基于压缩感知的高精度地磁基准图构建方法

地磁基准图的构建是实现地磁匹配导航的基石。针对实测数据量较小时利用插值法构建的地磁基准图精度不理想的问题，将压缩感知理论应用到地磁信息采集中。结合地磁基准图的结构特点设计了以离散余弦变换作为稀疏基、单位矩阵作为观测矩阵，以压缩采样匹配追踪（CoSaMP）算法作为重构算法的基于压缩感知的高精度地磁基准图构建方法，并与三次样条插值、Kriging插值及PSO-Kriging插值法进行对比。实验结果表明:所提方法具有较高的重构精度和稳定性，与性能最好的PSO-Kriging插值法相比，在6.25%采样率下重构地磁基准图，所提方法使得峰值信噪比（PSNR）由66.97 dB提高至74.67 dB，绝对误差由25.47 nT减小至10.26 nT，均方根误差由28.57 nT减小至11.33 nT。      

一种基于卷积神经网络的地磁基准图构建方法

地磁匹配导航技术是一种重要的辅助导航制导方法，地磁基准图的构建精度对地磁匹配制导的精准度起着决定性作用。针对现有地磁基准图构建精度难以满足实际地磁匹配导航需求的问题，提出了一种基于卷积神经网络的地磁基准图构建方法。首先，利用卷积层提取低分辨率基准图中的特征图像块；然后，利用基于学习的阈值收缩算法（LISTA）实现图像块的稀疏表示；最后，利用三通道的地磁信息得到重建后的高分辨率基准图。实验结果表明:所提方法对地磁基准图具有更高的构建精度，同时对噪声有更好的鲁棒性，各种客观评价指标均高于现有的超分辨率重建方法。      

基于等值线约束的地磁匹配方法

地磁辅助导航是组合导航技术研究的新方向.简要介绍了地磁辅助导航的基本原理和发展现状,并重点对地磁匹配方法进行了研究.地磁匹配是利用地磁图进行定位的方法,位置输出可用于限制惯性导航系统的误差积累.提出了一种改进的基于等值线约束的相关匹配算法,能够有效消除导航系统的初始位置误差并能限制匹配过程中惯性导航系统的积累误差.仿真实验证明,该算法能有效提高相关匹配的实时性,并能把定位精度控制在地磁数据网格间距以内.该算法对航向误差具有一定的适应性.      

地磁图制备方法及其有效性评估

高精度地磁图制备是地磁匹配导航关键技术之一.在简单介绍4种网格插值方法原理的基础上(反距离加权插值法、克里金插值法、改进的谢别德插值法以及径向基函数法),应用实测地磁数据,选取测点分布较均匀区域,根据上述插值方法分别制备地磁图,并通过交叉验证统计准则对地磁图制备方法的有效性进行评估.结果表明,径向基函数插值法制备的地磁图"鸭蛋"形分布较少,地磁图等值线较圆滑,其标准偏差远小于其它方法的标准偏差,且其标准误差以及平均偏差也最小,具有较高的插值精度,能更好地反映该区域地磁场分布情况.     

地磁测量卫星的矢量磁场在轨标定算法仿真

以SWARM为代表的高精度地磁测量卫星对地球磁场探测精度经过标定之后优于0.5 nT,对于开展地磁科学研究具有重要意义。地磁测量卫星通过安装在伸展杆上的矢量磁通门磁强计、标量磁强计和高精度星敏感器,获取测量方向的惯性空间姿态的地磁信息,其中高精度标量磁强计主要用于对磁通门矢量磁强计进行标定。针对地磁测量卫星,研究了矢量磁强计在轨测量误差的校正方法。考虑到矢量磁强计非正交角、标度因子以及偏差的影响,建立磁场矢量线性输出模型;结合标量磁强计的测量值分别设计基于小量近似的线性校正算法和基于参数辨识更新的非线性校正算法;校验两种算法的标定精度,并通过Tukey权重函数改善算法的鲁棒性。仿真结果表明,两种算法校正结果相似,磁场三轴误差可校正至0.5 nT以内,在标量磁强计存在异常值时仍具有较好的校正效果。      

电路测试响应信号的GP-KSVD稀疏重构算法

电路系统测试响应信号具有周期性强、分布较稀疏的特点,针对电路系统测试响应信号的压缩重构问题进行了研究,提出了基于梯度方向追踪的K奇异值分解(GPKSVD)稀疏重构算法。结合单一响应信号以及混合信号其自身特点进行字典训练,利用更新后字典对含噪信号进行梯度追踪稀疏表征,通过对含噪信号的重构,实现了去噪的目的,算法计算复杂度低,储存量小,具有较好的重构效果。仿真中将GP-KSVD表征与使用随机字典、离散余弦字典(DCT)的表征进行比较,从信噪比(SNR)以及相对均方误差(RMSE)2项指标中得出使用KSVD字典具有更好的重构去噪效果;此外将GP-KSVD稀疏重构算法与正交匹配追踪正交匹配追踪(OMP)-KSVD、预处理共轭梯度追踪(PCGP)算法进行比较,得出GP-KSVD的计算时间最短、重构精度更高的结论,并且进行了实测验证。算法可用来对测试响应信号进行预处理,为电路系统设备性能的评估分析提供了理论依据。     

