地磁场在导航定位系统中的应用

阐述了地磁匹配导航的基本原理及相关地磁场理论,介绍了国内外应用地磁导航的动向及发展现状,提出了地磁导航系统中三个方面的关键技术:一是导航区域地磁数据库的建立;二是载体上磁力仪的实时测量;三是地磁匹配算法。同时,结合有关地磁建模方法、地磁测量补偿算法及地磁匹配导航定位算法,分析了地磁导航存在的主要问题,指出了发展地磁导航应采取的必要措施,为下一步地磁导航的深入研究明确了方向。     

非线性滤波及其在航天器天文导航中的应用

对天文导航系统构成、模型的建立、非线性滤波方法做了初步的仿真研究。系统的测量值由星光跟踪器和红外高度测量仪提供。星光跟踪仪提供天顶距的测量数据，红外高度测量仪提供航天器的高度数据。通过非线性滤波方法估计出系统状态，实现对航天器导航的任务。     

可视化技术在智能融合导航中的应用研究

在未来导航中,驾驶员应该作为人机交互的核心,可视化是导航系统的发展方向.针对于此,本文在总结现代平显优缺点及外国先进战斗机座舱的基础上,对可视化技术在飞机智能融合导航综合控制显示中的应用进行了初步探索.本文在提出多层面数据迭加处理技术、综合图形图象信息显示方法和导航语言概念的同时,研究了在智能融合导航中,可视化系统的结构、功能、实现过程及技术,对于我国未来导航系统中可视化的研究有着重要的实用价值.     

自适应非线性滤波及其在图像导航中的应用

本文首先介绍了飞行器末制导中采用图像导航的原理和方法，给出了系统模型。针对图像导航的实际情况，提出了自适应非线性Sage-Husa滤波，能在线估计系统的常值偏差及噪声方差。将滤波算法应用到图像导航中，进行仿真，滤波收敛，结果令人满意。     

信息融合技术在水下组合导航系统中的应用

以捷联惯性导航系统作为组合导航系统的主导航设备,地形匹配、多普勒测速仪等为辅助导航设备,分析了S1NS、DVL以及地形辅助导航系统等的工作原理并建立输出误差模型,利用联邦Kalman滤波技术对水下组合导航系统进行信息融合,建立了水下组合导航系统联邦滤波器的观测方程和量测方程,并进行计算机软件仿真实验.仿真结果表明:使用联邦卡尔曼滤波的水下组合导航系统导航状态输出精度满足水下航行器高精度高可靠性的要求.该水下组合导航系统能够得到较高精度的位置、速度和姿态信息,提高了水下航行器远距离长时间导航的精度.     

数字梯度敏感方法及其在航空透明件断裂力学中的应用

本文将数字梯度敏感方法用于航空透明件断裂力学问题研究。首先,基于透明材料的弹性-光学效应,建立了透明件应力状态与光线穿过透明件后的偏转角之间的关系。在平面应力假设下,利用最小二乘拟合建立了I型裂纹尖端应力强度因子与光学偏转角的关系。其次,通过数字梯度敏感方法搭建非接触光学测试平台,开展了带单边裂纹的航空有机玻璃试件三点弯曲实验,应用数字梯度敏感方法提取了I型裂纹尖端应力强度因子。最后,通过选择不同计算子区域和步长大小,分析了数字梯度敏感方法中的子区域和步长选择对计算结果的影响。研究结果表明,数字梯度敏感方法实验所得应力强度因子与经验公式计算所得结果偏差小于10%,通过增加最小二乘拟合项数以及合理的子区域和步长选择可以减小数字梯度敏感方法计算应力强度因子误差。     

模型预测前向神经网络算法及其在组合导航中的应用

针对系统误差的不确定性可能会引起滤波精度降低或发散的问题,提出一种新的基于模型预测滤波的前向神经网络算法。首先,采用模型预测滤波估计网络在正向传递过程中的模型误差,并对其进行修正,以弥补模型误差对隐含层权值更新的影响;然后,利用模型预测滤波为神经网络提供精确的训练样本,学习待估计系统的非线性关系。将提出的算法应用于SINS/CNS/BDS组合导航系统,并与扩展卡尔曼滤波进行比较,仿真结果表明,提出的算法得到的姿态误差、速度误差和位置误差分别在[-0.25′,+0.25′]、[-0.05 m/s,+0.05 m/s]和[-5 m,+5 m]以内,滤波性能明显优于扩展卡尔曼滤波算法,表明该算法能提高组合导航定位的解算精度。     

