R-T-S平滑算法与抗差Kalman在数据后处理中的应用

为了提高组合导航系统后处理精度和数据稳定性,将R-T-S最优固定区间平滑算法引入数据后处理中,在前向Kalman滤波的基础上,进行了后向R-T-S最优固定区间平滑处理,并针对GPS观测值中存在异常的问题,将抗差Kalman滤波算法引入数据后处理中,并对该算法进行实物仿真。结果表明,与传统Kalman滤波相比,R-T-S平滑算法不仅可以提高位置、姿态精度,而且在卫星信号失锁的情况下精度也得到显著改善,并且在不丢星的时刻,抗差Kalman滤波可以有效处理GPS信号中的异常观测值,遏制滤波发散,是一种有效的数据处理方法。     

模型预测滤波在机载SAR运动补偿POS系统中的应用

 机载合成孔径雷达（SAR）运动补偿用位置姿态系统（POS）的定位精度直接影响SAR成像的效果。为进一步提高POS的导航精度,提出将模型预测滤波（MPF）与扩展卡尔曼滤波（EKF）相结合的方法应用于POS中。该方法不需要假设模型误差为高斯过程,并能够在线实时估计并修正系统模型,有效解决了MPF算法与系统模型不完全兼容的问题。飞行试验结果表明,该方法的收敛速度和滤波精度均明显优于目前工程应用中的KF和EKF,特别是大大提高了POS的定位精度;同时该算法与线性滤波KF的计算量相当,更好地满足了工程应用对导航精度和实时性的要求。     

基于新息正交性的Kalman滤波抗野值法在POS中的应用

 针对位置姿态系统（POS）应用中全球定位系统（GPS）野值会降低滤波精度和稳定性的问题,提出将基于新息正交性的Kalman滤波（KF）抗野值法应用于POS数据处理中。该方法首先通过判断KF新息过程的正交性是否丧失来判别GPS的位置和速度数据中是否出现野值,然后采用活化函数对含有野值的量测值进行加权限制,使修正后的新息过程能够保持正交性质,从而达到辨识并修正GPS野值的目的。车载试验结果表明,该方法能够有效辨识并抑制GPS野值对滤波精度和稳定性的不利影响,其在GPS野值点处的位置、速度精度比标准KF提高了1~2个数量级。     

基于双捷联算法的POS误差在线标定方法

为了提升位置和姿态测量系统(POS)的精度,结合POS工作过程中典型的匀速直线运动,提出了一种准实时的POS误差在线标定方法。首先设计了基于双捷联算法的在线标定方案,对系统误差方程进行简化处理,求出中时期导航条件下的系统误差状态转移阵。然后根据POS的两段相邻匀速直线运动导航误差,对系统误差参数进行在线标定,并通过可观测性分析得出POS运动与系统误差在线标定效果之间的对应关系。车载试验和飞行试验结果表明,在POS正常遥感作业过程中,本文提出的在线标定方法能够有效提升系统精度。     

高精度惯性导航系统动态基准设计方法研究

为了有效评估高精度惯性导航系统的动态精度,获取更高精度的动态基准导航参数是关键.提出了一种针对高精度惯性导航系统的动态基准设计方法,对固定区间平滑滤波的算法原理进行了研究,并在不改变外测信息采样周期的前提下,对算法进行了改进,以提高固定区间平滑滤波对导航系统误差估计的平滑度.经仿真数据和实测数据验证,改进后的固定区间平滑滤波算法能有效提高惯性导航系统导航精度,平滑后的导航参数可作为评价高精度惯性导航系统动态精度的基准.     

确定相干机器多噪声源位置的方法研究

提出利用均匀线阵接收的数据构造一种矩阵进行奇异值（SVD）分解,以实现对相干噪声源的方位估计。利用这种方法,通过改变阵列中心位置便可确定机器多噪声源位置。计算机模拟和声学实验证实了这种方法的可行性。     

晃动环境下组合导航系统精度事后评估算法研究

海风、波浪、海流等因素会产生舰船的摇摆晃动,从而给舰船导航系统精度带来严重干扰.固定区间平滑滤波处理算法能够利用观测时间间隔内全部观测信息得到状态的最小方差估计,对导航精度进行事后评估.在研究晃动环境下的SINS/GP S组合导航应用平滑滤波算法的相关原理的基础上,首先利用Kalman滤波器进行组合导航,存储相关信息后按时间逆序利用固定区间平滑滤波算法进行事后分析.该方法可以针对不同的海况以及不同的海上作业需求,有效地为组合导航系统精度提供检验标准,考核各种海洋环境下的导航系统精度.     

