卫星导航，从“子午仪”开始

<正>卫星导航从很大程度上来说是天文导航的衍生和发展,从远古时期人们就开始通过观测夜空中的星星和白天的太阳来确定自己的位置。在漫长的航海史中,人类发明了各种各样的天文观测仪器,最著名的就是所谓的六分仪。用六分仪对准太阳或者星星,通过一定的计算就可以确认自己在大海上的位置。这种测量的精度算不上太高,误差很大,但在那个没有无线电技术的年代,六分仪已经算得上是最可靠的导航手段了。     

决斗幽灵船

在2007年5月末的一天，一艘意大利籍商船“西西里古堡”号正在横渡大西洋百慕大海域前往美国。船长大卫·加里波弟50余岁，已经有20余年的海龄了。他出生在意大利热那亚，那是航海家哥伦布的出生地。大卫从小听过了太多哥伦布航海探险的故事，从小就立志当一名航海家。     

火星车绝对定位方法选择

针对火星巡视探测任务,提出3种火星车绝对定位方法:无线电测控定位、图像匹配定位、位置圆定位。无线电测控方法首先确定环绕器的轨道,然后利用环绕器和火星车的器间通信定位确定火星车的绝对位置;图像匹配方法利用着陆过程中的降落图像与带地理信息的着陆区地形图进行匹配,实现火星车的位置确定;位置圆方法通过敏感器在多个时刻测量阳光矢量方向和重力矢量方向,结合星历信息求解火星车的位置。对3种方法进行分析比较,根据定位精度、使用约束等因素,给出在轨使用建议:位置圆定位为基本方法,无线电测控定位作为校验手段,图像匹配定位作为修正手段,以满足火星车快速、高精度的定位需求。     

浅谈GPS的发展与对抗措施

１　ＧＰＳ的现状与发展 卫星导航综合了传统的天文导航和地面无线电导航的优点，实现了全球、全天候和高准确度的导航定位。卫星导航定位技术在军事上有着极其重要的意义，在民用上也有巨大的经济效益和社会效益。 卫星导航系统是由卫星、地面站和用户设备组成。用户为了确定自己在指定坐标系中的位置，通常采用推航定位或称自主式定位，导航台定位亦称他备式定位，或者二者相结合的导航定位方法。卫星导航是导航台定位，导航卫星便是系统设置在空间的导航台，其空间位置是系统位置的基准点。定位过程可分为三步来实现：已知卫星在某指定坐…     

美国的单星导航定位卫星

一、卫星工作原理美国 Starfind 公司最近推出一种新颖的小型化导航定位卫星。这种卫星重量极轻,最多不超过400磅,设置在地球静止轨道上,只需要一颗卫星就可以确定舰船和车辆的位置。这种卫星可能成为 Geostar 定位卫星的有力竞争者。Geostar 卫星应用传统的多颗卫星三角测量技术,其工作原理是通过测量两颗卫星到目标的距离来确定目标的位置。而新式卫星的独到之处是采用了完全不同的测量原理,因而可以实现单星定位。Starfind 公司卫星的工作原理如下:     

卫星位置偏差对双星/GIS组合定位的影响及组合定位试验

建立了双星定位和双星／GIS组合定位的计算模型.在此基础上研究了星历误差对双星定位结果的 影响,卫星位置偏差对组合定位结果的影响,在组合定位中,在经、纬度方向上,分别给卫星位置加入均方差 为1°的位置偏差.结果表明,给卫星位置加入均方差为1°的经、纬度方向位置偏差,并不会降低组合定位的 精度.对这一重要结论,从几何上给出了解释.最后进行了双星／GIS组合定位的物理试验.试验结果表明, 双星／GIS组合定位确实可以大大提高双星定位的精度.     

基于光电探测系统的地面车精确定位定向技术

针对地/地导弹发射车、指挥车、侦察车等陆地战车对车载定位/定向系统越来越高的要求,提出了一种利用光电探测系统测量3个已知标志点与地面车辆之间的角度信息来精确确定地面车辆的位置和航向的方法.仿真结果表明:只需依次对3个已知标志点进行1次光电测角,就可以精确确定地面车辆的位置和航向,并且东向和北向定位误差小于0.5m,方位误差小于20″(1σ).这种方法简单、快速,定位定向精度高,且能同时服务于同一场地的多辆地面车,具有重要的实用价值.      

