考虑有色噪声影响的脉冲星导航2级强跟踪差分滤波器

为提高X射线脉冲星导航对有色噪声及太阳系内星历误差的鲁棒性，设计了2级强跟踪差分滤波器（TSTDKF）。首先在分析导航原理基础上，导出了中心天体星历误差对导航结果的误差传递关系，并利用扩展卡尔曼滤波器（EKF）进行了仿真验证；在同一运行轨道上，又结合引力摄动模型对第三天体引力摄动数据进行了分析，证明该部分噪声为有色噪声。根据以上结论，将普通2级卡尔曼滤波器（TKF）的无偏滤波器设计为一种改进的差分卡尔曼滤波器以降低有色噪声对导航系统的影响，同时又在其独立偏差滤波器中根据观测残差构建了多重自适应调节因子以增强其跟踪性能，两者共同构成TSTDKF的2个并行滤波器。通过仿真实验证明，TSTDKF的位置误差性能最大可比EKF和TKF改进56.49%和35.18%，速度误差性能改进27.66%和17.07%；对星历误差的跟踪效果也整体好于TKF。     

基于3D Zernike矩的巡检器与空间站的相对导航算法

针对航天器相对导航问题，以空间站表面为"特殊地形"，提出一种基于大型航天器表面巡检的相对导航算法。首先，运用巡检飞行器上的TOF （Time of Flight）相机测量空间站表面局部点云数据，以该点云数据为实时图，以空间站表面先验点云数据为基准图。然后，利用3D Zernike矩与三维地形间的一一对应关系，将三维地形匹配转化为基于3D Zernike矩的特征向量匹配。在此基础上求解实时图与匹配上的基准图间的相对位置、相对姿态，从而确定两航天器间的相对导航参数，并通过实验分析了匹配精度及速度的主要影响因素。最后，将该相对导航参数与惯性系统推算的相对导航参数在扩展卡尔曼滤波器的框架下实现信息融合，估计了巡检飞行器与空间站间的相对位置、相对姿态，实验结果表明，相对位置精度优于0.002 m，相对姿态精度优于0.1°。     

基于GPS/DR/DM组合导航定位系统的研究

设计了一种基于GPS辅助以DR和DM的组合导航定位的联邦滤波器,采用GPS、DR和DM组合导航定位的设计方案的基础上,提出一种先分散式再局部集中联邦滤波器并采用一种简化的自适应联邦滤波器算法对各定位数据进行融合优化,并进行了仿真.仿真结果表明本文设计的联邦卡尔曼滤波器自适应算法对多传感器系统进行数据处理,能够提供一种最佳估计途径,在容错、数据容量及降低系统费用等方面,都比集中卡尔曼滤波器更为优越,使误差进一步减小.该设计与一般的分散卡尔曼滤波器比较,在信息综合方面更加快捷.     

基于联邦滤波结构的INS／GPS组合导航系统数据融合研究

为了研究平台式惯导INS（interial navigation system）和全球定位系统GPS（globe position system）组合导航联邦滤波器的实现，使用速度局部滤波器和位置局部滤波器，分别对INS／GPS组合导航系统的向东速度、向北速度，以及对经度和纬度进行卡尔曼滤波，然后将位置数据和速度数据输入主滤波进行数据融合。以无人机的向东匀速水平飞行为背景，运用联邦卡尔曼滤波器算法，使用matelab进行仿真分析。可以证明联邦滤波器算法简单，易于实现，并且可以提高导航系统精度．实际应用中此方法可行。     

基于扩维QLEKF的脉冲星/星间定向组合导航

面向星座卫星高精度自主导航技术需求,设计了一种融合X射线脉冲星和星间定向观测信息的组合导航方法。通过X射线探测器获得脉冲到达时间观测量,照相观测星相机和星间链路设备获得星间相对位置矢量观测量,设计导航滤波器对观测量进行处理,估计参与导航的星座卫星的运动状态。针对地球星历误差影响组合导航性能的问题,将地球相对于太阳系质心的位置扩充为状态向量,设计了扩维扩展卡尔曼滤波器,利用敏感器观测量对导航所需的地球位置矢量进行实时估计,从而削弱地球星历误差的影响。进而,针对滤波器参数选取影响状态估计精度的问题,设计了一种Q学习扩展卡尔曼滤波器（QLEKF）,主要思路是利用Q学习方法的决策能力,自适应地选择适当的滤波器参数以改善估计性能。数学仿真结果表明,所提方法能够有效减小地球星历误差对星座自主导航的影响,取得优于传统滤波算法的定位精度。     

机器人导航中数字罗盘HMR3000的数据处理方法

介绍了HMR3000型数字罗盘的主要性能,根据罗盘在移动机器人导航中的应用,对航向和俯仰、横滚输出数据设计了不同的卡尔曼滤波器,有效地消除了罗盘输出数据的波动,使机器人姿态测量精度稳定在1°左右,证明了HMR3000型数字罗盘在机器人导航领域应用的良好效果。     

