Markowitz投资组合模型改进的三帧差分法运动目标检测

移动机器人的目标检测要求其对特定的静止或运动物体进行运动分析及检测。以Voyager-III移动机器人系统为研究对象,实现非理想光照下,对橘红色目标足球的运动检测。提出在传统三帧差分法基础上,先利用Markowitz投资组合模型进行足球目标的特征提取,将场地非感兴趣的目标中,出现全部像素值发生变化的目标去除,再进行图像帧间差分。利用CCD摄像机对比赛环境中足球的运动轨迹进行录制,选取具有代表性的各帧视频图像、Markowitz算法优化后的差分图像和跟踪图像,结果表明跟踪图像不含非目标物的干扰,克服了差分图像存在空洞的问题,为移动机器人提供了一种实用的运动目标检测方法。     

车载紧耦合MIMUs/GPS的神经网络辅助强跟踪滤波方法

微惯性测量单元由三轴正交的微机械陀螺、加速度计和微型地磁传感器组成.将上述装置与GPS接收机组合,可构成最佳导航定位模型,其中紧耦合MIMUs/GPS对全导航参数(位置、速度及姿态)的测量精度可大幅提高.由于微惯性传感器具有大漂移特性,为获得具有自适应的线性参数模型,提出了融合滤波的信息处理方法,利用强跟踪滤波实现状态预测,二阶EKF实现测量更新,并借用神经网络技术完成对状态预测的修正.由于系统组件具有非线性,该神经网络辅助的强跟踪滤波方法旨在逼近MIMUs/GPS的真实特性,并为车载用户提供更为精准的导航参数信息.动态环境下的仿真试验表明,尽管MEMS惯性传感器的精度有限,所提出的方法能够有效用于实际的导航参数解算.     

小倾角下空间后方交会算法辅助的SINS/GPS姿态位置解算

利用航拍图像匹配技术辅助导航系统参数解算,通常要求飞行器姿态角近似为零。提出借用航空单像空间后方交会算法实现小倾角下SINS/GPS组合导航系统的姿态位置估计。推导了载体与航拍镜头固连且横滚角、俯仰角不为零情况下,以SINS输出的姿态角作为参数对航拍图片进行仿射变换的公式。进一步提出用上述仿射变换后的航拍像片参与地图匹配,匹配所得的控制点经空间后方交会解算,结果用以修正组合系统姿态和位置量。仿真试验表明:在静态小倾角情形下,方法能够减小迭代次数,缩短导航解算时间;即使在倾角达到20°,仍可不失效地为载体提供位置姿态信息。模拟飞行器直线平飞动态情形,验证了所提出的辅助算法可获得较好的位置估算精度。     

一种三芯液晶光子晶体光纤的特性

针对三轴光纤陀螺共用光源问题,提出了一种新型的多芯液晶光子晶体光纤,该光纤具有三个呈等边三角形几何形状排列的液晶纤芯.利用有限元法对其功率分布、模场、有效折射率和色散特性进行了数值分析,结果表明,这种三芯液晶光子晶体光纤可将传输光完全等分为三束光,且具有平坦色散特性,在波长为1.45μm～1.75μm之间的色散变化小于2 ps·km-1·nm-1.此外,该光纤在大约150 nm的波长范围内显示出超平坦的色散,并且可以通过改变中心空气孔的直径来调整超平坦色散的波长范围.研究成果对液晶光子晶体光纤、三轴光纤陀螺和三相光纤电流互感器的等光分束器、1×3多芯光子晶体耦合器和平坦色散光纤的进一步发展具有重要意义.     

