超短基线安装误差对定位精度影响分析及其标定技术研究

安装误差是超短基线水声定位系统的重要误差源之一,直接影响超短基线的定位精度。本文采用数值仿真的方法分析了超短基线安装误差角对其水平定位精度的影响,针对传统标定方法受母船航行轨迹影响较大而不能准确估计安装误差的问题,提出了一种基于单应答器双矢量重构的安装误差估计方法。该方法为确定超短基线安装误差估计模块的迭代次数提供了理论依据,并且可以有效地避免安装误差的估计值收敛于伪点。水下实验结果表明,经过安装误差角补偿后的超短基线定位系统对目标应答器的定位精度与参考真值相比,80%以上的定位误差在1m以内,证明了本算法可以在一次环绕航行中完成水下应答器的定位及超短基线安装误差角估计,具有估计精度高,操作简便,易于实现的特点。     

海洋无人小型平台惯性/水声组合导航技术

近年来,海洋无人小型平台逐渐成为人类从事海洋研究与探索等活动不可或缺的工具.随着"海洋强国"战略的实施,水下平台的导航定位技术成为维护领海安全、发展海洋经济及执行水下一系列任务的重要保障.现阶段,水下无人小型平台导航定位方法多采用以惯性导航技术为主、水声定位及地球物理导航等技术为辅的组合导航方式.其中,惯性/水声组合导...     

水下复杂环境下基于SINS/USBL/DVL多源信息融合的组合导航算法

针对复杂水下声场环境下高精度、长航时导航与定位的需求,构建了捷联惯性导航系统(SINS)/超短基线(USBL)相对测量信息的观测方程和SINS/声学多普勒测速仪(DVL)的观测方程,提出了一种融合SINS/USBL/DVL多源信息的组合定位算法.为解决声学量测信息不确定引起的导航性能下降的问题,充分考虑水声野值所导致的...     

基于DSP的自适应滤波LMS算法的研究和实现

水声通信是近年来发展迅速、研究相当活跃的通信技术领域之一,它的研究为水下信息可靠传输提供了重要保障。本研究课题来自某军工科研项目,主要对浅海中的信息进行识别、收集、存储、转发。本文主要介绍自适应滤波特点并对LMS算法进行了研究,同时结合DSP使其实现。最后对实验结果进行了分析。     

水下载体SINS/USBL组合导航滤波方法研究

捷联惯性导航系统(SINS)具有短期定位精度高的优点,但其定位误差随时间发散,超短基线(USBL)在其有效工作范围内定位误差不发散,且由于受作用距离及复杂水下环境的影响,其定位数据不连续,离散度大,野值多。水下载体导航采用SINS/USBL组合导航,可充分发挥各自的优势。根据USBL量测信息的特性,给出了一种基于改进的带观测噪声时变估计器的Sage-Husa自适应Kalman滤波方案,经实物数据仿真验证了此滤波方案的有效性。     

一种基于集中滤波的SINS/DVL/USBL 水下组合导航算法

针对水下运载体的长时间高精度导航问题,提出一种基于集中滤波的捷联惯性导航系统(SINS)/声学多普勒测速仪(DVL)/超短基线(USBL)水下组合导航方法,建立了杆臂在线估计的SINS/DVL速度观测模型和SINS/USBL相对量测信息观测模型,并利用参考信息判定结果实时更新量测方程及维数,既能保证精度,还能一定程度上减少运算量。理论仿真和湖面试验表明,本算法能够实现长时间高精度的水下导航定位,具有可行性。     

室内定位关键技术综述

近年来,位置服务需求不断增长,催生了定位技术的不断发展。针对室内定位,首先介绍了目前广泛应用的几种室内定位系统及其定位原理,并分析了它们的优缺点。然后,针对室内定位中常见的几类关键问题,做出了介绍分析。最后,通过分析现有定位技术,给出了室内定位技术的发展趋势,表明融合定位及导航通信一体化定位是提高定位精度及鲁棒性的有效方法,毫米波及MIMO技术的应用可有效提高测距精度并提高抗多径能力。     