基于视觉的行人引领移动机器人导航方法研究

移动机器人通过跟随领航员以实现导航是一种便捷的导航方式。针对行人引领导航中的领航员定位问题,提出了一种基于视觉的行人引领导航方法。该方法利用卡尔曼滤波器预测领航员的位置和尺度,并基于深度神经网络的行人检测器提供的结果更新滤波器的状态。为了关联检测结果和卡尔曼滤波器预测结果,提出了2个指标用于衡量两者之间的关联性。其中,为了提高在多个行人中辨认领航员的可靠性,创新性地引入了一个孪生神经网络,使用该网络全连接层提取的特征作为候选人的特征描述子,并通过计算特征之间的余弦距离来验证检测器检测到的行人身份。此外,当卡尔曼滤波器跟踪领航员失败时,综合考虑检测结果和孪生网络的判断结果重新初始化卡尔曼滤波器,以实现持续的领航员定位。视频实验和物理机器人实验验证了所提出的方法的有效性和可靠性。     

INS/GPS/TAN系统中的联邦卡尔曼滤波信息融合方法

 在分析联邦卡尔曼滤波原理和结构的基础上,提出了一个适合惯性导航系统／全球定位系统／地形辅助导航（ＩＮＳ／ＧＰＳ／ＴＡＮ）子系统状态向量维数不同这一特点的联邦卡尔曼滤波方法,并构造了一种具有较强容错性能和适应性的联邦卡尔曼子系统滤波器结构。由于采用了局部状态扩展、局部状态压缩、智能的不等间隔滤波、多级故障检测、阈值控制等信息融合技术,在保证精度的前提下,联邦卡尔曼滤波器的可靠性、适应性得到了明显提高。     

基于稀疏光流的无人机自主导航方案

提出了在无已知地面合作目标的情况下,给出高精度导航信息的基于稀疏光流的无人机(UAV)自主导航方案。通过计算两帧图像间的稀疏光流场,融合捷联惯导系统(INS)/电子罗盘/高度表系统/激光测距仪等传感器测量数据,构造两个H∞滤波器,分别对高度、姿态角与水平面上的速度误差进行估计。本导航方案适用于诸如无人机低空飞行阶段、进近阶段等不宜布置人工或已知地面合作目标的场合。使用自主开发的"无人机自主着陆实时仿真验证平台"对该方案进行仿真,结果显示本方案能够有效地抑制惯导系统由于漂移而造成的位置估计误差,同时可以给出精确的高度、速度与姿态角估计值。     

一种基于相对测量信息的SINS/USBL组合导航算法

针对使用传统位置匹配算法解决SINS/USBL组合导航的问题,需要先利用USBL输出信息实时求解出载体的绝对位置,设计了一种基于相对测量信息的SINS/USBL组合导航算法.该算法无需求解绝对位置,直接利用超短基线系统原始输出的高度角、方位角和斜距等相对测量信息进行卡尔曼滤波组合导航,且在滤波器设计时能够根据传感器测量精度对滤波参数进行设计,更有针对性.通过理论数据仿真和湖面试验数据处理,证明了该组合导航算法能够在一定程度上提高导航精度,具有可行性.     

Improvement of Satellite Tracking Accuracy Using Optical Observations

A method to improve satellite tracking accuracy is presented and discussed theoretically and experimentally in terms of two parts: correction for errors of the tracking system and correction of satellite orbit predictions. In the first part, it is concluded that the pointing error of the tracking system can be determined accurately using data from stellar observations, so that correction is possible with an accuracy of about 0.001°. In the second part, it is shown that apparent errors of satellite orbital elements can be deduced from the optical observation of one orbit, and one can track the satellite after the correction with high accuracy for several subsequent orbits. The accuracy is 0.1-0.2 mrad or better for satellites at 1000 km altitude when given orbit prediction accuracy is approximately 1°.     

飞航导弹地标被动观测自主导航修正技术

飞航导弹在外界导航系统不可用的情况下,可对航路上已知精确地理位置的典型地标进行测角和测距,从而实现对导弹导航位置误差的修正.飞航导弹为提高其隐蔽性,不能使用雷达或激光等有源测量设备,而采用成像观测又无法得到距离信息.因此为解决飞航导弹航路中隐蔽式导航自主修正的难题,提出了基于气压高度表的被动观测UKF滤波导航修正技术,从而实现飞航导弹在完全隐蔽情况下导航坐标的自主修正.     