一种“速度+姿态”传递对准方法的半实物仿真

本文运用分段线性定常系统（PWCS）可观测性矩阵及其奇异值分解法（SVD）,对时变系统的可观测性与可观测度进行了定性及定量分析。通过系统仿真和实测离线数据证实了“速度+姿态”传递对准匹配方法的有效性。试验结果表明,在10s内水平对准精度达到0.5mrad以内,航向对准精度达到1.0mrad以内。     

基于陀螺稳定座架的移动成图系统活动杆臂补偿技术

陀螺稳定座架和位置姿态系统(Position and Orientation System,POS)一起构成了移动成图系统(Mobile Mapping System,MMS)的稳定控制部分,POS的位置和姿态角必须达到很高的精度才能满足成图需求.提出了基于陀螺稳定座架的活动杆臂补偿技术,利用陀螺稳定座架测量的姿态角对测绘作业过程中卫星天线到POS的活动杆臂进行解算,对POS输出的位置和速度进行变杆臂补偿,获得更加精确的位置和姿态角信息.机载试验结果表明,该算法可以获得高精度的位置信息,且对姿态角精度有一定提高,是一种有效的系统活动杆臂补偿技术.     

INS/SAR组合导航参数传递建模及精度分析

 对合成孔径雷达景象匹配辅助（INS/SAR）组合导航中地面合成孔径雷达(SAR)匹配点位置参数向飞行器主惯导中心的传递过程进行研究。分析了SAR匹配点位置传递过程中所涉及的各环节及其相互关系,以此为基础建立了测量参数传递过程数学模型,提出适合该模型的误差分析与精度估计方法,结合理论和实验结果对各测量参数误差所造成的传递误差进行分析和比较,得出单一测量参数误差影响程度的排序,并在此基础上得出总精度的估计值。参数传递模型及精度实验结果与实际情况相符,可为组合导航中合理的精度分配提供依据。     

Helicopter maritime search area planning based on a minimum bounding rectangle and K-means clustering

Helicopters are widely used in maritime Search and Rescue (SAR) missions. To ensure the success of SAR missions, search areas need to be carefully planned. With the development of computer technology and weather forecast technology, the survivors’ drift trajectories can be predicted more precisely, which strongly supports the planning of search areas for the rescue helicopter. However, the methods used to determine the search area based on the predicted drift trajectories are mainly derived from the continuous expansion of the area with the highest Probability of Containment (POC), which may lead to local optimal solutions and a decrease in the Probability of Success (POS), especially when there are several subareas with a high POC. To address this problem, this paper proposes a method based on a Minimum Bounding Rectangle and K-means clustering (MBRK). A silhouette coefficient is adopted to analyze the distribution of the survivors’ probable locations, which are divided into multiple clusters with K-means clustering. Then, probability maps are generated based on the minimum bounding rectangle of each cluster. By adding or subtracting one row or column of cells or shifting the planned search area, 12 search methods are used to generate the optimal search area starting from the cell with the highest POC in each probability map. Taking a real case as an example, the simulation experiment results show that the POS values obtained by the MBRK method are higher than those obtained by other methods, which proves that the MBRK method can effectively support the planning of search areas and that K-means clustering improves the POS of search plans.     

高精度光纤IMU的磁屏蔽方法及实验研究

惯性测量单元(IMU)是位置姿态系统(POS)的核心部分,IMU的精度很大程度上决定着POS精度.由于高精度光纤陀螺(FOG)的光纤线圈对磁场敏感,基于高精度FOG的IMU精度会受磁场影响而降低.本文研究了FOG磁敏感性机理,通过实验得出高精度光纤IMU对磁场敏感的结论.采用电磁场有限元分析软件Ansoft Maxwe...     

