水下地形辅助导航算法综述

地形辅助导航是一种利用地形特征辅助惯性导航的自主导航方法。与其他传统导航方法相比,地形辅助导航可以更好地满足水下航行器高精度、长航时及高自主性的导航需求,因而成为了水下导航定位领域的重要研究方向。围绕水下地形辅助导航算法,介绍了其基本原理和分类方法,并对基于相关性匹配的算法、基于滤波的算法和基于同时定位与构图（SLAM）的算法这3类地形辅助算法的原理及其发展现状进行了综述,其中详细介绍了粒子滤波算法的研究进展。此外,还对比分析了各类算法的局限性、初始定位误差敏感程度、实时性、稳定性和计算量。最后,对地形辅助导航的未来发展趋势进行了展望。     

巡航导弹组合导航中综合地形匹配算法研究

为了克服惯导误差随时间累积的不足,提高巡航导弹的目标命中精度,提出了基于惯导/地形匹配组合导航的巡航导弹中制导方案.其中,地形轮廓匹配技术采用MSD算法和COR算法相结合的综合地形匹配算法,通过粗配和精配两步完成地形匹配过程.组合导航仿真结果表明,采用综合地形匹配算法的地形匹配辅助导航方法可以明显提高惯导精度,因而基于惯导/地形匹配组合导航的巡航导弹中制导方案是可行的.     

地形匹配修正陀螺仪误差漂移系数研究

探讨了巡航导弹在巡航直飞段陀螺仪漂移误差对导弹视加速度的影响,结合地形匹配中的巡航弹航向角偏差研究,对依靠地形匹配分离陀螺仪误差系数方案进行了可行性分析,并且利用地形匹配数据对陀螺仪误差系数进行即时修正.通过仿真计算,对网格大小不同的地形匹配区提出了地形匹配区最大航向角偏差的精度要求.结果显示对误差漂移起到了明显的修正效果,为进一步研究减小制导工具误差的途径提供了新的思路和方法.     

一种基于多特征融合的地形匹配

提出了一种多特征融合的地形匹配算法,充分利用地形的各种不同的统计特征和几何特征,构造了一种地形匹配网络模型。通过对实时图和参考图分析,给出了计算网络节点之间的权值函数,建立了网络系统能量方程,通过求系统的最小能量得到最佳匹配位置。由于网络能融合地形的不同统计特征和几何特征,所以算法大大提高了系统的抗干扰能力和定位精度,适合于实时图容易发生畸变的地形匹配领域,实验结果表明,定位精度和抗干扰能力均优于传统的地形匹配方法。     

三维地形不变性特征描述及其在地形匹配中的应用

 针对实时地形图与基准地形图之间存在旋转、缩放和平移等相似变换的地形匹配问题,提出一种基于地形不变性特征描述的匹配方法。分析了地形的凹凸特征,根据三维地形表面的局部极值点相对位置分布稳定的特点,采用极值点相对位置归一化表示的方法构造了地形的不变性特征向量,基于二维地形特征向量间的距离比较,实现了适应相似变换的地形匹配。该地形描述与匹配方法不依赖于地形的绝对尺度值,仿真实验表明了方法具有较好的实用性,是解决导航定位中存在缩放变换的地形匹配的有效方法。     

面向直升机的地形概率密度特征匹配方法

随着现代战争的发展,争夺低空、超低空制空权具有重要意义,地形辅助导航是实现直升机等低空飞行器导航定位的有效手段。针对直升机低空飞行场景下地形辅助导航中的地形匹配受量测误差影响大导致匹配错误进而影响定位精度的问题,通过对传统匹配相关运算方法进行分析,引入地形高程差的概率密度作为相关性计算方法,提出了一种利用地形高程差的概率密度特征进行地形匹配的方法,并引入地形复杂度与相似度对地形匹配置信度进行评估,减小错误匹配对导航误差修正的影响。仿真实验结果表明,所提出的基于概率密度特征的地形匹配方法对量测误差具有更高的适应性,匹配准确率更高,相对于传统方法,在测量误差较大的情况下可以提高56.5%的匹配准确率。通过对地形匹配置信度进行评估,在误匹配次数较多的场景下可以将组合导航定位误差的均方根误差降低为传统方法的3.54%,有效提高了地形辅助导航系统的容错性。     

基于OFDM技术的水下通信研究

正交频分复用技术(OFDM)具有良好的抗多途特性和带宽利用率高的特点.由于使用并行传输使数据传输速率大大提高,并且通过加循环前缀提高了抗多径干扰的能力,经多径时延信道传输后,接收端通过简单的信道编解码技术即可实现无符号间干扰接收.OFDM技术受到高速率数据传输系统的青睐,在水下通信中具有很好的应用前景.     