总能量控制原理在地形跟随飞行控制中的应用

应用总能量控制原理设计了控制飞行高度的地形跟随飞行控制系统,并通过引入飞行高度和飞行速度的偏差控制,基本消除了总能量控制系统存在的稳态误差;引入俯仰角和俯仰角速率反馈回路以增加阻尼,消除俯仰角振荡,最后对该系统进行了解耦性能和地形跟随仿真。结果表明,用总能量原理设计的地形跟随飞行控制系统体现了飞机升降舵和油门杆一体化设计的思想,可实现飞行速度/航迹角的解耦控制,对给定地形可达到良好的跟随效果。     

面向综合CNI 系统的双机热备份切换方案设计

本文针对综合CNI 系统主备切换功能的实现，提出了一种基于表决算法的双机热备份主从模式的设 计方案，从设计思路、设计原则以及冗余备份、主备切换的故障故障检测等方面进行详细分析，对上电确定主 备流程、主切备流程以及备切主流程进行详细设计，通过方案验证，在不增加硬件基础上，能够快速无缝地将 相应的功能控制切换至备模块，提高了整个综合CNI 系统的可靠性，保障系统不间断运行。     

航天器多普勒测速平均误差的分析与修正

对航天器多普勒测速平均误差进行了分析，详细推导了圆轨道和椭圆轨道时该误差的计算公式，计算了不同采样周期和轨道高度时的误差大小。经过分析指出，该项误差对于高轨航天器影响较小，对于低轨航天器可以通过缩短采样周期或利用3个点或多个点的连续测量数据进行修正。     

Geolocation of a known altitude object from TDOA and FDOA measurements

Most satellite systems for locating an object on Earth use only time difference of arrival (TDOA) measurements. When there are relative motions between an emitter and receivers, frequency difference of arrival (FDOA) measurements can be used as well. Often, the altitude of an object is known (it is zero, for example) or can be measured with an altimeter. Two sets of geolocation solutions are proposed which exploit the altitude constraint to improve the localization accuracy. One is for TDOAs alone and the other for the combination of TDOA and FDOA measurements. The additional complexity by imposing the constraint is a one-dimensional Newton's search and the rooting of a polynomial. The covariance matrices of the new estimators are derived under a small measurement noise assumption and shown to attain the constrained Cramer-Rao lower bound (CRLB). When there is a bias error in the assumed altitude, using the altitude constraint will introduce a bias to the solution. Since applying the constraint decreases the variance, there is a tradeoff between variance and bias in the mean square error (MSE). The maximum allowable altitude error such that the constraint solution will remain superior to the unconstraint is given. Simulation results are included to corroborate the theoretical development.     

Drag derived altitude aided navigation method

The navigation problem of the lifting reentry vehicles has attracted much research interest in the past decade.This paper researches the navigation in the blackout zone during the reentry phase of the aircraft,when the communication signals are attenuated and even interrupted by the blackout zone.However,when calculating altitude,a pure classic inertial navigation algorithm appears imprecise and divergent.In order to obtain a more precise aircraft altitude,this paper applies an integrated navigation method based on inertial navigation algorithms,which uses drag derived altitude to aid the inertial navigation during the blackout zone.This method can overcome the shortcomings of the inertial navigation system and improve the navigation accuracy.To further improve the navigation accuracy,the applicable condition and the main error factors,such as the atmospheric coefficient error and drag coefficient error are analyzed in detail.Then the damping circuit design of the navigation control system and the damping coefficients determination is introduced.The feasibility of the method is verified by the typical reentry trajectory simulation,and the influence of the iterative times on the accuracy is analyzed.Simulation results show that iterative three times achieves the best effect.     

大地测量误差对导弹精度的影响与修正

将导弹发射点的所有测量误差统一为标准发射坐标系与实际坐标系之间的平移和旋转,建立了这两种坐标系之间的变换关系,通过各坐标系内的制导方程,用小偏差法求出了落点偏差与发射点的坐标偏差,高程偏差,方位角偏差及垂线偏差之间的解析关系式,并按该计算模型,对典型远程导弹进行了计算。结果表明,该修正公式计算精度高,能用于导弹射前修正。     

调频连续波无线电测高及其阶梯误差分析

本文简述了调频无线电测高的基本原理,并分析了由于采用此种方法而产生固有阶梯误差的原因,它是影响无线电测高精度的重要因素,而这种误差在理论上是无法解决的。本文阐述了在电路设计上采取不同措施,从而大大减小了这种误差。     

高空飞艇螺旋桨优化设计与气动性能车载试验

结合某高空飞艇螺旋桨的总体设计方案要求,完成螺旋桨的优化设计以及气动性能车载试验.采用叶素动量理论作为螺旋桨气动性能的计算方法,并通过风洞试验验证了该方法的可靠性.结合遗传算法对螺旋桨的弦长和扭转角进行了优化,使螺旋桨更加高效轻质,优化后螺旋桨设计点的气动效率增加了2.3%.建立螺旋桨车载试验测控系统,可以改变试验海拔高度和大气参数,得到优化设计螺旋桨不同工况的气动性能.试验结果表明,相同转速和来流条件下,海拔越高,螺旋桨的推力和扭矩越小.海拔为3-6km时,全尺寸高空飞艇螺旋桨计算推力和扭矩与试验结果的平均相对误差分别为2.8%和9.2%,两者基本吻合,从而验证了高空飞艇螺旋桨车载试验的准确性.