运动补偿用惯性器件误差对SAR成像分辨率的影响研究

 为提高合成孔径雷达（SAR）系统的性价比,必须根据SAR成像分辨率的要求和整体系统参数,设计相应精度的运动补偿用捷联惯导系统。在确定SAR运动补偿系统方案和安装方式的基础上,分析不同方向的加速度计和陀螺仪误差对天线相位中心位置测量误差的影响,并利用位置测量误差与SAR成像分辨率之间的关系,进一步明确了不同方向的加速度计和陀螺仪对SAR成像分辨率的影响。研究表明：基于SAR的工作原理和安装方式,x方向加速度计和y方向陀螺仪对SAR成像分辨率的影响明显比其他惯性器件严重;相同误差水平的惯性器件对SAR成像分辨率的影响随着合成孔径时间和工作波长的不同而不同,时间越长,波长越短,影响则越严重。SAR成像仿真证明了结论的正确性。研究结果对于研制高性价比SAR成像运动补偿系统有一定的理论指导意义。     

Development of a SAR digital system

A data acquisition system for an airborne SAR (Synthetic Aperture Radar) was designed and implemented. DSP is used for the first time in the implementation of a SAR data acquisition system. A novel precision programmable timer using the DDS (Direct Digital Synthesis) technique was designed, built, and successfully tested to provide increased flexibility, reliability and stability     

SAR图像匹配制导精度影响因素分析

合成孔径雷达（SAR）具有高分辨率、全天候等优点,是提高精确制导武器制导精度的有力工具。制导精度是精确制导武器的重要性能指标,影响SAR制导系统精度的主要因素有实时图的获取误差及预处理误差、图像匹配误差、惯导测量误差、SAR制导特殊弹道引起的导航制导的误差。概述了SAR图像匹配制导系统精度的相关研究,对比和分析了这些研究和结论,指出了该研究存在的问题和发展方向。     

基于惯性系双积分的分布式POS抗干扰对准方法

分布式P OS是一种基于惯性/卫星组合技术的柔性基线多节点高精度时空测量系统,是多任务航空遥感载荷高精度成像的关键装置.然而,外部扰动及节点间的柔性连接使得分布式P OS不能采用传统解析粗对准方法进行高精度初始对准.为实现分布式P OS系统在外部扰动下获得高精度初始姿态,提出了基于惯性系双积分的抗干扰对准方法,通过双积分去噪原理极大降低外部扰动影响,最后对算法进行了三轴转台实验和飞行实验验证.实验结果表明,该方法能够有效隔离载体的动态干扰,实现了分布式P OS各节点初始姿态信息的高精度测量.     

FrFT-CSWSF:Estimating cross-range velocities of ground moving targets using multistatic synthetic aperture radar

Estimating cross-range velocity is a challenging task for space-borne synthetic aperture radar（SAR）, which is important for ground moving target indication（GMTI）. Because the velocity of a target is very small compared with that of the satellite, it is difficult to correctly estimate it using a conventional monostatic platform algorithm. To overcome this problem, a novel method employing multistatic SAR is presented in this letter. The proposed hybrid method, which is based on an extended space-time model（ESTIM） of the azimuth signal, has two steps： first, a set of finite impulse response（FIR） filter banks based on a fractional Fourier transform（FrFT） is used to separate multiple targets within a range gate; second, a cross-correlation spectrum weighted subspace fitting（CSWSF） algorithm is applied to each of the separated signals in order to estimate their respective parameters. As verified through computer simulation with the constellations of Cartwheel, Pendulum and Helix, this proposed time-frequency-subspace method effectively improves the estimation precision of the cross-range velocities of multiple targets.     

用于SAR运动补偿的DGPS/SINS组合系统研究

使用考虑位置误差相关项的伪距率观测模型 ,研究了用于合成孔径雷达运动补偿的差分 GPS/ SINS伪距率组合系统。结果表明 ,组合系统的长期位置精度能达到 1 m左右。 GPS数据更新率低于 INS,在 GPS测量时间间隔内 ,组合系统的性能仅由 INS决定。虽然 INS误差随时间积累 ,在 GPS数据更新率为 1 s的情况下 ,即使采用中等精度的惯性仪表 ,其相对位置精度为厘米级 (这里相对位置精度指组合系统在 GPS测量时间间隔内位置误差的变化范围)。