基于超宽带和航位推算的室内机器人UKF定位算法

超宽带是一种传输速率快、功耗低的新型无线通信技术,可提供亚米级定位精度,近年来超宽带定位在机器人领域的应用日益广泛。在超宽带信号有效区域边缘或信号受到遮挡时,超宽带定位精度急剧下降。为此提出了一种基于超宽带定位和航位推算的UKF组合定位方法,可有效克服上述问题,从而为室内机器人定位提供一种稳定可靠的解决方案。     

基于位置修正的轨迹测量方法研究

传统精密轨迹测量方法大都采用GPS、全站仪等设备,存在设备不易架设、数据不连续、对环境要求较高等缺点。针对该问题提出一种基于航位推算系统的轨迹测量方法。该方法在航位推算基础上引入了位置修正技术,通过起始点与终点坐标即可计算出系统俯仰角误差、方位角误差及里程仪标度因数误差。系统完成航位推算计算后,用求解出的系统误差对航位推算轨迹进行修正,即可获得高精度的轨迹数据。最后通过试验验证该方法可行,系统行进153m误差小于0.12m。     

地图辅助行人航迹推算技术的室内定位方法

针对目前室内定位技术中位置漂移、定位结果偏差较大的问题,提出了一种融合行人航迹推算(PDR)、地标匹配修正和地图辅助的室内行人定位方法.该方法利用基于惯性传感器的PDR技术计算行人位置信息,利用行走过程中的传感器读数特征识别室内特定地标点,与地标库数据进行匹配后,修正PDR轨迹产生的累积误差.室内地图辅助主要是通过判断行人是否位于走廊等区域,限制轨迹穿墙,约束PDR定位轨迹.实验结果表明,融合定位算法得到的轨迹优于纯惯性递推算法得到的轨迹,更加接近真实的行走轨迹,定位精度提高了51.2％,平均定位误差降至1.8m,满足室内定位需求.     

基于零速修正的行人导航关键技术及研究进展

在室内等卫星导航受限场景下，可采用MEMS惯性传感器对行人进行自主导航定位。采用MEMS惯性传感器的行人自主导航技术主要包括基于步长估计的行人航位推算和基于零速修正的行人导航算法两种方式。首先介绍了两种方式的基本原理，然后重点分析了零速修正的行人导航算法，阐述了相关的关键技术和研究进展。最后，对行人自主导航未来的发展趋势进行了展望，并指出了需要重点关注的技术难点。     

融合自适应步长与地图匹配的智能手机PDR室内定位算法

围绕全角半球谐振陀螺的典型使用环境特征,对谐振子结构方案进行了深入研究。仿真分析了“等壁厚”“上薄下厚”“上厚下薄”3种结构方案的振动特性差异,发现在谐振子平均尺寸相同的情况下,“上厚下薄”方案的工作频率最高,相邻模态频率间隔最大,且受冲击影响最小。进一步,定量仿真分析了内球面半径、内圆角半径及内支撑柱直径等结构参数对“上厚下薄”谐振子振动特性以及抗冲击性能的具体影响,为陀螺的设计加工提供了有效参考。     

车载惯性定位标定的理论推导及误差分析

为了解决车载惯性定位系统误差常用的起点纬度标定计算法在安装偏差角90°附近时误差较大已不适用的问题,以及充实车载惯性定位系统标定计算的理论,首先进行了车载惯性定位系统误差标定计算的推导,证明了误差的可标定性。借鉴等角航线反解理论,得到车载惯性定位系统标定理论依据。参考中分纬度理论,推导出使用平均纬度进行简化计算的航程及航向角误差公式,将其引入惯性定位系统标定计算,提出了一种使用平均纬度代替起点纬度进行标定计算的方法,并对两种标定计算方法的误差进行了公式推导及仿真分析。仿真结果表明,使用平均纬度进行标定计算的误差明显小于使用起点纬度,在安装偏差角较大时,使用平均纬度进行标定计算可使标定计算误差降低90%。证明了提出的标定计算方法在南北纬55°、行程不超过90km时可用,高纬度、更长行程下可参照文中公式进行误差估计。     