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。     

水下运载体导航技术

本文第一部分综合了国外近几十年根据不同需求形成的多种水下导航技术,论述了面上导航信息利用水声技术向水下转化的多种形式以及利用不同地球物理参数与地理位置相关性导航的各自特点与问题,论述了在测绘海底地形、重力与其它地球物理特性及其变化时在传感器层面和任务层面融而为一所形成的独具水下特色的同步定位与建图(Simultaneous Localization and Mapping,SLAM)导航技术,论述了NavLab作为一个通用工具软件在水下导航系统研发、精度分析以及作业前导航功能规划和导航信息事后处理方面的独特作用。本文第二部分以极具代表性的挪威HUGIN AUV系列产品军民两用为实例,根据任务和导航功能需求,从其“导航工具箱”(ToolBox)选择适用手段,给出典型任务对应的导航方式和传感器。文章结束部分给出了基于先进人工智能技术的未来展望。     

室内定位技术与应用综述

近年来,随着基于位置服务日益增大的需求,以及基于卫星定位的全球导航卫星系统(GNSS)无法在室内定位的问题,针对复杂室内场景的室内定位技术发展迅速,逐步在各行各业中发挥作用,从各个方面影响着人们的日常生活。首先对目前主流的室内定位技术分类体系、定位原理和方法进行了详细介绍,然后对国内外室内定位技术的研究现状进行了分析和对比,最后对室内定位技术的应用和难点进行了总结。     

局部干法水下等离子喷涂

在水下等离子弧特性及其稳定性研究的基础上,本文提出一种新的喷涂料－局部干法水下等离子喷涂。文中给出了该方法的原理并进行了工艺性试验和涂层性能分析。研究结果表明,本方法工艺上可行,克服了现有湿法水下等离子喷涂的不足,而且在某些方面优于大气中的等离子喷涂,是一种有发展前途的喷涂新方法。     

密集杂波背景下的水下多目标跟踪方法

水下多目标跟踪是水声信号处理领域研究的热点和难点问题。高斯混合概率假设密度(Gaussian mixture probability hypothesis density, GM-PHD)滤波器以其高效的计算效率为解决水下多目标跟踪问题提供了保证。然而,GM-PHD滤波器在跟踪目标时需要先验已知新生目标的强度,否则其性能会出现严重退化。针对该问题,提出一种滑动窗两步初始化高斯混合概率假设密度(sliding window two step initialization GM-PHD, SWTSI-GMPHD)滤波器。将提出的滑动窗两步初始化方法嵌入GM-PHD滤波器,利用滑动窗两步初始化方法估计新生目标强度,减少杂波干扰导致跟踪结果中出现的虚假目标。仿真实验表明,在杂波密集环境下,相较于其他跟踪方法,提出方法将跟踪精度提高69.84%,52.62%和41.05%。     

浅析水下PNT体系及其关键技术

针对水下用户进行了梳理与分类,分析了水下用户对于PNT服务的需求,以及当前水下PNT体系的能力水平距离满足用户长期需求存在的差距。阐述了当前国际上水下PNT体系的建设现状,以及部分国家对于PNT体系建设的规划。在此基础上,分析了未来水下PNT体系的发展方向。最后,从水下PNT特殊性出发,总结归纳了包含惯性、重力/地磁匹配、水声导航、水下PNT能力评估等技术内容的水下PNT关键技术。     

基于TERCOM-ICP联合算法的水下地形匹配方法研究

水下地形辅助导航一直是应用于AUV的热点和前沿问题,有助于修正惯导随时间积累的定位误差,以实现精确的导航定位。对经典地形匹配方法TERCOM算法进行了简单的介绍,引入点云配准领域的ICP算法,针对多波束测深系统可以获取地形剖面的特点,提出了一种TERCOM-ICP联合匹配算法。首先使用TERCOM算法粗匹配,将粗匹配后的大致位置作为指示输入ICP算法中进行精匹配,通过仿真实验对TERCOM算法的匹配结果和ICP算法的匹配时间作对比分析。仿真结果表明：TERCOM-ICP算法可以有效提高水下地形匹配精度,经过仿真实验测试,平均匹配误差可以达到20 m以内,所用时间在160 s以内,验证了该算法应用在水下地形匹配领域的可行性,更好地满足了水下辅助导航的要求。     

