Research on the estimation method of DVL velocity error based on double program in Fiber Optic Gyro SINS

As a basic velocity, DVL is introduced in the navigation solution process of Fiber Optic Gyro Strapdown Inertial Navigation System (FOG SINS). According to the special application background, DVL error is unavoidable to be introduced to navigation information that is calculated by FOG SINS. Firstly, the effect of DVL error on steady-state error of misalignment angles is derived. Secondly, the estimation method of DVL error is proposed: the DVL velocity error is calculated by attitude information, which is resolved respectively from compass solution method and inertial navigation solution method. At last, both simulations and ocean experiments verify the feasibility of the method.     

多普勒计程仪作用距离估计

多普勒计程仪已成功应用于多种载体的导航,而其最大作用距离对于设计和使用都具有重要的意义。根据声纳方程各项的定义并根据多普勒计程仪工作时的特点,推导出不同条件下声纳方程中各项的计算公式,从而对多普勒计程仪的最大作用距离进行估计,最后将某型多普勒计程仪的相关参数代入推导的公式中,并进行计算得到理论计算值。同时还计算了多普勒计程仪在不同条件下的作用距离。     

Rapid transfer alignment of laser SINS using quaternion based angular measurement

A novel rapid transfer alignment algorithm for laser strapdown inertial navigation system (SINS) is studied. Transfer alignment have typically relied on velocity measurements from the master SINS as the source of alignment information, but lever arm error must be compensated accurately while velocity information is utilized, all most every quaternion based error model is nonlinear, so nonlinear filtering algorithms are need, suffering from computational complex and large error. Aim at these problems, a novel improved rapid transfer alignment algorithm formulation is presented, applying quaternion to built the process and measurement models, the improvement employs a special manipulation of the measurement equation results in a linear pseudo-measurement equation, thus the classical linear Kalman filter is employed to estimate the state, need not lever arm error compensation, results in the reduce of computational burden. Observability analysis of this new transfer alignment algorithm has been done based on the piece-wise constant system (PWCS) method, results show that the presented algorithm can accomplish the initial alignment task perfectly. A transfer alignment simulation system is also developed for the evaluation and analysis of the presented algorithm, simulation results are confirmed with the theoretical conclusion, which can achieve the transfer alignment accuracy about 1 mrad within 10 s.     

船舶运动状态下风速风向测量补偿与数字仿真

为了研究船舶运动状态下的风速风向精确测量,设计了一种船舶风速风向动态测量及误差补偿的数字仿真系统。通过对船舶航行状态下的风速风向测量原理进行分析,建立了船舶平面运动的相对风速风向和真风风速风向的解算模型,并根据船舶空间运动的风速风向测量及其误差补偿算法,对船舶横摇、纵摇状态下的风速风向的动态测量和误差补偿进行了数字仿真。数字仿真结果表明,该方法能够消除船舶航行时的运动姿态对风速风向测量带来的影响,为船舶的操纵控制和航行安全提供了精确和可靠的风速风向数据信息。     

自适应混沌蚁群径向分析算法求解重力辅助导航匹配问题

针对现有重力导航匹配算法的匹配精度、匹配率受惯导初始位置误差影响较大以及实时性较差等不足,提出了一种基于自适应混沌蚁群径向分析的实时重力辅助导航匹配算法,新算法引入改进的连续域蚁群算法进行优化模型求解,通过进行连续域蚁群算法的信息素的自适应调整,同时对蚁群算法的搜索策略、计算参数、局部信息素进行混沌自适应处理,最终达到提高算法搜索效率、匹配率、抗噪性能的效果,实验结果表明,新算法对惯导初始误差不敏感,匹配率高,实时性强。     

鲁棒惯性地形辅助导航算法研究

传统的地形轮廓匹配(terrain contour matching, TERCOM)算法在速度误差和航向误差较大时可靠性下降,基于扩展Kalman滤波的北航惯性地形辅助惯性导航(BUAA inertial terrain aided navigation, BITAN) 算法在初始位置误差或高度表测量噪声较大时,系统无法准确定位,导致系统的鲁棒性降低. 为解决上述问题,对BITAN算法进行改进,发展了鲁棒北航惯性地形辅助导航(robust BUAA inertial terrain aided navigation, RBITAN)算法. RBITAN算法根据平均绝对差、均方差和交叉相关算法的统计决策信息设计了搜索模式算法,以基于扩展Kalman滤波原理的BITAN算法作为跟踪算法, 综合了TERCOM算法和BITAN算法的优点,提高了算法的鲁棒性.利用真实的数字高程模型和试飞数据进行仿真验证, 并和BITAN算法进行比较.仿真结果验证了RBITAN算法可以在较大初始位置误差和较大高度表测量噪声时准确定位, 提高了算法的鲁棒性.     