基于改进卡尔曼滤波算法的行人航向角估计

基于惯性导航的行人航位推算是一种针对未知环境行人定位的常用方法,然而传感器自身的惯性漂移、噪声特性不确定、动力学模型不准确等因素,会导致航位推算时行人航向角估计精度不高的问题,从而造成行人定位精度的降低。针对上述问题,提出了一种多渐消因子强跟踪H_∞平方根容积卡尔曼滤波(MSTHSCKF)融合算法。其中H_∞思想保证在极端噪声下最小化误差,增强系统鲁棒性,多渐消因子能够避免系统在模型不确定情况下精度的降低,平方根思想确保了协方差矩阵的对称性和半正定性。实验结果表明,与现有滤波算法相比,MSTHSCKF估计的行人航向角具有更高的精度、稳定性和鲁棒性,能够确保更高的行人定位精度。     

基于改进的磁场检验和主方向算法的行人航向估计

针对以惯导为核心的行人定位算法存在航向角失真的问题，提出了一种融合惯性测量单元(IMU)和磁力计的行人导航算法，利用步幅航向的变化量将行人的运动分为直线行走和曲线行走两部分，当检测到行人直线行走时，提出一种实时建立主方向的自适应航向角漂移修正算法，对航行角误差进行补偿；当行人曲线行走时，辅助地磁场信息，使用磁场强度、地磁倾角、惯性导航系统(inertial navigation system，INS)与磁力计解算的航向角之差这三个特征值构建广义似然比检验量，对磁场进行判断获得稳定状态磁场信息，通过卡尔曼滤波对航向角误差进行补偿。将传感器置于足部进行实验，实验结果表明,两种算法可以实现优势互补，有效地抑制地磁信息的干扰，提高导航精度，算法结果相对于无航向角修正的零速修正算法、零角速度更新算法和单独使用磁力计进行融合的算法，定位误差分别降低了91.02%、82.93%和61.39%，室外和室内终点定位误差分别为4.545 4 m和0.543 6 m，占总路程的0.69%和0.17%。     

基于GPS／DR的车辆导航系统研究

本文研究了GPS和航位推算系统的组合导航技术，给出了GPS／DR组合导航系统的设计方案。由GPS接收机、压电陀螺仪和车载里程仪组成的多传感器系统通过卡尔曼滤波器实现信息融合，以提高GPS／DR组合系统导航精度。同时也对GPS／DR系统的MAP图像处理、软件流程和工程实现做了简要说明。     

改进的ICCP地磁匹配算法

本文在分析等值线约束迭代最近点(ICCP)匹配算法基本原理的基础上,针对ICCP算法在非刚性变换情形下,就难以取得理想匹配效果的情况,提出了改进的ICCP算法。该算法首先用ICCP匹配算法修正初始位置误差和航向误差,然后采用逐点匹配,再迭代该过程的方法,逐点修正位置误差。仿真实验表明,改进的ICCP算法能够实现准确定位,定位精度在一个网格精度以内。     

基于自由基对理论的仿生磁航向传感技术

针对国内外的最新研究进展,本文分别从生物地磁导航的磁感应机制发展、不同磁敏材料的合成制备、磁敏材料的磁场效应检测及其灵敏度的提升等3个方面进行了详细的分析论述,着重对不同种磁敏材料的磁敏性能以及各自在响应磁场大小及方向上的优劣作了对比与分析。最后,在此研究的基础上总结了目前生物地磁导航研究所面临的困难及其发展前景。未来对满足磁感应机制的磁敏分子的更深一步研究将进一步推动仿生磁传感技术的发展,并最终走向实际应用。     

基于分形维数的地磁图适配性研究

针对地磁匹配导航对匹配区适配性研究的需求,提出一种基于分形维数分析地磁匹配区适配性的方法,从原理上分析了分形维数与适配性之间的关系,在几块选定区域的地磁图上分别对分形维数进行了计算和分析,最后在上述选定区域进行了匹配仿真试验.结果表明:匹配仿真试验中所反映的地磁图适配特性与提出的方法分析所得结果具有良好的一致性,分形维数在指示地磁图适配性上具有优良的性能.     