抗差自适应模型预测滤波及其在组合导航中的应用

为了提高捷联惯导(SINS)/天文导航(CNS)/合成孔径雷达(SAR)组合导航系统的定位精度,在吸收模型预测滤波和抗差自适应滤波算法优点的基础上,提出了一种新的抗差自适应模型预测滤波算法。该算法首先利用模型预测滤波估计出系统模型误差,并对其进行实时修正,以抑制系统模型误差对导航解算精度的影响;然后利用抗差自适应因子控制观测异常,抑制观测噪声对导航解算精度的影响。将提出的算法应用于SINS/CNS/SAR组合导航系统进行仿真验证,并与抗差自适应滤波进行比较,结果表明,提出的算法得到的姿态误差、速度误差和位置误差分别在[0.2,0.2]、[0.3m/s,0.3m/s]和[6 m,6 m]以内,滤波性能明显优于抗差自适应滤波算法,说明该算法能有效抑制系统模型误差及观测异常对导航解的影响,提高组合导航的解算精度。     

风筝设计及其在航空教育实践中的应用

为了使风筝能够更好地在青少年航空教育教学实践中得到推广,本文阐述了风筝构造、空气动力,以及受力与稳定性分析等风筝设计的相关概念与原理,介绍了美国NASA航空教育的风筝设计软件Kite Modeler,以及自己的教育教学实践情况。实践表明,风筝设计、制作、放飞是一项集简易航空器设计、手工制作、体能锻炼、休闲娱乐等为一体的实践活动,在大中小学航空教育中具有良好的现实意义。     

风筝设计及其在航空教育实践中的应用

为了使风筝能够更好地在青少年航空教育教学实践中得到推广,本文阐述了风筝构造、空气动力,以及受力与稳定性分析等风筝设计的相关概念与原理,介绍了美国NASA航空教育的风筝设计软件Kite Modeler,以及自己的教育教学实践情况。实践表明,风筝设计、制作、放飞是一项集简易航空器设计、手工制作、体能锻炼、休闲娱乐等为一体的实践活动,在大中小学航空教育中具有良好的现实意义。     

抗尺度变换的矢量地图匹配导航方法

相比于景象匹配导航,矢量地图匹配导航具有无损变换、空间效率和时间效率高等优势。针对矢量地图匹配导航过程中实时图与基准图尺度不一致的情况,提出了一种抗尺度变换的位姿解算算法,并将其应用到矢量地图匹配导航系统中。该算法将尺度因子作为未知参数,与位姿参数一起进行估计,从而避免了尺度差异造成的位姿解算误差较大的问题。仿真结果表明,抗尺度变换的位姿解算算法用于小尺度变换下的矢量地图匹配时,经度标准差和纬度标准差均小于0.06″,航向角标准差小于0.06°。     

重力场匹配导航的重力图生成技术

通过对当前用于海洋重力场格网插值的四种常用算法(距离倒数加权法、Kriging法、径向基函数法和改进的二次曲面Shepard方法)进行分析,以相对规则、不同密度的两组数据作为基准数据进行了插值比较。实验结果表明,基于改进的Shepard插值算法相对于其它三种算法具有速度快、精度高的优点,比较符合当前海洋重力数据获取的现状,是进行高精度重力图生成的有效方法。     

重力垂直梯度数据地图特征及其辅助导航

从随机过程理论出发,研究了重力垂直梯度场的主要特征参数(标准差、粗糙度、信息熵),通过选定局部窗口的滑移,计算了西太平洋海域分辨率为2’×2’的重力垂直梯度特征参数。选取不同特征区域的3条航线进行辅助导航仿真定位,并对导航能力进行统计分析,给出了重力垂直梯度特征参数与匹配成功率、定位误差的关系;在统计准则下,匹配成功率大于90%、定位精度优于1nmile,表明重力垂直梯度特征参数可以作为匹配区域选择以及航线规划的数量性依据。     

粒子滤波及其在导航系统中的应用综述

传统的扩展卡尔曼滤波方法要求对非线性系统近似线性化,有可能会引入较大的模型误差.应用粒子滤波解决了这一问题.该算法可以直接应用于原系统的非线性模型当中,并且不需考虑系统噪声和量测噪声是否为高斯白噪声,都能得到很好的滤波效果.文中介绍了粒子滤波的理论基础-贝叶斯估计及具体的实现方式-蒙特卡罗方法;指出粒子滤波存在的退化问题,并从减小退化现象入手将重要性采样和再采样方法引入到算法之中;最后阐述了粒子滤波在导航系统中的一些应用.     

