了覆盖分米、厘米及毫米级定位精度的无缝组网定位、车载导航及变形监测模组，并研发了相应的终端系统，针对相应的应用领域，给出了各自应用的解决方案，以及具体的应用案例。     

卫星导航定位方程的病态条件

定位精度因子(PDOP)上限取值是导航星座设计及其性能评价的基本依据。本文系统地论述卫星导航定位方程及其精度评定算法以及线性方程病态条件,通过实测和仿真数值试验结果对比分析,详细论证PDOP与卫星导航定位方程病态条件的关系,进而确定PDOP上限取值,以满足实际工程应用需求。     

北斗卫星导航系统中频信号的产生方法

北斗卫星中频信号在精确导航与授时、合成孔径成像等方面起着关键作用。通过对北斗卫星导航信号的特征进行分析,建立了北斗卫星中频信号的数学模型,并对该模型进行了仿真实现,进而研究了中频信号中路径延迟、噪声和多径干扰对原始北斗信号的影响。研究得到的信号数据可以为导航接收机和信号处理模块提供不同采样率的信号源码,通过这样的方法可以减少大量现场试验,缩短研发时间、降低成本。     

北斗导航系统及其在无人机上的应用

结合卫星导航系统,对我国自主研发的北斗卫星导航定位系统做了简要介绍。针对其在无人机(UAV)上的典型应用结构,系统地阐述了BD对无人机导航系统的可靠性、精确性、自主性以及机动能力等所起的改善和提升作用,并对其进一步发展提出了建议。