基于ELM的飞机数字化装配定位运动模型

针对飞机装配中开敞性较差环境下的串联装配机构半闭环定位运动控制问题进行研究,提出了基于极限学习机(EML)算法的飞机数字化装配定位运动模型。通过分析飞机数字化装配串联定位机构的运动学模型特点及性能要求,提出了飞机数字化装配定位运动的单隐含层前馈神经网络模型,并基于极限学习机提出了装配定位运动的数据辨识模型,且最后给出了基于极限学习机算法的定位运动离线辨识方法。通过将某大型飞机机身壁板柔性预定位工装作为试验平台进行验证,结果表明,获得的定位运动模型使直接装配定位精度达到±0.25 mm,满足某大型飞机机身壁板长桁的装配定位精度要求±0.50 mm。试验系统涉及的若干关键技术已应用于某大型飞机的壁板组件装配预定位柔性工装系统。     

A two-step robust adaptive filtering algorithm for GNSS kinematic precise point positioning

In kinematic navigation and positioning, abnormal observations and kinematic model disturbances are one of the key factors affecting the stability and reliability of positioning performance. Generally, robust adaptive filtering algorithm is used to reduce the influence of them on positioning results. However, it is difficult to accurately identify and separate the influence of abnormal observations and kinematic model disturbances on positioning results, especially in the application of kinematic Precise Point Positioning (PPP). This has always been a key factor limiting the performance of conventional robust adaptive filtering algorithms. To address this problem, this paper proposes a two-step robust adaptive filtering algorithm, which includes two filtering steps: without considering the kinematic model information, the first step of filtering only detects the abnormal observations. Based on the filtering results of the first step, the second step makes further detection on the kinematic model disturbances and conducts adaptive processing. Theoretical analysis and experiment results indicate that the two-step robust adaptive filtering algorithm can further enhance the robustness of the filtering against the influence of abnormal observations and kinematic model disturbances on the positioning results. Ultimately, improvement of the stability and reliability of kinematic PPP is significant.     

利用改正数信息的北斗三号实时精密单点定位及性能分析

北斗三号全球卫星导航系统已正式建成并开通服务。为了利用实时改正数信息系统地揭示北斗三号精密单点定位性能，并为用户提供理论依据和应用参考，首先解算了卫星实时精密轨道、钟差及其改正数，分析了其精度。然后基于实时改正数信息，利用监测站广播星历和观测数据，分别进行了双频静态、双频仿动态、单频静态和单频仿动态仿实时精密单点定位，以评估其性能。结果表明：北斗三号MEO卫星实时轨道和钟差精度均值分别约为12cm和0.2ns，满足实时精密单点定位需求。静态实时精密单点定位精度优于动态，双频优于单频，均可达到分米级。对于定位收敛时间，双频静态最短，约为40min；双频动态和单频静态均约为85min；单频动态最长，约为120min。     

基于B1c/B2a/B3I北斗三频实时 高采样率动态PPP分析

为了分析北斗三号新信号的三频实时动态PPP定位性能，首先推导了三频两两组合无电离层模型和三频非差非组合模型的观测方程。基于山东建筑大学CORS站观测得到的北斗三号B1c/B2a/B3I三频信号1s采样率数据，使用iGMAS提供的超快速精密星历预报部分，制定了基于B1cB3I-B2aB3I三频无电离层两两组合、B1cB2aB3I三频非差非组合以及用于对比分析的B1cB2a、B1IB3I两种双频无电离层共四种定位方案。然后利用Net_Diff软件进行实时动态PPP实验，对超快速精密轨道和钟差预报部分的精度和稳定度以及实验解算结果进行分析，对比不同定位方案的定位性能。实验分析表明，两种三频定位方案定位性能均优于B1cB2a双频定位方案，定位精度能达到0.462m和0.479m，收敛至分米所需时间能达到45.8min和62.8min；B1IB3I方案定位性能优于两种三频定位方案，定位精度和收敛速度能达到0.228m和6.6min。     