基于室内合作场景智能识别的行人导航算法

基于足绑式惯性测量单元(IMU)的惯性导航系统被广泛应用于行人导航中,其通过零速修正(ZUPT)算法可对速度估计误差进行较好的补偿,然而其位置误差会随时间发散。针对于此,提出了一种基于室内合作场景智能识别的行人导航算法。通过随机森林算法,对行人在室内平地步行、上楼梯、下楼梯等不同步态进行训练与辨识,并结合室内先验地图对行人导航的结果进行校正。通过实验表明,行人在室内行走1100m时最大定位误差为1.85m(总行程0.17%),相对无场景识别的方法精度提高了6倍,可以有效提高行人导航精度。     

飞行器组网多维地磁匹配的相关度算法

地磁匹配导航技术是跨海飞行器的自主导航方式之一。海洋磁场强度平滑、区域变化较大的特点,使得飞行器一维地磁匹配方法难以应用于飞行器自主导航。在跨海飞行器组网条件下,讨论了多维地磁匹配相关度算法,并仿真计算了多维地磁匹配相关度的匹配时间、匹配概率,计算表明多维地磁匹配相关度算法优于单航迹匹配相关度;在相同概率下区域内370 m×370 m网格匹配时间短、匹配概率高。飞行器组网多维地磁匹配的相关度算法研究为海洋区域地磁匹配导航应用提供参考。     

磁场对霍尔推力器放电特性及性能参数影响的粒子模拟研究

磁场强度及位形对霍尔推力器放电过程有显著影响。根据霍尔推力器通道尺寸和等离子体放电过程建立二维物理模型,采用粒子模拟方法,研究了不同磁场强度及位形等离子体放电特性,讨论了推力、推功比及放电电流的变化规律。模拟表明:当中轴线磁场强度峰值小于200G时,磁场对电子轴向传导约束减弱;当磁场强度峰值在200G～420G时,电子温度、电离率及电子与壁面碰撞频率降低,出口处离子径向速度增大,壁面腐蚀增加;当磁场强度峰值为280G时,加速区最短,放电电流最小。不同零磁点磁场位形会改变通道电离区和加速区位置,影响推力器放电性能。     

水下重力匹配定位算法综述

随着重力测量和水下导航技术的发展,惯性/重力匹配导航技术因其精度高、自主性强和航时长等优点,已成为水下自主导航的重要研究方向。惯性/重力匹配导航系统主要由惯性导航系统、重力实时测量、海洋重力场背景图和重力匹配定位算法构成。重力匹配定位算法通过将实时测量的重力异常值与构建的重力场背景图进行匹配,得到水下运载体当前时刻的位置信息,是惯性/重力匹配导航技术的核心。本文详细介绍了重力匹配算法的技术发展现状,重点分析了具有代表性的ICCP算法、SITAN算法、矢量匹配算法及其衍生算法,并对惯性/重力匹配水下自主导航技术的未来发展进行了展望。     

基于路网匹配的多源自主组合导航技术研究

针对惯性/里程计组合导航易受环境影响的情况,引入路网匹配方法,以惯导/里程计组合导航历史轨迹数据与路网数据库进行全局匹配比较,从而得到当前导航位置的匹配点。将匹配点作为组合导航卡尔曼滤波器的量测输入,其滤波结果用于反馈校正惯导误差,通过不断迭代优化后,惯性/里程计/路网匹配组合导航能够提供高精度的位置信息。试验验证结果表明,该方法能将大部分定位误差控制在10m左右,证明了该方法的有效性与适用性。     

星载永磁霍尔推力器磁场分析与实验研究

磁场是评价星载霍尔推力器性能水平及工作特性的重要因素,也是开展推力器优化设计的重要自由度。针对航天器姿态调整等空间轨道任务对霍尔推力器应用需求,分析了影响永磁霍尔推力器磁感应强度的关键因素。在此基础上,利用磁路等效法,采用有限元离散形式,建立了基于永磁材料的霍尔推力器磁场模型,利用国外同类产品工程数据验证了磁场模型分析方法的可行性和计算结果的正确性,最终获得了设计所需的推力器磁路构型、永磁体结构尺寸及相应的永磁霍尔推力器样机。将永磁霍尔推力器磁场分析结果与实测结果进行对比,并对整机性能进行了实验验证,结果表明:推力器性能实验结果与设计要求相符性较好,额定供气、供电状态下,推力器阳极电流符合设计要求,整机推力达到3.52mN,比冲达到685s,较好地实现了永磁霍尔推力器设计目标。