CCD接力测量船体变形研究

在舰船上,不少设备需要导航仪器提供姿态信息,船体变形会引起设备之间的姿态传递误差,导致设备效用降低。为了修正误差,获得精确的设备姿态测量结果,需要一套测量装置对船体变形进行测量。基于CCD的船体变形测量具有非接触性、精度高的优点。但当测量的两设备安装基座之间光路不能通视时,需要采用接力测量方法。阐述了CCD接力测量船体变形方法的原理和模型,并进行了模拟试验。试验结果表明,CCD接力测量船体变形方法可以高精度测量设备之间的相对姿态变化量。     

基于多分类支持向量机的船舶桨叶数识别研究

分析了目前常用的支持向量机多分类方法以及存在的不足,本文提出了一种混合纠错输出编码的多分类支持向量机改进算法,并应用于利用船舶目标辐射噪声DEMON谱进行船舶桨叶数分类的实验。理论分析与实验结果表明,该改进算法编码明确、具备纠错能力,是一种有效的多分类支持向量机方法,在船舶桨叶数识别中,其分类性能优于一对余、一对一及最小输出编码支持向量机等多分类方法,可适用于船舶桨叶数的分类识别。     

基于Kalman滤波算法的陀螺仪动态漂移补偿研究

应用MEMS陀螺仪测量人体手臂运动姿态时,针对陀螺仪受线加速度干扰导致测量姿态发散的问题,提出基于Kalman滤波算法的姿态误差补偿方法;该方法首先将陀螺仪采集到的角速度通过方向余弦算法解算得到姿态角,并将陀螺仪动态漂移造成的姿态角误差视为时变信号,通过建立姿态角漂移误差的状态方程及观测方程,应用卡尔曼滤波算法,实现对姿态角漂移误差的估计,最终达到对陀螺仪动态漂移误差的补偿;实验与仿真结果表明,应用该算法能够有效的抑制线加速度干扰导致的陀螺仪测量的姿态发散,适用于陀螺仪对人体手臂运动姿态的测量。     

单矢量水听器的高分辨目标方位跟踪算法研究

根据单矢量水听器自身具有阵列流型的特点,提出了适用于对目标保持连续跟踪的空域预滤波MUSIC算法。通过调整滤波器通带中心角使其保持在目标估计方位角附近,可以消除滤波器通带中心角偏离目标真实方位角时传统预滤波MUSIC算法产生的目标方位估计误差。仿真结果表明,改进预滤波MUSIC算法可以减小甚至消除低信噪比情况下目标方位估计存在的较大误差。海试数据结果表明,阵元域MUSIC和改进预滤波MUSIC都可实现对单频脉冲信号和线性调频信号的目标方位估计,且估计结果与GPS舰位推算结果一致,但改进预滤波MUSIC算法主瓣更尖锐。对宽带航船噪声处理结果显示,改进预滤波MUSIC算法使单矢量水听器在存在目标干扰时的探测距离从2 km提升到了5 km,验证了改进预滤波MUSIC算法可实现弱目标情况下的高分辨目标方位跟踪。     

视觉技术辅助的无人机自主着陆组合导航研究

为提高无人机自主着陆过程中导航系统的自主性与精确性,设计了一种视觉辅助惯导组合导航方法。该方法以惯导误差方程为过程方程,以着陆过程中单目摄像机2个时刻所得地面特征点投影之间的双视图几何约束为量测方程,构建了非线性滤波器;利用SR-UKF方法实现了惯导误差估计,提高算法效率的同时有效地避免了UKF中由于矩阵开方运算导致的滤波失效;最后根据估计结果校正了惯导导航数据。仿真结果表明:该方法能够提高导航系统精度,使误差降低到惯导系统的8%左右。     

SINS初始对准中光纤陀螺EMD滤波

为了实现低成本SINS初始对准,降低对准过程复杂程度,提高系统对准精度,缩短对准时间,本文引入了EMD滤波技术。首先,采集IMU输出信号,根据EMD算法将信号分解为IMF簇,按照CMSE标准对信号进行重构,完成信号滤波处理;接着,按照AR模型对经EMD滤波前后的数据噪声进行建模;然后,分别利用原始信号和EMD降噪后信号进行SINS姿态粗对准;最后,根据IMU模型和SINS误差模型,采用零速对准方式,完成SINS精对准。实验结果表明:经EMD降噪后的信号粗对准精度为1.3°,精对准精度为0.87 mrad,精对准收敛时间为200 s。     