基于B1c/B2a/B3I北斗三频实时高采样率动态PPP分析

为了分析北斗三号新信号的三频实时动态PPP定位性能,首先推导了三频两两组合无电离层模型和三频非差非组合模型的观测方程。基于山东建筑大学CORS站观测得到的北斗三号B1c/B2a/B3I三频信号1s采样率数据,使用iGMAS提供的超快速精密星历预报部分,制定了基于B1cB3I-B2aB3I三频无电离层两两组合、B1cB2aB3I三频非差非组合以及用于对比分析的B1cB2a、B1IB3I两种双频无电离层共四种定位方案。然后利用Net_Diff软件进行实时动态PPP实验,对超快速精密轨道和钟差预报部分的精度和稳定度以及实验解算结果进行分析,对比不同定位方案的定位性能。实验分析表明,两种三频定位方案定位性能均优于B1cB2a双频定位方案,定位精度能达到0.462m和0.479m,收敛至分米所需时间能达到45.8min和62.8min;B1IB3I方案定位性能优于两种三频定位方案,定位精度和收敛速度能达到0.228m和6.6min。     

BDS-3 PPP模糊度固定实现及精度评估

精密单点定位(PPP)模糊度固定(AR)能够显著提升精密定位的收敛速度和精度。通过在BDS-2和BDS-3之间添加系统间偏差的方法实现BDS-3的模糊度固定,并基于全球MGEX测站静态、仿动态数据和车载实验数据全面评估了BDS-3模糊度固定的效果。结果表明,相对于浮点解,BDS-3 PPP模糊度固定能够显著提升PPP的精度,在东北天3个方向上静态解算精度提升依次为37.4%、26.2%和20.1%;仿动态解算精度提升依次为38.3%、27.2%和11.1%;车载动态实验BDS-3模糊度固定精度在三维方向上综合提升为40.4%。此外,模糊度固定后,以浮点解稳定后的两倍定位精度为基准,在东北天方向上,静态定位时间提升程度依次为63.5%、64.0%和40.3%;仿动态定位时间提升程度依次为58.7%、56.8%和25.4%;车载实验在三维方向的收敛时间为30.0 min。以上结果证明了所提方法的有效性及BDS-3模糊度固定的性能提升。     

Accuracy enhancement of the spherical actuator with a two-level geometric calibration method

This paper presents a two-level geometric calibration method for the permanent magnet （PM） spherical actuator to improve its motion control accuracy. The proposed actuator is com- posed of a stator with circumferential coils and a rotor with multiple PM poles. Due to the assembly and fabrication errors, the real geometric parameters of the actuator will deviate from their design values. Hence, the identification of such errors is critical for the motion control tasks. A two-level geometric calibration approach is proposed to identify such errors. In the first level, the calibration model is formulated based on the differential form of the kinematic equation, which is to identify the geometric errors in the spherical joint. In the second level, the calibration model is formulated based on the differential form of torque formula, which is to calibrate the geometric parameters of the magnetization axes of PM poles and coils axes. To demonstrate the robustness and availability of the calibration algorithm, simulations are conducted. The results have shown that the proposed two-level calibration method can effectively compensate the geometric parameter errors and improve the positioning accuracy of the spherical actuator.     

一种基于张氏标定法的单目相机改进标定算法

单目视觉在地面机器人等无人导航系统中的应用越来越广泛，而相机参数的标定是利用视觉进行导航的基础性工作。标定结果的好坏，直接影响导航性能和定位精度。主要考虑单目相机的径向畸变，基于张正友平面标定法，通过利用Matlab进行图像预处理、利用OpenCV进行Harris角点检测和亚像素精确化等方法在角点提取精度等方面进行了改进，通过重投影法对标定结果进行了评估，并将其与Matlab相机标定工具箱Toolbox_calib所得结果进行了比较。实验结果表明，改进的标定算法标定结果精度更高，并且对多个摄像头传感器均有效，适用性强。     

一种长航时惯导定位误差评估的新方法

针对长航时惯导传统定位误差评估中存在的问题,提出了一种新的基于惯导误差传播函数拟合的定位误差评价新方法。基于长航时惯导系统定位误差传播模型的特点,采用三角函数建立了误差传播拟合函数,主要包含舒拉周期、地球周期和傅科周期,反映了惯导的长期误差特性。提出了惯导误差契合度的定义和计算方法,实现了对长航时惯导系统定位误差的量化评估。对两套精度大致相同的长航时惯导舰载实验数据进行了对比分析,结果表明新的评估方法能够给出更合理的定位性能优劣判断。最后,针对长航时自主导航需求提出了综合导航技术的改进建议。     