基于横向二次射流的水下推力矢量方法

提出一种基于横向二次射流的水下推力矢量技术,通过二次射流的横向速度场诱导主流发生偏转,建立了推力矢量偏角与流速偏角的数学关系,证明了通过主流偏转实现推力矢量偏转的有效性。通过数值计算方法分析了不同二次射流深度、不同二次射流/主流体积比及不同二次射流/主流速度比条件下主流偏转角度变化。结果显示:随着二次射流深度的增加,主流受到壁面阻碍作用增强,因而偏转角度减小。随着二次射流/主流体积比的减小,出口负压区所占比例减小,主流偏转角度增加,且当体积比减小到一定值后,负压影响可以忽略,主流不再随体积比而变化。主流偏转角度随速度比增加而增加,且在速度比一定的条件下,速度数值的变化对主流偏转没有影响。设计了一种主流为圆形射流的水下矢量推进器,对其数值分析结果揭示:当位于射流中剖面同侧的二次射流全部作动时,主流可以取得最大的偏转角度,且主流的偏转方向可以通过使不同的二次射流组合处于作动状态进行控制。      

基于非线性运算的水下弱目标回波积累检测算法研究

为了有效地检测出淹没在背景噪声中的水下弱目标回波信号,建立高斯噪声和脉冲噪声背景下的水下弱目标多脉冲回波模型,并导出匹配滤波器的输出模型,提出基于非线性运算的目标回波积累检测算法,利用该算法检测淹没在背景噪声下的弱目标回波信号。结果表明,无论是高斯噪声还是脉冲噪声、静止目标还是匀速运动目标,该算法均能有效地检测出目标回波信号。     

BTT导弹地形跟踪/地形回避控制器设计方法

针对倾斜转弯(BTT)导弹地形跟踪/地形回避控制任务,在弹体坐标系下建立了导弹的动力学数学模型,将滚转通道独立解耦,俯仰-偏航通道耦合设计;依据H_∞混合灵敏度理论,设计了俯仰-偏航通道过载控制器和滚转通道滚转角控制器;通过六自由度非线性仿真,验证了设计方法的有效性。     

一种雷达目标在三维地形的显示方法研究与实现

机载雷达探测目标位置是机载坐标系坐标,为实现目标在地理位置的三维可视化显示,将雷达探测目标信息投影到地理三维地形表面,需经过从机载坐标系到地理坐标系的转换,精准的转换算法能实现无偏差或误差接收范围内投影效果。提出一种将雷达目标信息从机载坐标系转换到地理坐标系方法,实现雷达坐标系到地理坐标系精确转换,利用三维地形绘制技术,实现雷达目标和地理三维地形融合显示。方法已经应用在某机型防撞系统。     

飞行器视觉导航新时代——从地形匹配到空间智能（封面文章）

视觉导航对于飞行器的自主性和智能化发展具有重要意义。随着各类技术,特别是人工智能技术的飞速发展,飞行器视觉导航进入了一个新的时代。通过分析飞行器视觉导航的演进历程及其在不同发展阶段的技术特点和应用,揭示了飞行器视觉导航的发展趋势和重点。根据输入信息和输出导航参数的特点,飞行器视觉导航技术的发展可分为地形匹配导航、景象匹配导航、空间计算导航和空间智能认知导航4个阶段。重点归纳整理了各阶段具有代表性的导航方式、信息处理特点及应用情况,简要介绍了团队在飞行器空间计算导航方面的研究。讨论了当前视觉导航与人工智能的融合情况,并对后续发展进行了展望。随着数据不断积累、算法持续迭代及端侧算力不断提升,基于空间大模型的“空间智能认知导航”在未来可能“让飞行器像人一样导航”,作为一种全新的飞行器自主导航方法,为极端环境下飞行器的自主决策与复杂任务执行提供有力支撑。     

InSAR成像匹配制导技术

为了解决飞行器远程全天候高精度自主导航的问题,提出一种InSAR成像匹配制导技术,利用InSAR生成的高程数据与基准高程图进行精确匹配,并通过构象模型反演出飞行器的空间位置。分析对比了多种精确地形匹配方法,采用基于F.Leberl数学模型的空间定位方法并分析了误差影响。仿真结果表明,该方法可以实现飞行器高精度自主导航定位,大大提高飞行器的适应性和抗干扰能力。     

一种改进的地形轮廓预测匹配辅助导航算法

传统的地形轮廓匹配 (TERCOM )辅助导航系统 ,由于其实时性差 ,已不能满足飞行器超低空高速的导航需要。本文引入预测控制的思想 ,提出了一种基于高度特征的地形轮廓预测匹配方法 ,减少了计算量 ,提高了导航系统的实时性和机动性。     

SEVERAL PROBLEMS OF DIGITAL MAP TECHNIQUE IN LOW ALTITUDE PENETRATION

ＳＥＶＥＲＡＬＰＲＯＢＬＥＭＳＯＦＤＩＧＩＴＡＬＭＡＰＴＥＣＨＮＩＱＵＥＩＮＬＯＷＡＬＴＩＴＵＤＥＰＥＮＥＴＲＡＴＩＯＮＬｉＱｉｎｇ（李清）,ＧａｏＰａｎ（高攀）,ＳｈｅｎＣｈｕｎｌｉｎ（沈春林）（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＡｕｔｏｍａｔｉｃＣｏｎｔｒ...