毫米波通信定位一体化自组网资源分配技术

毫米波通信链路具有低延迟、高速率和高定向性的特点,能够实现高速率自组网通信和高精度节点定位。在通信定位一体化背景下,研究了毫米波自组网中的多用户资源分配问题。系统采用基于正交频分多址(OFDMA)的多用户通信定位一体化框架,推导了基于位置估计误差界(PEB)和方位估计误差界(OEB)的多用户定位性能准则和基于数据速率的通信准则,建立了时域和频域的资源分配优化问题模型,在保障链路通信速率的前提下,最优化用户的定位性能指标。为了求解上述混合整数非线性规划问题,引入广义Benders分解算法,将优化问题分解为主问题和子问题进行迭代求解,得到有效的资源分配结果,最后通过仿真验证了资源分配对定位与通信性能的影响以及算法的有效性。     

水下PNT体系信息架构及关键问题

卫星导航系统固有的弱点与脆弱性制约了其水下应用，因此针对水下用户的定位导航授时（PNT）信息需求，迫切需要建设可提供全时全域、实用有效、安全可靠的PNT信息服务的水下PNT体系。针对水下PNT体系的顶层设计问题，重点探讨了PNT体系架构的核心信息架构设计及相关关键问题。系统分析了水下PNT体系建设的特殊性以及水下用户对于水下PNT服务的需求。在水下PNT体系构建原则的基础上，重点介绍了感知层、预处理参量层、本地时空参数层、环境信息层、多源信息融合层、系统应用服务层、体系服务管理层等七层水下PNT信息体系架构。总结了水下PNT体系构建时所涉及的关键科学问题和技术问题，并分析了后续水下PNT体系的主要研究方向。     

水下气液两相冲压发动机非设计点性能分析

针对水下气液两相冲压发动机非设计工况下运行特性,建立数学模型并开展数值模拟研究,分别分析了通入气体质量流率、航行速度及环境压力变化对发动机性能的影响等,以期全面了解发动机特性,为其设计工作奠定理论基础。计算分析表明:发动机推力随气体质量流率的增大而增大,推进效率随其增大而减小;当实际航行速度大于设计值时,发动机推力略有增大,推进效率在速度为设计值时具有最大值;发动机推力及推进效率均随环境压力增大而略有减小。通过反馈控制调节气体质量流率,可使发动机输出与阻力相近的推力值,使航行体在工作速度范围内的任意速度值下实现匀速航行。     

水下喷雾发动机非设计点性能分析

针对水下喷雾发动机非设计工况下运行特性,建立数学模型并开展数值模拟研究,分析了航行体速度及环境压力对发动机性能的影响等,以期全面了解发动机特性,为其设计工作奠定理论基础。计算结果表明:当发动机应用于航行速度大于发动机设计速度的航行体时,需增大通入气体质量流率,但发动机推力略有减小,推进效率增大;环境压力大于发动机设计工况时,需减小气体质量流率,同时发动机推力及推进效率均减小。通过反馈控制调节气体质量流率及压力,可使发动机动力输出满足航行体一定速度范围内航行的推力需求。      

自主水下航行器的组合导航系统综述

由于GPS和无线电信号在水下严重衰减，因此以惯性导航为核心，加以其他辅助导航设备的组合导航系统正适用于自主水下航行器的使用环境。回顾了近年自主水下航行器组合导航的最新进展，为将自主水下航行器应用于军用和民用等领域的研究学者提供了参考。首先，总结了国内外近十年来自主水下航行器组合导航方法，如INS/APS组合导航、INS/GPS组合导航、INS/DVL组合导航、INS/地球物理组合导航和INS/SLAM组合导航；介绍了各种自主水下航行器组合导航系统的基本原理和关键技术问题的解决方案；总结对比了其优缺点和发展趋势；最后给出了未来自主水下无人航行器组合导航面临的挑战。     

水下超声速燃气射流气泡的生长及压力波传播特性实验研究

为获取燃气射流对上游水域的影响特性,采用燃气发生器和水下实验系统,研究了水下超声速燃气射流的气泡生长及演变过程,以及气泡压力波在水中的传播特性,并研究了压力波在水介质中的衰减规律。研究表明,燃气泡生长和"破碎"伴生着压力脉动在水介质中传播,气泡压力波的能量在水介质中快速衰减。