民航GPS地基区域完好性监视系统设计与实现

结合中国地域和空中交通流量分布的特点,提出了中国民航全球卫星定位系统GPS(Global Positioning System)地基区域完好性监视系统GRIMS(Ground-based Regional Integrity Monitoring System)的概念.一个包含7个监测站的地面监测网监测视界内的GPS卫星,判断其可用状况,并将判断结果和重要的监测数据发送到主控站.主控站计算中国范围内的接收机自主完好性监测RAIM(Receiver Autonomous Integrity Monitoring)空洞,同时推算全国民航飞机的实时位置,并向所有位于RAIM空洞中的飞机及时发送完好性告警信息.从卫星出现故障到飞机收到告警信息之间的告警延迟小于7s.该系统已经应用于中国民航,在保证飞行安全的同时提高了飞行效率.      

一种鲁棒GNSS矢量跟踪环

复杂环境下导航接收机的连续可用性一直是卫星导航领域的研究重点。针对矢量跟踪环动态适应性不够和误差在通道间传播的问题,提出一种鲁棒全球导航卫星系统(GNSS)矢量跟踪环。基于各通道的伪距、伪距率和伪距加速度状态量构建扩展卡尔曼滤波器(EKF),通过灵活设置过程噪声方差阵,实现跟踪通道的耦合与解耦;采用基于极大似然估计器(MLE)的鉴别器生成码延迟和载波频率偏差观测量;利用滤波值修正并预测伪距率来控制本地数控振荡器(NCO),实现环路的闭合。仿真结果表明,本文设计的矢量跟踪环在保证环路相互辅助的基础上,避免了衰减通道误差在通道间的传播,可以对被遮挡信号保持稳定跟踪,鲁棒性优于传统矢量延迟频率锁定环。     

EKF/UKF在编队飞行卫星GPS相对导航中的应用

 　航天器编队飞行协调工作,必须精确确定各航天器的相对位置和相对速度,即进行编队飞行相对导航。将扩展卡尔曼滤波(EKF,extended Kalman filter)和非线性滤波unscented Kalman filter(UKF)算法同时应用于编队飞行卫星的载波相位差分GPS相对导航。EKF与UKF算法原理不同,UKF算法的精度比EKF的精度高。在实际应用中,可以将两种算法组成互为备份的相对导航滤波器,这样可提高滤波系统冗余性能。     

基于深度学习光流法的荧光油膜全局速度测量

针对基于先验的传统光流法存在前提条件苛刻的问题，提出使用基于深度学习的光流法进行荧光油膜全局速度测量。采用数值仿真试验对基于先验的改进HS光流法和基于深度学习的FlowNet2光流法进行对比，结果显示：在不外加干扰时，改进HS光流法和FlowNet2光流法的平均端点误差分别为0.458 7像素/s和0.381 7像素/s；在亮度变化、噪声干扰或不同的演化时间下，FlowNet2光流法的平均端点误差均明显低于改进HS光流法，平均端点误差差值最大可达5.19像素/s；风洞试验进一步证明，FlowNet2光流法能够获得正确、清晰、定量的荧光油膜全局速度场，较改进HS光流法鲁棒性更高，对风洞工程应用具有一定的参考价值。     

结构与纯度结合的新型决策树分裂准则

决策树（Desision tree， DT）生长关键步骤的分裂或分叉准则通常根据纯度和误分类误差等实现，分裂生长分为轴平行和非轴平行方式。这些分裂准则一般与数据内在结构（如类别是否是多簇或单簇组成）无关。为了弥补这一缺失，本文提出了两种混合分裂准则，分别用加权和两步法将同类内的节点间距（Between-node margin within the same class，BNM）和同一节点内的类紧性（Within-class compactness and between-class separation in the same inner node，CSN）与纯度度量相结合。由于传统决策树以贪婪方式生长，仅能确定出当前的一个局部最优分裂点，为改善这个缺点，本文首先根据纯度确定出前k个候选分裂点，然后通过最大化BNM和最小化CSN确定最终的分裂点，不仅缓和了纯度上的局部最优性，而且引入了数据结构的全局性，因此能较大程度地改进后代节点的分裂，增强树的泛化性和可解释性。将上述两种分裂准则组合还可以进一步提升性能。在21个标准验证数据集上的比较结果表明：新准则下的决策树不仅提高了预测性能、降低了复杂性，而且相比于其他采用混合分裂准则的DTs更具竞争力。     