二、各显神通的人造卫星

日夜航行在大海上的商船和军舰，随时需要知道自己到了什么地方．距离目的地还有多远。在一望无际的海面上，四周围见到的只是水连天、天连水．船舰依靠什么办法来判斯自己所在的位置呢?这个问题．在航海学上叫做“导航”。     

航天科普论坛二、各显神通的人造卫星

第五节不落的北斗星 日夜航行在大海上的商船和军舰,随时需要知道自己到了什么地方,距离目的地还有多远.在一望无际的海面上,四周围见到的只是水连天、天连水,船舰依靠什么办法来判断自己所在的位置呢?这个问题,在航海学上叫做"导航".     

导航卫星的广泛应用和最新进展

许多世纪以来,科学家和航海家们为获得经、纬度而进行了坚持不懈的努力。在古希腊,早就有通过测定月蚀结束时间来获得经度的想法。1494年克里斯托佛·哥伦布曾试图利用这种方法远离海岸,但失败了。1805年梅林韦瑟·刘易斯在向太平洋的冒险航行途中,曾笨拙地利用月蚀确定其所在位置到英国格林威治的距离。1612年意大利科学家伽利略建议用木星的4颗明亮的卫星作为天体钟来获得经度,这种方法要求对着木星卫星的望远镜稳定不动,在大海中航行的舰船     

搜索和营救卫星系统

加拿大、法国、美国和苏联正合作进行一项试验性的搜索和营救卫星计划。这项计划的目的是论证利用低高度、高倾角轨道上的卫星所携带的设备来大大简化发现和定位遇难信号的工作。这些遇难信号是由安装在普通飞机和某些航海船上的紧急情况定位发射机(ELT)和紧急情况位置指示无线电信标机(EPIRB)发出的。卫星接收到遇难信号后把它们中继到地面站,地面站再进行信息处理,最后把确切地点传输到救援部门。现在,美国、法国和加拿大的搜索和营救工作是采用低功率无线电信标机发射电信号进行的,信标饥的工作频率是121.5兆赫     

具有方向特性的X角点的亚像素检测定位

X角点被广泛应用于相机标定与可见光视觉跟踪系统,不仅具有位置信息,还可以具有方向信息.针对X角点的精确位置检测和方向检测,提出了一种利用X角点对称性的检测与定位算法——对称性计算算子(SC,Symmetry Calculation),简称SC算子.该算法主要由两部分组成.先利用对称性计算值确定X角点像素位置,然后基于二次曲线拟合及直线相交求亚像素位置.通过角点定位实验,仿真分析高斯噪声和畸变对定位精度及鲁棒性的影响,并与Harris算法及Micron Tracker系统进行比较.实验表明,本文方法能有效检测X角点,排除其他类型的角点和干扰点,具有较高的定位精度和鲁棒性.      

基于智能空间的家庭服务机器人混合定位方法

智能空间在家庭服务机器人的应用中具有重要的作用,服务机器人的定位是其中的难点.首先提出了一种家庭环境下实现服务机器人进行家庭辅助操作的智能空间架构,然后对一种低成本的服务机器人混合定位方法进行了研究,该方法首先基于加权概率匹配定位算法的无线网络信号强度确定位置范围,然后读取智能空间中的无线射频标签进行位置计算,最后基于比例不变特征变换算法进行最终位置的视觉定位.在家居环境下的实验证明了该混合定位方法的有效性,该混合定位方法为服务机器人走入家庭提供了一种低成本、高可靠性的定位解决方案.     

