基于改进TERCOM的地形辅助导航算法

自主水下航行器长时间航行后惯性导航系统的位置误差会随时间不断增加，地形辅助导航可帮助惯性导航系统进行误差校正。为解决地形轮廓匹配（TERCOM）算法对航向误差较敏感问题，提高地形辅助导航的匹配精度，提出了一种基于改进TERCOM的地形辅助导航算法。在TERCOM算法基础上增加旋转角度机制，首先根据INS航迹进行旋转平移并采用TERCOM算法进行粗匹配，然后引入改进粒子群算法进行精匹配。在某海图内进行水下地形匹配仿真实验，结果表明：与传统TERCOM算法相比，所提算法可降低航向误差84%，匹配精度可提高4倍多，对实现自主水下航行器的自主无源导航有重要意义。     

近红外二区聚集诱导发光材料在手术导航上的应用

临床手术仍然是治疗疾病的主要办法之一，而目前外科手术中医生难以通过肉眼观察、超声等方法确定肿瘤边界、残余病灶以及微小转移病灶，这些传统方法在很大程度上可能会造成癌症术后复发。近红外二区聚集诱导发光（NIR-ⅡAIE）材料作为荧光手术导航试剂，其快速发展为解决这个问题提供了新的技术支持。本文基于NIR-ⅡAIE分子的结构设计，通过分析其结构，依据NIR-ⅡAIE荧光在手术导航中的研究进展，分别就NIR-ⅡAIE材料在肿瘤切除手术、检测切除淋巴结手术以及在其他组织中的应用进行详细分析，讨论了目前存在的一些问题，并对NIR-ⅡAIE材料手术导航应用的未来发展进行了展望。     

多模态图像引导手术导航进展

手术导航综合运用器官分割建模与手术规划、位姿标定与跟踪定位、多模态图像配准与融合显示等技术，使医生精确定位病灶与手术工具的位置，透过组织表面对内部组织进行观测，可大幅提升手术的安全性，缩短手术时间并提高手术效率。常规手术通常使用超声、内窥镜或X光等单模态影像进行手术过程引导，信息单一且均为二维影像，空间立体信息缺失，手术过程严重依赖医生经验；而多模态图像引导的手术导航技术通过融合多模态图像的优势，在三维空间提供病灶的结构或功能信息，大幅提升医生对血管、神经以及重要组织结构的空间辨识力。由此，本文针对多模态图像分割建模、手术方案决策、手术空间位姿标定与跟踪、多模态图像配准、图像融合与显示等多模态图像引导手术导航的关键技术进行总结和分析，提出其进一步发展面临的挑战并展望其未来发展趋势。多模态图像引导手术导航技术已成为神经外科、颅颌面、骨科、经皮穿刺、血管介入等临床科室精准治疗的新兴手段，具有重要的应用前景。     

基于KLD重采样的抗差自适应UFastSLAM算法

针对声呐SLAM系统中噪声统计特性不准确或状态突变而导致无迹快速SLAM(UFastSLAM)算法性能下降及因采用固定粒子数而使得算法实时性不高的问题，提出一种基于改进粒子建议分布估计和自适应KLD重采样的UFastSLAM(RAUFastSLAM)算法。在载体位姿估计阶段，融入抗差自适应因子，利用抗差自适应无迹粒子滤波算法（RAUPF）对载体位姿进行估计；在特征状态估计阶段，利用抗差自适应无迹滤波算法（RAUKF）对环境特征的位置进行更新；在粒子重采样阶段，采用基于KL散度的自适应粒子重采样方法在线实时调整所需的粒子数，在保证精度的同时提高算法的实时性。实验结果表明，在量测噪声统计特性不准确且量测信息中有异常干扰时，与UFast SLAM算法相比，所提方法的载体位置估计、航向角估计和特征位置估计的精度分别提高了18.79%、16.67%和18.81%，对异常干扰具有更好的鲁棒性。     

附加TDCP约束的无人船载GNSS/MEMS组合导航方法

针对无人船用GNSS SPP与MEMS进行组合导航时存在的定位误差大、鲁棒性差等问题，提出了一种附加TDCP约束的无人船载GNSS/MEMS组合导航方法。采用因子图方法构建无人船GNSS/MEMS组合导航系统模型，利用多频TDCP求解的历元间精密位置增量进行约束，并使用增量平滑算法进行状态估计。通过实际无人船试验，设计了六种组合方案进行性能评估，结果表明，加入多频TDCP约束后，横滚和俯仰角精度优于0.2°，航向角精度优于1°；北向、东向、地向的定位精度分别为0.270 m、0.201 m和0.464 m，最大定位误差小于0.5 m。与无此类约束相比，所提方法提高了无人船定位的精度和鲁棒性，且求解轨迹更平滑。     

基于自适应因子图优化的导航系统信息融合方法

针对传统因子图优化方法（FGO）中量测协方差矩阵不准确带来状态估计精度下降问题，提出了一种基于滑动窗的自适应因子图优化方法（SWAFGO），将滑动窗技术应用到量测协方差矩阵的估计，利用滑动窗内的残差序列估计协方差矩阵。与传统的使用单点残差的自适应因子图方法（SRAFGO）相比，所提出方法不需要误差模型的先验知识，而且充分利用了历史残差数据，因此性能上有较大的提升。仿真实验和KITTI数据实验结果表明，在无先验知识条件下，所提出方法能够较准确地估计出量测协方差矩阵，且相较于SRAFGO方法位置估计精度提升12%。     

北斗实时卫星共视时间传递技术及其性能评估

全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System,GNSS）时间传递技术以其低成本、高精度、广覆盖范围等特点，广泛应用到高精度时频领域。传统卫星共视技术利用全球卫星导航时间比对标准（Common GNSS Generic Time Transfer Standard,CGGTTS）共视文件实现事后高精度时间传递，很难实现实时时间传递。为满足数字换流站、电力物联网、移动通信等对实时、高精度时间传递的需求，研究了基于北斗三号全球卫星导航定位系统（BDS-3）伪距观测数据的实时卫星共视技术，开展了短基线和西安-三亚长基线北斗实时卫星共视时间传递实验来评估实时共视时间传递性能。实验结果表明北斗实时卫星共视时间传递精度优于1 ns，可为时频系统、数字换流站等应用领域提供纳秒级时间同步和纳秒级时间溯源服务。