恶劣天气下的仿生偏振定向方法

针对偏振光导航在恶劣天气下精度显著下降的问题，提出了一种可以在恶劣天气下基于大气偏振模式的定向算法。与现有方法相比，首次将三维块匹配与canny边缘检测结合的思想应用于修复被不同天气破坏的偏振角度图像中。具体而言，将偏振角度图像的修复分为噪声粗处理和边缘提取处理去噪两部分。在噪声粗处理阶段采用三维块匹配算法,在边缘提取处理去噪部分，利用canny边缘检测算法对偏振角度图像进行二次去噪。实验结果表明，该方法不仅能够提高晴朗天空下的定向精度，而且能够显著提升在阴天、沙尘、雾霾等恶劣天气条件下的导航定向精度，即使在偏振角图像对称∞模式被破坏的情况下，航向角精度仍可由9.4470°提高到1.6859°。     

面向地面无人平台的仿生偏振光定向算法

仿生偏振光定向为地面无人平台提供了一种新型的低成本、小型化定向方式。设计了一种基于微阵列式偏振光栅的仿生光罗盘,实现了一种加权平均的偏振光定向算法,分析了大气偏振模式误差、太阳位置误差、偏振光传感器误差和水平姿态角误差等因素对航向角估计精度的影响。实验结果表明,动态车载条件下定向误差小于0.5°。     

恶劣天气下的仿生偏振定向方法

针对偏振光导航在恶劣天气下精度显著下降的问题,提出了一种可以在恶劣天气下基于大气偏振模式的定向算法。与现有方法相比,首次将三维块匹配与canny边缘检测结合的思想应用于修复被不同天气破坏的偏振角度图像中。具体而言,将偏振角度图像的修复分为噪声粗处理和边缘提取处理去噪两部分。在噪声粗处理阶段采用三维块匹配算法,在边缘提取处理去噪部分,利用canny边缘检测算法对偏振角度图像进行二次去噪。实验结果表明,该方法不仅能够提高晴朗天空下的定向精度,而且能够显著提升在阴天、沙尘、雾霾等恶劣天气条件下的导航定向精度,即使在偏振角图像对称∞模式被破坏的情况下,航向角精度仍可由9.4470°提高到1.6859°。     

晃动基座捷联惯导系统初始对准迭代方法

由于受风力或发动机启动等因素的影响,惯导系统载体(如导弹、飞机、舰船和车辆)经常遇到低频晃动的情况。晃动干扰使得陀螺测量到的地球自转角速度信噪比大幅下降,从而导致常用的对准方法无法满足高精度初始对准要求。针对这一问题,提出了一种基于晃动基座的捷联惯导系统迭代初始对准方法。本方法由惯性导航计算出水平速度误差,利用最小二乘法估算出水平角速度误差、姿态误差和航向误差,然后进行迭代计算,从而算出导航初始时刻的姿态和航向。车载(发动机启动)试验结果表明,该算法既提高了晃动基座条件下的初始对准精度,航向角误差的方差采用静态对准时为0.39244°,摇摆对准为0.03331°,本文采用的迭代对准为0.00883°,缩短了对准时间,迭代对准2min的航向角精度等效于静态对准和摇摆对准5min的精度。     

一种基于改进太阳子午线拟合方法的仿生偏振光定向系统

为设计一种自主性强、精度高、抗电磁干扰能力强的定向系统,以昆虫获取大气偏振模式的感知机理为基础,设计了一种新型的成像式仿生偏振光定向系统.该系统使用具有微偏振阵列结构的CMOS相机作为主要的偏振信息采集设备,使用DSP/ARM架构的NVIDIA JETSON TX2嵌入式处理器进行信息解算,具有体积小、运算能力强等优点.通过研究大气偏振模式中偏振度和偏振角图像的对称性,针对已有航向角解算方法在太阳子午线提取精度方面的不足,设计了一种对称轴粗提取之后通过连续旋转法精确提取太阳子午线的算法,最终实现定向精度0.3335°,在最小二乘对称轴粗提取法的基础上定向精度提升了19.05％.     