无人机位姿测量的点特征视觉方法

针对无人机在动态环境下快速高精度定位的问题，提出了用单目相机对无人机上的人工特征点进行位姿解算的方法。在无人机上放置一定数量的小型LED灯，并将其作为视觉测量的特征点，并以其中一个点作为原点建立无人机机体坐标系。通过多场景测量确定特征点在机体坐标系下的三维位置，再将三维位置与特征点在图像中的成像位置相匹配，最后使用EpnP算法求解出无人机的位置和姿态。在实验部分，利用三轴移动平台和三维转台，分别对位置解算结果和姿态解算结果进行误差测量。试验结果表明，位置解算误差在2%以下，姿态误差在8%左右。同时，该算法的处理时间在2 ms左右，该算法可以满足无人机对定位的实时性和精度的要求。     

水下运载体航位推算系统初始位置确定方法

为了提高航位推算(DR)系统的初始位置精度,根据水下导航传感器的特点,提出了初始定位时间内基于DR轨迹平移策略的初始位置确定方法,该方法综合了DR和水声定位系统的特点,通过平移DR轨迹,得到了在确定运动趋势约束下的最优轨迹,并依据轨迹求出初始位置.针对某次海试数据,其结果表明:应用本文方法确定的初始位置误差分别为应用平均值法和最小二乘拟合方法的60.2%和77.2%,应用此方法可减小DR误差,并能提高DR/水声组合定位系统的稳定性.      

基于星间距离测量的高精度自主导航

研究利用地球卫星和月球卫星之间的测距信息进行自主导航的方法.基于三体摄动轨道动力学方程和星间测距信息,可以同时确定参与导航的地球卫星和月球卫星的绝对位置;但是在初始位置误差较大的情况下,导航系统的定位性能会受到影响.为了解决这一问题,提出基于"星间测距+紫外导航敏感器"的组合导航方法.采用该导航方法,能够在初始位置误差和紫外导航敏感器测量误差较大的情况下实现高精度自主导航.基于Cramer-Rao下界(CRLB)分析了组合导航系统的性能,并通过数学仿真验证了该导航方法的有效性.     

虚拟卫星

今天，人们可能都知道，太空中有一种名叫GPS的导航卫星星座，不仅飞机、舰船、战车，甚至城市出租车，个人旅行家也都装有或携带GPS接收机，利用GPS卫星来导航定位。GPS是英文“全球定位系统”的缩写，它由24颗卫星组成，分布在6条升交点互隔60度的轨道上，每条轨道上均匀分布4颗卫星，可以使便于任何地方的观测者，在任何时间都能同时观测到4颗GPS卫星，通过接收它们的信号，确定自己的位置。严格说来，GPS系统不能称“星座”。     

基于小波的航空发动机叶片孔探损伤检测

发动机孔探技术是航空发动机内部故障检测的重要技术,而叶片损伤则是发动机内部的一种常见损伤.针对发动机叶片损伤的特点,通过对损伤模型的分析,应用SUSAN(Smallest Univalue Segment Assimilating Nucleus)边缘检测算法对叶片损伤进行定位,应用小波变换对孔探图像进行分解,得到不同位置处的不同频率分量.并根据损伤模型的分析通过已定位的损伤位置来确定损伤法线方向的频谱分量,计算出损伤处除直流分量之外的其它频率分量的频谱能量,从而依据损伤频谱能量检测并估计发动机叶片的损伤.实验结果表明,应用此方法可以定量检测并估计航空发动机叶片表面损伤情况,为检测并估计发动机叶片损伤提供了理论和实践依据.      

无线传感器网络三维自身定位方法

针对部署在三维空间的无线传感器网络,提出了一种传感器节点自身定位方法APIT-3D(Approximate Point-In-Tetrahedron),通过判断传感器节点是否位于由锚节点组成的四面体的内部,筛选出可能的位置区域,并最终计算这些区域交集部分的重心,作为待定位节点的位置.仿真实验表明,作为一种不基于测量设备的定位方法,APIT-3D可以达到节点通信半径的40%以下的较高精度的三维定位,而且通信开销相比于二维定位方法增幅不明显.APIT-3D定位方法无需复杂的测距设备和昂贵的外部设施,且通信协议相对简单,因此是一种低成本、低功耗的无线传感器网络三维自身定位方法.