基于误差四元数的捷联惯导全姿态导航与控制

在舵偏控制回路中使用欧拉角姿态信息,是现有飞行器捷联惯导系统普遍采用的方法。为避免垂直状态时欧拉角姿态表示法的算法奇异问题,引入了四元数姿态表示法,但是最终形成偏差输入到舵机的仍旧是欧拉角姿态信息。对此问题,文中分析讨论了捷联惯导系统中,以欧拉角信号控制飞行器舵偏输出(推力矢量输出)的传统方法的两点不足之处:垂直状态时欧拉角姿态算法的物理奇异问题;控制路径过长问题。提出由误差四元数直接控制舵偏输出(推力矢量输出)的新的捷联导航方法。此方法控制路径最短,且克服了物理奇异问题,不局限于飞行器所处的姿态,因此,将其称之为全姿态导航方法。仿真结果表明了此方法的可行性与有效性。     

Spatial-based iterative learning control for motion control applications

For many motion control applications spatial constraints are often more important than temporal constraints. In recent work, we have developed a spatial control strategy called the ε-controller for mobile robot applications. The control strategy is based solely on static path geometry with position (in space) feedback. Motivated by this idea, in this paper, we consider the notion of spatial-based iterative learning control (ILC). Specifically, we consider repetitive operation problems where corrections are made to the control signal from trial to trial. Unlike traditional ILC, however, which updates control signals based on the time elapsed along a trajectory, we instead make updates based on path errors and progress along the path. The idea is demonstrated via simulation for a system with bang–bang velocity control. Experimental results using a high-precision, two-axis gimbal mechanism are presented to show the effectiveness of the strategy.     

基于主磁场长期变化模型的地磁导航基准图时变修正

地球主磁场长期变化是影响地磁导航基准图时效性的一个重要因素。提出一种以模型预测值对基准图进行时变修正的方法,利用主磁场长期变化模型解决临近空间地磁导航基准图的时变修正问题。基于WMM2010建立地球主磁场长期变化模型,在此基础上建立中国地区临近空间(海拔高度30 km)的主磁场长期变化模型,利用该模型计算出的地磁场分量长期变化率对基准图时变进行修正。仿真实验结果表明,修正后的地磁导航基准图的匹配概率可以达到90%以上,相比修正前有显著提高,且修正前后间隔时间越长效果越明显。利用主磁场长期变化模型修正后的地磁导航基准图具有良好的适配性。     

半导体制冷加风机搅拌的惯导平台温控系统设计与实现

为提高惯导设备的环境温度适应性,提出了一种基于半导体制冷技术的惯导平台温控设计方法,给出了温控系统的结构形式,采用了粗级与精级两级温控措施和加搅拌风机的方法,建立了等效模型并基于有限元分析方法进行了热流场仿真分析,最后温控试验结果表明,在55℃的高温环境下利用半导体制冷技术可以使IMU内部的光纤陀螺周围温度控制在45±0.1℃,验证了此温控设计的合理性和在惯导平台上应用的必要性。     

基于模糊逻辑控制的舰船组合导航自适应卡尔曼滤波器

双天线GPS提供的载体姿态信息与惯性导航系统信息进行融合可提高组合导航系统的性能。由于在实际应用中,GPS接收机可能会受到某种干扰无法提供舰船航向信息,从而降低传统卡尔曼滤波器的性能。因而提出了一种新的基于模糊逻辑控制的自适应卡尔曼滤波器。改进后的卡尔曼滤波器使用两个模糊逻辑控制器来调整两个系统的组合模式,并且根据卡尔曼滤波器的内部状态、GPS工作状态和舰船运动状态来计算卡尔曼增益。通过使用INS和GPS的实测数据验证,这种基于模糊逻辑控制的自适应卡尔曼滤波器能有效的提高INS/GPS组合导航系统的性能。     

Robust adaptive nonlinear control for uncertain control-affine systems and its applications

This paper addresses the robust tracking control problem for a class of uncertain nonlinear systems with time-varying parameters, perturbed by external disturbances. The unknown time-varying parameters and disturbances are neither required to be periodic nor to have known bounds. Depending on the characteristics of disturbance signals, two adaptive-based control algorithms are developed. First, an adaptive H _∞ control is designed that achieves: (i) an H _∞ tracking performance when the external disturbances are L ₂ signals, and (ii) the convergence of tracking error to zero if the disturbances are bounded and L ₂ signals. Then a novel adaptive control algorithm is proposed, only with the assumption of boundedness of disturbances, to drive the tracking error to zero. The designed tracking controllers are then used for controlling a cart-pendulum system, as an underactuated mechanical system, and chaos synchronization of uncertain Genesio–Tesi chaotic system. Numerical simulations are also given to demonstrate the effectiveness of the proposed control schemes.