车载单天线GPS/MEMS-SINS组合对准算法

捷联式惯性导航系统（SINS）需要精确的初始姿态信息进行姿态、速度和位置解算,而微机电系统（MEMS）惯性传感器由于精度限制无法完成自对准。为了解决这个问题,提出一种基于单天线GPS测姿和MEMS SINS的组合对准算法。采用单天线GPS在载体稳定协调运动条件下给出粗略的航向角信息,进行姿态粗对准。在精对准阶段,使用GPS提供的载体的航向角、位置和速度信息作为观测量,建立Kalman滤波器,对捷联式惯性系统的误差项进行估计,得到精确的姿态矩阵（DCM）,完成对准。经过仿真和车载试验验证,对准后的俯仰角和横滚角均方误差在0.1°内,航向角均方误差在0.5°以内。表明算法可以在运动条件下完成载体的对准要求,有一定的实用价值。     

基于局部大气偏振特性的仿生导航方法

目前主流的偏振导航算法中，思路通常为通过对全天域偏振图像的获取拟合出太阳子午线或中性点的位置，进而判断导航方向。现提出一种新的导航方向获取算法，可在小视场条件下，通过对太阳方向矢量的拟合判断导航方向。在此基础上进行了计算机仿真和室外实验，利用偏振相机获取了天顶区域大气偏振分布模式；利用斯托克斯矢量分析法解算出了大气偏振模式的分布情况，包括其中偏振度和偏振角的信息，初步证实了解算算法在实际情况下的可行性和精度，导航精度可达到0.2°左右。     

基于EMD-TFPF的仿生偏振光罗盘去噪方法

为了提高仿生偏振光罗盘定向精度,降低罗盘在进行航向角测量时存在的高斯白噪声,基于经验模态分解(EMD)和时频峰值滤波(TFPF),设计了一种用于仿生偏振光罗盘的EMD-TFPF联合去噪方法.在去噪过程中,首先将含噪声的航向角信号分解为不同的模态,对不同模态采用不同窗长进行时频峰值滤波,进而改善了单一窗长去噪对有用信号造成的衰减,有效提高了去噪算法的自适应能力.经过机载实验验证,采用该方法去噪后的仿生偏振光罗盘可以实现定向精度0.3259°,比原始信号精度提升了18.4％.     

基于状态转换的双天线定向软件的设计与验证

在高动态的导航定位定向的应用中,经常会遇到观测环境比较恶劣的情况。针对这种情况,本文详细分析了在不同的变星情况下模糊度空间的传递过程,并以此为基础设计了一种基于状态转换的双天线定向软件。用户可以时刻了解系统的运行状态,便于用户进行其他实时操作。通过理论推导和实测仿真数据分析表明,该软件能很好地适用于卫星频繁遮挡的情况,且实验效果良好,长度为3m的基线其航向角精度优于0.1°,俯仰角精度优于0.2°,具有一定的实用价值。     

大航向角误差情况下飞行中对准研究

为了解决飞行器在大航向角误差的情况下进行飞行中对准的难题,将一种线性大航向角误差模型应用于飞行器飞行中对准的过程.详细推导了线性大航向角误差模型,设计了飞行器在大航向角误差情况下进行飞行中对准的卡尔曼滤波模型,并进行了数字仿真.仿真结果表明,线性大航向角误差模型应用于飞行器飞行中对准,能够很好地解决飞行器在大航向角误差情况下进行对准的难点,并给出了适合于大航向角误差模型的机动方式.最后,提出了线性大航向角误差模型在工程应用中的几点建议     