天然气氧化特性的实验与数值计算

在流动管反应器中对压力为0.1 MPa、温度范围为500~1 850 K、当量比分别为0.5、1.0与3.5的工况条件下天然气（90%甲烷/7%乙烷/3%丙烷，体积分数）的氧化过程进行了实验测试。同时，通过全局敏感性分析方法，构建了天然气的简化反应动力学机理（38组分和149反应），并对天然气的氧化特性进行了数值计算。结果表明：随着当量比增大，燃料发生氧化反应的起始温度与终止温度逐渐升高，CO生成与消耗完全对应的反应温度逐渐升高，NO的生成量逐渐降低。天然气的简化反应机理可以很好地预测天然气氧化过程中主要组分摩尔分数随温度变化的整体趋势；但是在C₃H₈、C₂H₂、NO、NO₂的起始反应温度或摩尔分数峰值的预测上与相应实验值存在差异。     

大斜视滑动聚束方位向波束指向控制策略

对星载电扫合成孔径雷达斜视滑动聚束模式，采用传统波束扫描策略中出现的方位向分辨率沿方位向空变大及方位扫描角度过大的问题展开研究。首先，分析采用传统斜视滑动聚束扫描策略情况下，方位向分辨率沿方位向出现空变的原因，探究方位向分辨率与扫描策略、扫描角度的关系。然后，提出基于全局搜索增强鲸鱼优化算法的斜视滑动聚束波束扫描策略，控制不同时刻下的方位向扫描角速度，降低方位向分辨率沿方位向的空变程度，减小天线最大方位向扫描角度，缩短数据录取时间，有效降低系统代价，提升系统性能。最后，通过仿真验证所提策略的有效性，方位向分辨率空变降低至1%以下，数据录取时间与总扫描角度相较于原有方法降低10%以上。     

CSK调制信号的跟踪方法

CSK调制信号能够满足GNSS厘米级高精度服务的高信息速率播发需求，正受到广泛关注。针对CSK调制信号只能用于播发数据，而不能用于提供测量观测量的问题，对CSK调制信号的跟踪方法进行了研究。通过权衡性能和实现复杂度，提出了两种跟踪方法，方法一跟踪精度高但实现复杂度高，方法二以损失跟踪精度为代价降低了实现复杂度。理论和仿真分析结果表明，所提方法一在CSK调制信号载噪比高于40dB-Hz时，可提供与BPSK信号相当的跟踪性能。方法二相比方法一所需相关器资源降低一半，性能损失约4dB。论文的研究成果可为CSK调制信号在GNSS高精度信号体制中的应用提供支持。     

基于码片幅度调制的导航信号扩频码认证方法

信号认证是满足全球卫星导航系统(GNSS)民用信号安全性需求的关键，相比于导航电文认证(NMA),扩频码认证(SCA)具有更强的安全性。为了在实现SCA的同时不对非认证用户造成影响，提出了一种基于码片幅度调制(CAM)的导航信号SCA方法，对民用信号的扩频码的码片幅度进行了调制，实现了在扩频码层面的认证特征的引入。为了验证所提方法的有效性，采用理论和仿真分析，与GPS L1C采用的Chimera SCA方法进行了比较。结果表明，所提方法在检测性能方面提升了2.55～2.78 dB。研究成果可为下一代高安全卫星导航信号的设计提供支持。