AR模型辅助SINS／GPS组合导航的实验研究

激光陀螺的随机漂移噪声类似于白噪声,可以采用AR（2）模型进行数字滤波来减小其对激光陀螺精度的影响。首先介绍了AR模型,然后利用IMU单元三组陀螺信号的AR（2）模型给出了车载SINS／GPS组合导航系统误差模型,并在GPS的辅助下,对SINS／GPS组合导航进行了实验研究。最后利用Kalman滤波器对车载SINs／GPS组合导航实际测量数据进行了离线的半实物仿真。实验结果表明,采用AR（2）模型辅助的SINS／GPS组合导航系统能够得到较高的姿态精度,并能有效抑制速度误差的发散。     

一种新的惯性／天文组合导航方法研究

针对传统的惯性／天文组合定位定向法不能有效修正惯性导航系统传感器误差所造成的导航误差，研究了一种新的惯性／天文组合导航方法。利用天文导航系统的量测，在初始对准后估计并补偿加速度计偏置误差，在组合导航过程中闭环修正陀螺漂移误差，进而提高组合导航的姿态、速度及定位精度。仿真结果表明了该方法的有效性，并通过与传统组合方法仿真结果的比较，证明了此方法的优越性。     

激光陀螺滤波评估方法研究

在现有硬件的基础上,通过滤波等软件算法来提高激光陀螺捷联惯导系统对准和导航精度是目前国内外学者所公认的。为了对激光陀螺滤波前后的效果进行准确、定量的评估,设计了Allan方差分析算法,开发了对准-导航及精度分析评估软件,分别从元件级、系统级对其展开了研究,并结合具体激光陀螺捷联惯导设备对其进行了实验验证。     

单矢量水听器加窗直方图算法目标探测性能分析*

单个矢量水听器直方图算法具有良好的鲁棒性和目标方位估计性能,该文对直方图算法目标探测性能进行了分析和总结,并提出了一种基于目标方位估计的水中目标自主探测与跟踪算法,该算法可实现水中目标有无自主检测。仿真和消声水池测试结果表明,直方图算法实现目标自主跟踪所要求的信噪比需大于-7 dB,此时测向误差约为8°,-3 dB方位谱宽度在20°左右。海上试验数据分析表明,直方图算法对航速8.4 kn的水面航船在距离13.8 km范围内,可实现全程目标探测和跟踪,测向误差最优可达5?,在距离2 km时-3 dB方位谱宽度可达10°左右。     

Dynamic analysis and design of air spring mounting system for marine propulsion system

Marine propulsion unit (MPU) is one of the dominant vibration and noise sources onboard ship. Its vibration can be attenuated effectively by isolating MPU with low-frequency mounting system. But this is difficult to implement due to the stringent requirement of MPU alignment with the propulsion shafting. In this paper a novel air spring mounting system (ASMS) for propulsion system is proposed consisting of air spring subsystem, alignment control subsystem and safety protection subsystem. The load distribution optimization method and dynamic model of ASMS are presented. The factors that affect system stability and natural frequencies are analyzed, as well as the design measures to enhance system performance. A theoretical model is presented to estimate the isolation effect of ASMS. The monitoring model of alignment between MPU and propulsion shafting is established, followed by the alignment control algorithm and converge rule which assures the fast and uniform convergence of both air springs? load distribution and alignment control process. Safety protection mechanism is designed to ensure that the MPU can operate safely in case of ASMS failure or other extreme circumstances. A scaled ASMS prototype is manufactured and tested on a special experimental setup. Experimental results validate the effectiveness of theoretical models and show that the performance of ASMS satisfies the operation requirements of MPU.     

一种适用于双轴旋转式激光陀螺惯导对准的方法研究

为解决舰载惯性导航系统对准时间长的问题,利用分段线性系统理论（PWCS）方法分析了系统的可观测性,并提出了适用于双轴旋转式激光陀螺惯导的多位置对准方案,仿真结果表明该方法在4h内可完成所有陀螺和加速计零位误差的估计,可实现舰栽惯导4h高精度快速对准,具有较好的工程应用价值。     

拼接子镜系统计算机辅助装调研究

为了提高拼接子镜系统的装调精确度,研究了拼接子镜系统的计算机辅助装调技术,分析了拼接子镜系统的计算机辅助装调模型,采用反向优化法编写程序求解系统失调量.以37项泽尼克系数作为评价函数.当粗调误差在0.7°以内时,完全可以精确求解失调量.结果表明,求解结果准确度高,符合实际装调要求.     

基于梯度型最小二乘滤波的船摇隔离度测试研究

针对传统船摇隔离度测试方法效率低、误差大、操作复杂、且不能有效解决扰动跳变的不足,对船摇隔离的基本原理进行了分析,建立了梯度型最小二乘滤波模型,提出了基于梯度型最小二乘滤波和VC++语言编程实现船摇隔离度的自动测试方法,并利用跟踪实测数据进行了仿真实验。对比传统方法测试结果表明,该方法能有效滤除测量数据中的随机误差,较大程度地降低了扰动跳变的抖动量,提高了伺服系统船摇隔离度的测试精度。