基于伪相关函数的多级电平编码符号信号通用无模糊跟踪方法

针对新一代全球导航卫星系统(GNSS)中多级电平编码符号(MCS)信号存在的跟踪模糊问题,本文提出了一种通用的MCS信号无模糊跟踪方法.首先推导了不同MCS信号互相关函数的统一表达式,并给出了伪相关函数的定义;然后深入分析了实现无模糊跟踪需要满足的约束条件,推导了两路参考信号的通用构造方法以及相互之间的关系,为具体MCS信号的求解提供了极大的便利;进而给出了利用本文方法的GNSS接收机码跟踪环路模型.作为MCS信号的特例,分别讨论了本文方法在四种二进制偏移载波信号跟踪中的应用.仿真结果表明,本文方法能够有效解决MCS信号的跟踪模糊问题,具有良好的性能和广阔的应用前景.     

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°。     

捷联惯导基于星体跟踪器的高精度初始对准算法

捷联惯导与小视场星体跟踪器构成惯性/天文组合导航系统,导航精度受导航初始误差和器件误差的综合影响。基于此,提出一种捷联惯导与小视场星体跟踪器相组合的初始对准算法,对导航初始姿态误差和惯性器件误差进行估计修正。捷联惯导初始对准过程完成之后,在地面准静基座条件下做速度和位置阻尼条件下的惯导更新解算,利用捷联惯导系统的速度误差量测及小视场星体跟踪器的导航误差角测量量,设计组合粗对准算法和组合精对准算法,用于对捷联惯导系统的初始对准误差和惯性器件误差做进一步有效估计。仿真结果表明:对中等精度导航级捷联惯导系统,组合对准后水平姿态精度可提高到2’’,方位精度可提高到5’’。     

水下石油管道漏油检测定位的粒子滤波SLAM算法

针对海底石油管道漏油位置检测定位这一问题,提出了捷联惯性导航系统与同时构图定位算法相组合的水下导航定位方法。利用声纳传感器采集石油管道的特征位置信息,在同时构图定位算法的作用下构建管道地图并获得高精度定位信息。然后利用粒子滤波算法将上述获得的定位信息与捷联惯性导航系统相结合,以补偿其位置误差积累。仿真实验结果显示所述组合方法的定位精度较高,达到总航程的0.1%。     

基于规划路径约束的地形辅助导航算法

为了提高地形辅助导航算法的精度,充分利用航行器任务规划中的先验信息,提出了基于规划路径约束的地形辅助导航算法。首先针对航行任务中的规划路径提出了"概率隧道"约束模型,将物体运动不确定性与确定性规划路径有机结合。在此基础上,提出了基于概率隧道约束的粒子滤波算法。该算法较之传统的带有等式、不等式约束的滤波器,具有更好的模型适配性,而且计算量上与普通不带约束的粒子滤波器相当。实验表明,该算法有效地利用了先验路径信息,比非约束算法有15 m左右的精度提升。     

基于INS/ILS/RA组合导航的自动着陆系统

针对民航机精密进近着陆过程容易受地场环境、电磁干扰等空间噪声和接收机噪声的影响,对波束误差信号进行滤波相位滞后的问题,提出基于INS/ILS/RA组合导航的自动着陆系统(ALS)。该系统将仪表着陆系统(ILS)及无线电高度表(RA)和惯性导航系统(INS)输出的位置之差作为量测,运用卡尔曼滤波器进行估计,将组合导航系统的输出航迹角及纵向轨迹角替代波束偏差,分别送入横纵向控制回路。仿真结果表明,INS/ILS/RA组合位置解算方位角偏差精度优于0.3°,下滑角偏差精度优于0.2°。该系统可显著改善波束误差控制信号的动态品质,降低噪声影响,提高ILS自动进场着陆控制回路的稳定性和闭环性能。     

不同动态条件下组合导航系统的时间同步

基于不同精度的惯性测量组件和全球定位系统,以及不同运动条件下的GPS/捷联惯性导航系统组合导航系统,对于时间同步误差精度的要求也是不一样的。但目前大多数的时间同步方案对于不同精度和动态强度的对象都采取统一的补偿方法,没有做到具体问题具体分析,从而会产生硬件成本高或软件算法复杂的问题。为了在特定对象和使用环境的情况下寻找最适合、成本最低的组合导航系统时间同步方案,首先分析了时间同步误差对系统精度的影响,然后在低动态、中动态和高动态的情况下分别给出适合的硬件或软件同步方法(分别为方法 1、方法 2和方法 3),最后对于每种方案进行了跑车试验或软件仿真,结果证明在低动态和低系统精度的环境下,通过应用三种方法对于提高系统精度效果不明显;中动态环境下方法 2和方法 3较方法 1在姿态角和速度精度上提高了约50%,定位精度提高约20%;高动态下方法 3显示出了非常明显的效果,较方法 1在各项精度上提高超过70%。     

北斗二代导航信号抗多径性能分析与仿真

针对北斗二代导航信号抗多径性能的分析需求,推导了基于相干超前减滞后延迟锁定环的码跟踪多径误差评估方法,运用该方法分析了北斗二代导航信号的抗多径性能,仿真表明在多径直达信号幅度比为-6 dB,相关间距为24 ns,信号带宽为24 MHz时,北斗二代导航信号都能区分大于300 m的多径延迟。以MBOC信号为例对不同的多径直达信号幅度比、相关器间距、信号接收带宽、信号组成时导航信号的多径性能进行了仿真。结果表明:在多径直达信号幅度比一定时,提升信号的高频分量,在接收端采用窄相关技术和宽的接收带宽可将北斗二代导航信号的多径误差限制在4 m以内,且衰减速度更快,从而改善信号的抗多径性能。     

一种适用于星敏感器的大角速度下星跟踪算法

传统的星敏感器预报方法是利用当前四元数和陀螺输出角速度来预测下帧姿态四元数,再通过预测的四元数计算视场内恒星的理想星像坐标,最后在这些理想坐标为中心的范围内来获取实际的星像坐标。但是,由于陀螺漂移的存在,随着时间的增加,预测的理想坐标与实际坐标偏差越来越大,获取实际星像坐标扫描的区域越来越大,星敏感器的数据更新率也随之降低。为此,本文提出了一种适用于星敏感器的大角速度下星跟踪算法。首先根据连续两帧的姿态偏差计算星敏感器的角速度,利用角速度来计算星敏感器当前时刻与最近上一帧的姿态偏差。然后以该姿态偏差来预报当前时刻的星敏感器姿态输出,这样不仅提高了数据更新率,而且满足飞行器在大角速度机动时单纯采用星敏感器进行姿态测控的要求。最后,采用2010年外场试验实际观星数据对该算法进行了仿真验证。     

基于脉冲星和小行星的组合导航在深空巡航段的应用

为提高航天器在深空探测巡航段的自主导航能力,提出一种利用脉冲星和小行星信息的自主导航系统.利用单X射线探测器测量脉冲星辐射的光子到达时间,利用导航相机获取小行星图像,经信号处理,获取脉冲星的脉冲到达时间和小行星中心点对应的像元像线,利用集中式扩展卡尔曼滤波算法进行状态估计,并修正星载时钟钟差.以美国“深空一号”任务深空巡航段轨道为例进行了仿真实验,仿真结果表明了该方法的有效性,能够完成深空探测器在巡航段的自主导航任务,同时,组合导航解决了基于小行星光学信息单独导航时的星载时钟钟差发散问题,且同光学导航相比,位置估计精度提高了57.18％.