基于半实物仿真的地磁导航等值线匹配算法评估

影响地磁导航匹配算法性能的因素很多,而现阶段算法的评估完全依靠计算机仿真,其可信性有待进一步验证.以等值线(ICCP)算法为研究对象,首先从理论上分析影响算法性能的因素;然后搭建了地磁匹配导航半实物仿真系统,通过引入磁场仿真环境和磁传感器,提高了仿真的可信度;最后从测量噪声、匹配长度、匹配区域和惯导误差4个方面对ICCP 匹配算法的性能进行半实物仿真试验分析.仿真结果表明,通过半实物仿真试验可以对算法的抗干扰性、算法匹配长度的确定、匹配区域的选择以及惯导误差的影响做出有效评估,从而推动地磁匹配导航及匹配算法的工程化进程.      

重现性地磁活动的数值预报

重现性地磁扰动作为地磁活动的重要部分，其特性在磁情预报中起着不可缺少的重要作用，本文利用地磁扰动在一定条件下具有２７天重现的特性和现代时序分析法中的自适应滤波方法，对北京地磁台Ｋ指数的预报方法进行了研究，并分别在太阳黑子活动低年和高年的两个时间段，进行了预报实验。低年时段预报结果精度为０．６６；在高年时段，预报精度为０．７９，进一步分析还表明，理论计算方法应当与多方面的物理分析相结合，预报精度为０     

广州地磁Z分量日变幅的谱特征

利用1972—1993年广州地磁资料，分析了Z分量日变幅的年平均、年变化和半年变化等低频成分的逐年变化，以及小于60天的短周期变化特征．同时对1972—1993年的F10.7日均值进行了谱分析．结果指出，广州地磁Z分量日变幅的年平均与太阳活动指数F10．7的年平均存在良好的线性相关；具有幅度大约5nT夏季极大的年变化，与太阳活动没有明显相关，是一种季节效应；存在春秋分极大的半年变化，幅度与太阳活动有关，高年的幅度明显大于低年；具有明显的与太阳自转相关的27天左右的变化和明显的与行星波有关的接近16日、10日、5日、2日等短周期变化．广州地磁Z分量日变幅的这些谱特征，有助于更深入地了解中低层大气对电离层影响的物理机制．     

基于优化字典学习算法的压缩数据收集

为了提高压缩数据收集对多样化传感数据的适应能力,同时抑制环境噪声对数据收集精度的影响,提出了一种优化字典学习算法来构造压缩数据收集中的稀疏字典。理论分析表明在压缩数据收集中由环境噪声导致的数据收集误差和稀疏字典的自相干程度正相关。为此在字典学习的过程中引入了自相干惩罚项来抑制环境噪声对数据收集精度的影响。该惩罚项还能减少字典学习过程中对训练数据的过拟合,从而进一步提高了该算法的稀疏表示能力。实验表明,该算法的稀疏表示能力高于同类字典学习算法,而且能有效地抑制环境噪声对压缩数据收集精度的影响。      

基于代价函数的组合导航系统地图匹配算法

研究了地图匹配技术在GPS(Global Positioning System)/DR(Dead Reckoning)组合导航系统中的应用,建立了GPS/DR/地图匹配组合导航系统模型,给出了一种基于代价函数和概率统计准则的地图匹配算法,通过合理地定义代价函数有效消除了存在于匹配路段挑选过程中的模糊性问题.对实际跑车数据的仿真处理结果表明,应用该算法可以为组合导航系统的定位精度带来明显的改善.     

一种小行星探测陆标导航方法

针对小行星探测下降着陆段精确相对导航问题，提出了一种基于Stereophotoclinometry (SPC)陆标的相对导航方法.该方法先采用SPC光照模型渲染陆标的预测图像，再利用双线性插值从观测图像中生成陆标的提取图像.通过组合相关匹配实现预测图像与提取图像的高精度匹配，得到陆标中心点对应观测图像位置，即可利用N点透视(PNP)算法进行相机位姿估计.仿真结果表明，该方法在初始相机位姿偏差较大时也能达到亚像素的图像位置确定精度，并且具有较好的实时性.     

基于Unscented卡尔曼滤波器的近地卫星磁测自主导航

建立了近地卫星高精度轨道动力学模型和10×10阶地磁场模型,分别以地磁场矢量和强度幅值作为观测量,通过Unscented卡尔曼滤波实现自主导航。在采样周期10s,磁强计测量噪声100nT情况下仿真,仿真结果显示以地磁场矢量为观测量时卫星导航误差在卫星前进方向(切向)、轨道法向、卫星径向的分量分别为1km、0.9km、0.3km,而以地磁场强度幅值为观测量时误差分别为1.6km、1.3km、0.5km。     

基于D-S证据理论的GPS/MM组合系统车辆定位算法

根据分段、特征提取等地图匹配关键技术探讨了地图匹配的一般原理,提出了基于D-S证据推理理论的GPS(Global Positioning System)/MM(Map Matching)组合算法,提高了GPS单点定位精度.仿真结果和跑车实验验证结果表明上述方法是行之有效的.地图匹配算法不增加系统的硬件成本,对目前广泛应用的车载GPS导航定位系统是一个有效的解决方案.