INS/SAR组合定位技术研究

主要研究了INS/SAR组合对运动目标的定位算法。首先,建立了INS/SAR组合定位系统数学模型;其次,基于卡尔曼滤波方法和alpha-beta滤波方法完成了INS/SAR组合定位算法设计;最后,考虑组合导航系统误差及导引头测量误差,对定位算法进行了数字仿真及性能分析。仿真结果表明,所设计的INS/SAR组合定位算法在远距对运动目标具有较高的定位精度。     

一种多源组合定位系统中信息质量评估方法

多源组合定位系统可有效提高定位精度及定位鲁棒性。但更多的信息源提高了引入低质量信号的可能性,从而影响组合系统的定位性能。针对该问题,提出了一种多源组合定位系统中信息质量评估方法。在单系统信息质量评估的基础上,分析了其虚警率与漏警率,发现了二者的影响因素,利用多系统拥有更多冗余信息的特点,通过一致性检验,实现了多源组合导航系统的信息质量评估。仿真实验结果表明,该方法可以同时降低信息质量评估的虚警率与漏警率,且随着组合定位系统数量的增大,虚警率与漏警率呈持续下降趋势,拥有较好的信息质量评估效果。     

基于一类含极少运动副四支链两转一移三自由度并联机构的五轴混联机器人

首先提出了一类含较少运动副四支链两转一移三自由度（2R1T）并联机构（PMs）2RPU-UPR-RPR和2UPR-RPU-RPR，然后提出了极限约束力螺旋系的概念，分析四支链2R1T并联机构末端的极限约束力螺旋系，对所提出的四支链2R1T并联机构是否同类机构中含运动副最少进行了论证。基于提出的四支链并联机构构造了一种五自由度混联机器人机构，建立了2-RPU-UPR-RPR并联机构的位置反解模型，并将其等效成一个三自由度串联机构RPR，进而对整个混联机器人机构进行了位置正反解分析，建立得到了混联机器人机构位置反解的显式解析表达式，并用加工球面轨迹的算例对所建运动学模型的正确性进行验证。提出的五自由度混联机器人含有极少的运动副，且所有转动自由度均具有连续转轴，能够得到解析的位置模型表达式，很容易实现轨迹规划与运动控制，具有良好的应用前景。     

GNSS卫星钟差估计与结果分析

探讨了GNSS卫星钟差估计的基本原理、处理方法及数据处理中的一些关键技术,利用全球56个IGS跟踪站的观测数据进行钟差估计,比较分析了钟差产品的精度与定位性能。以GPS系统解算结果为例,其钟差产品与IGS最终精密卫星钟差符合较好,精度优于0.04ns(约0.012m),多系统钟差解算结果互差优于亚纳秒级。基于钟差产品进行精密单点定位解算试验,试验结果表明,在定位收敛之后,静态PPP在东、北、天3个方向上精度为0.0582m、0.0466m、0.1188m;动态PPP在东、北、天3个方向上精度为0.0671m、0.0640m、0.3200m。定位结果与IGS最终精密钟差解算结果符合较好,表明两者之间差异较小,进一步验证了解算得到的卫星钟差产品的定位性能。     

一种改进的模糊度子集选取方法及其性能评估

模糊度固定（ambiguity resolution, AR）能在一定程度上加快精密单点定位收敛并提高定位精度。但是模糊度固定率和计算效率会随模糊度数量的增加而降低，因此部分模糊度固定（partial ambiguity resolution, PAR）备受关注。PAR技术的关键在于模糊度子集选取，提出了一种改进的模糊度子集选取法，将高度角、信噪比以及模糊度方差联合作为模糊度子集选取的指标。实验结果表明：静态模式下，相比于全模糊度固定（full ambiguity resolution, FAR）和基于高度角的PAR方法，该方法的固定率分别提升9.65%和2.56%，首次固定时间分别缩短6.86%和3.43%，收敛时间分别缩短15.57%和5.13%，当三种方法固定率大致相同时，定位精度分别提升4.74%和5.39%；动态模式下，该方法的固定率分别提升22.75%和0.92%，首次固定时间分别缩短12.44%和0.44%，当三种方法固定率大致相同时，定位精度分别提升3.50%和4.89%。总体而言，无论是在静态还是动态模式下，该方法相比于FAR和基于高度角的PAR方法，性能均有所提升。     