浅地表地下质量异常重力与磁探测数值模拟方法

提出一种重磁观测值数值模拟方法,用于地下空穴测量数据的解释和反演算法研究。采用更具结构灵活性的旋转椭球体作为地下空穴模型,在重力异常和重力梯度异常计算表达式的基础上,推导其磁异常计算表达式,实现空穴重磁异常信号的分析计算;借助扰动位的功率谱密度函数实现重力异常谱和重力梯度异常谱的计算,经傅立叶逆变换到空间域实现背景场统计学模拟;采用高斯白噪声模拟测量仪器或其它随机噪声信号。将三部分数据叠加并进行数值仿真,证明该方法合理有效。     

非理想光照下基于全景图像的足球机器人目标拟合与提取算法

以“旅行家3号(Voyager-III)”移动机器人为研究对象,探讨全景视觉下目标足球的椭圆拟合与提取算法.通过对现有的随机 Hough 变换方法和非线性最小二乘方法的对比,并探讨两者在不含有噪声影响和有孤立点存在影响下的1/2和1/4椭圆拟合结果,对计算的复杂度和实时性性能作出评价.在非理想光照条件下,利用 Markowitz 投资组合模型进行足球目标的特征提取,可使目标与背景边缘的差异性得到增强,目标边缘清晰,为后续全景视觉下圆形畸变后的椭圆拟合与提取去除噪声.实验表明,该方法适用于足球机器人比赛应用实际,识别结果准确、可靠.     

基于浸入与不变原理的四旋翼姿态系统反步滑模控制

针对较大幅度外部不确定扰动下的四旋翼姿态稳定问题,设计了一种基于浸入与不变原理(ⅠⅠ)的自适应反步滑模控制器(ABSMC)。首先建立了未知大扰动下四旋翼姿态系统动力学模型,然后以横滚角子系统搭建为例,设计并应用了反步法和基于趋进率的滑模控制策略。在扰动估计误差流型设计中,融合了ⅠⅠ原理,即自适应率的选取实现了误差流型的不变和吸引,确保估计误差收敛到0。最后,对系统进行了稳定性分析和数字仿真。结果表明,在较大未知扰动情况下,融合ⅠⅠ原理方法后,经10 s所测跟踪误差平方的累加和仅为传统ABSMC方法的11.2%,控制精度大幅提高。     

保偏光子晶体光纤的近圆形模场分布特性

在光纤陀螺中,由于保偏光纤的性能易受环境的影响,制约了光纤陀螺稳定性和精度的进一步提高。保偏光子晶体光纤的研究为光纤陀螺解决环境适应性问题提供了新思路,针对保偏光子晶体光纤与传统光纤的模场匹配问题,采用有限元方法,对保偏光子晶体光纤的保偏性能和模场分布特性进行了分析与研究。通过分析不同空气孔尺寸对保偏光子晶体光纤性能的影响,得到其保偏性能与模场分布特性存在相互制约性。提出了一种改善保偏光子晶体光纤模场分布的方法,并通过仿真分析验证了这一方法的可行性,这为光纤陀螺用光子晶体光纤的发展提供了借鉴。     

一种正交三轴磁罗盘的椭球拟合分步优化补偿方法（英文）

地磁与重力一起构成了无源导航的基本组成部分。针对嵌入在航姿参考系统中的磁罗盘易受到外部环境干扰问题,提出采用带有椭球约束的最小二乘法分段法,及牛顿-拉夫逊迭代对磁场干扰补偿系数进行分步求取,即在硬磁、软磁系数补偿中采用分段优化,以减小外部磁场干扰对相关参数估计的影响。在多干扰源及噪声条件下进行仿真试验(Matlab数字模拟)及Honeywell HMR3000磁罗盘的转台实验,结果表明:相比未补偿情形,两步优化校正后的总地磁场强度误差估计值由30μT下降到0.7μT,磁罗盘输出航向误差均值估计值由6.2°减小到0.5°。经验证,方法具有强收敛性,在实际地磁测量应用中具备可靠及兼容性能。     

陆用AHRS/GPS紧耦合系统的迭代EKF算法

在AHRS/GPS导航定位中,系统包含有非线性观测量,需要建立实时的EKF(推广卡尔曼滤波器),以通过当前状态Taylor展开来近似非线性。以低成本陆用AHRS(航姿参考系统)/GPS紧耦合导航系统为研究对象,构建了基于伪距、伪距率、航向角组合观测数学模型。作为滤波算法的改进,文中采用了迭代EKF,逼近导航参数的非线性函数,从而得到了自适应的载体参数线性模型。仿真结果表明,该算法模型可使姿态角、速度、位置误差均方差分别控制在120~(?)、0.01m/s和4m以内,导航参数的精度有显著提高。