基于像素化偏振芯片的仿生偏振光罗盘技术

仿生光罗盘是一种通过借鉴动物视觉器官感知太阳偏振光信息(包括月光)的机理来获得载体航向信息的航向传感器。首先介绍了面向多光谱的像素化的偏振芯片结构参数化设计准则,给出了一种易于集成和小型化的仿生光罗盘总体设计方案,并对仿生光罗盘的主要误差源进行了分析;随后,提出了一种基于天空偏振图像解算载体航向的新方法,并对其环境适应性进行了初步分析;最后,对仿生光罗盘样机进行了静态实验和车载实验,在晴朗天空背景下仿生光罗盘的定向精度优于0.5°。     

Bioinspired polarized light compass in moonlit sky for heading determination based on probability density estimation

Bioinspired polarized skylight navigation, which can be used in unfamiliar territories, is an important alternative autonomous navigation technique in the absence of Global Navigation Satellite System(GNSS). However, the polarization pattern in night environment with noise effects and model uncertainties is a less explored area. Although several decades have passed since the first publication about the polarization of the moonlit night sky, the usefulness of nocturnal polarization navigation is ...     

A multiscale transform denoising method of the bionic polarized light compass for improving the unmanned aerial vehicle navigation accuracy

In recent years, the bionic polarized light compass has been widely studied for the unmanned aerial vehicle navigation. However, it is found from the obtained investigation results that a polarized light compass with a sensitive and high dynamic range polarimeter still provides inferior output precision of the heading angle due to the presence of the noise generating from the compass.The noise is existed not only in the angle of the polarization image acquired by polarimeters but also in the out...     

大气折射对电视制导导弹定位精度的影响分析

为了提高电视制导导弹的定位精度,有必要研究大气折射效应的影响。基于大气折射率模型,采用高精度的4阶Runge-Kutta光线追迹方法,以定位误差和俯角误差为大气折射效应的评价标准,建立了电视制导导弹大气折射误差模型,并通过探空仪实测大气参数验证了模型的有效性以及精度测试验证了算法的可靠性。基于该模型,仿真分析了不同发射高度和俯角对定位精度的影响规律。研究结果发现：高海拔时,基于三段模型的大气折射误差要小于其他模型;相同高度下导弹发射的视在俯角扩大10倍,由大气折射造成的定位误差和俯角误差将分别缩小1 000倍和10倍;5 km高度、视在俯角为30°时的定位误差已减小到2 m以内。研究结果表明,该方法可以辅助电视制导导弹的设计,对提高其精确打击能力具有重要意义。     

基于CFD的变后掠翼单速度最优后掠角预测模型

为延长飞行器续航时间,探索变后掠翼飞行器控制规律,根据新型变后掠翼飞行器模型,探究了通过飞行器速度及迎角来控制弹翼后掠角度,以达到最优气动性能,从而使该飞行器获得更长续航力.选取飞行马赫数为0.4～0.8、前缘后掠角度为15°～45°内的39个关键点,在迎角为0°～14°范围内进行CFD仿真,将仿真结果在不同数学模型下...     

An adaptive attitude algorithm based on a current statistical model for maneuvering acceleration

A current statistical model for maneuvering acceleration using an adaptive extended Kalman filter(CS-MAEKF) algorithm is proposed to solve problems existing in conventional extended Kalman filters such as large estimation error and divergent tendencies in the presence of continuous maneuvering acceleration. A membership function is introduced in this algorithm to adaptively modify the upper and lower limits of loitering vehicles' maneuvering acceleration and for realtime adjustment of maneuvering acceleration variance. This allows the algorithm to have superior static and dynamic performance for loitering vehicles undergoing different maneuvers. Digital simulations and dynamic flight testing show that the yaw angle accuracy of the algorithm is 30% better than conventional algorithms, and pitch and roll angle calculation precision is improved by 60%.The mean square deviation of heading and attitude angle error during dynamic flight is less than3.05°. Experimental results show that CS-MAEKF meets the application requirements of miniature loitering vehicles.