基于铱星/INS组合定位技术在船舶中的应用研究

GNSS拒止环境下惯性/GNSS组合导航系统的性能会严重恶化,通过利用并提取机会信号中的有用观测量,可以实现机会信号和惯性系统的联合动态定位。提出了利用铱星/INS组合定位技术实现船舶的动态定位。首先深入研究了铱星的信号体制,建立了利用铱星瞬时多普勒频移进行定位的算法模型;然后,提出了利用基于扩展卡尔曼滤波(EKF)技术的铱星机会信号与INS组合定位算法;最后,通过船舶航行实测数据对所提算法进行了试验验证。结果表明,提出的利用铱星机会信号和INS组合定位方法可以有效改善无GNSS信号条件下的INS定位精度,在GNSS信号拒止环境下解决了船舶定位问题,具有重要的研究意义和实用价值。     

一种单低轨星北斗备份与辅助方法及在轨验证

在低轨卫星上搭载导航载荷,为北斗系统提供有效的备份及辅助性能提升手段,是近年来卫星导航领域专家学者探讨的热点问题.针对全球卫星导航系统信号在恶劣电磁环境下的受扰问题,提出了一种利用单颗低轨卫星实现北斗备份和辅助的方法.北斗备份是指通过单颗低轨星独立为地面用户提供导航服务.北斗辅助是指利用单颗低轨星信号及信息,为地面用户...     

SINS/BDS紧组合系统中自适应 两阶段扩展卡尔曼滤波

在实际应用中，以伪距/伪距率为观测量的SINS/BDS紧组合导航系统，存在量测噪声的统计特性与实际不相符的情况，传统扩展卡尔曼滤波（EKF）方法无法有效解决这一问题，从而引起滤波误差增大。提出了一种SINS/BDS紧组合导航系统的GDOP估算及在线估计量测噪声的自适应两阶段EKF（ATEKF）方法，该方法使用经过紧组合修正后的SINS输出的位置，并结合星历数据中提供的卫星位置求解GDOP。在此基础上，利用GDOP值以及新息，实现了紧组合导航系统的量测噪声方差阵（Rk）的在线实时估计，从而达到自适应滤波的效果，改善导航精度。     

行人导航系统中的MEMS误差在线修正技术

在基于微惯性器件的行人导航系统中,陀螺仪和加速度计的偏移是降低系统定位精度的重要因素。传统的标定方法大多在实验室中进行,后续导航解算都是基于标定后的固定模型,然而MEMS器件长时间工作后,标定模型参数发生变化会导致系统导航性能下降。通过分析行人导航系统及MEMS器件的特点,提出了一种基于误差模型的MEMS器件参数在线修正方法。根据行人行走的特点,检测并区分行走过程中的可修正区间与不修正区间。在可修正区间基于逆向解算算法实现了对陀螺仪和加速度计零偏的在线修正,并提出了主航向反馈修正算法,提高了行人导航系统长时间导航性能。实验结果表明,40m行走实验中,系统定位精度提升了9.07%;300m行走实验中,系统定位精度提升了13.14%。     

UWB与GNSS结合的室内外一体化定位系统设计

针对电力北斗安全应用、自动驾驶导航等应用场景对室内外一体化无缝定位的迫切需求,设计了一种将UWB与GNSS结合的一体化无缝定位系统.通过将UWB标签与小型化GNSS模块集成到手持智能设备上形成一体化定位终端,服务器软件对卫导结果与超宽带定位结果进行融合,输出连续定位结果.实验结果表明,该系统可以实现人员的室内外一体化无缝定位,室内环境下的静态定位精度小于10cm,该系统已应用于大型发电厂和变电站的人员安全防护管理项目.     

捷联惯导与里程计组合导航系统标定方法研究

捷联惯导/里程计组合导航系统中,里程计的刻度系数和相对惯组的安装误差角的标定是影响组合导航精度的关键因素.根据工程应用情况,提出经典标定方法和卡尔曼滤波标定方法,并对两种方法进行比较.在标定出刻度系数和安装误差角后,将该数据装订到惯组中进行车载试验验证,将里程计解算的速度和位置与GPS实测值进行比较.试验结果表明:跑车...