UUVs集群协同定位的分散式增广信息滤波方法

无人水下航行器集群协同作业能够扩展单体UUV的感知范围,实现单体UUV无法或难以完成的复杂任务。由于水下环境的复杂性及UUV各传感器存在观测限制、时延等问题,传统分散式Kalman滤波方法所需要的庞大实时通信在实际中难以实现,使得当前UUVs集群协同定位为不严密的解算。本文提出一种以增广信息滤波为核心的UUVs集群协同定位分散式滤波方法,在顾及算法严密性的基础上实现了UUVs分散式协同定位。每个UUV平台根据本地的传感器数据建立自己的状态链,同时广播自己的观测信息,各个平台协同完成信息矩阵的Cholesky修正。基于严密的数理理论证明了所提出的UUVs协同定位的分散式滤波与集中式滤波的一致性,并与传统方法进行对比分析。理论仿真分析表明,较之传统方法单体UUV的观测更新或两个UUV之间的相互观测都会导致UUVs集群全体状态更新,本文方法使得观测更新仅与观测直接涉及的UUV相关,有效地降低了通信载荷,实现观测信息的即插即用,扩展性良好。     

3种PPP模型的统一模糊度固定方法

精密单点定位(PPP)的模糊度经未校准硬件延迟小数部分(FCB)产品改正后,可恢复整周特性,能够显著缩短PPP的初始化时间。然而由于用户端模糊度固定模型需与服务端FCB产品保持一致,不仅造成了用户端面临不同FCB产品无法使用的问题,而且加重了服务端的链路传输压力。本文提出一种基于用户端3种PPP模型(消电离层组合、无电离层约束的非组合以及先验电离层约束的非组合模型)的统一模糊度固定方法,不同用户端可采用同一种FCB产品实现模糊度的快速固定。选取全球116个MGEX测站作为服务端生成3种FCB产品,选取未参与服务端解算的50个测站作为用户端进行验证。试验结果表明,本文方法解决了用户端面临不同FCB产品的PPP模糊度固定问题,在定位精度、收敛时间、固定率方面与传统方法保持一致。     

一种加速GNSS信号捕获的短时傅里叶变换算法

提高GNSS信号捕获速度从而减少定位时间,是目前GNSS信号处理研究热点之一。短时傅里叶变换是一种通过设立窗口函数与采样信号相乘从而提高捕获速度的方法。为了提高GNSS信号捕获速度,利用短时傅里叶算法对GNSS信号捕获的算法进行了改进。实验中选取了不同的窗口函数对GNSS信号峰值以及处理速度的变化进行了分析。在其码相位和频率基本不变的情况下,得到了在峰值变化较小时,短时傅里叶变换能有效提高其捕获速度的结论。     

顾及有色噪声的光纤陀螺随机噪声自适应滤波方法

作为光纤陀螺误差的重要组成部分,随机噪声严重影响着光纤陀螺的精度,对光纤陀螺随机噪声进行准确建模和补偿是提升陀螺精度的有效方式。本文针对光纤陀螺随机噪声的复杂性,难以对其进行精确分析,ARIMA （auto-regressive moving average）模型Kalman滤波中有色噪声不能使用状态扩充法建模的问题,扩展了Harvey方程,实现有色噪声白化。同时,考虑先验噪声的不确定性以及模型参数在线更新导致的参数与状态噪声相互耦合,分析了动态Allan方差估计量测噪声的不足,使用VBAKF （variational Bayesian adaptive Kalman filter）实时修正滤波状态噪声与量测噪声。试验表明,Harvey法较传统滤波建模方式,随机噪声序列方差降低40%,Harvey法结合VBAKF使序列方差降低了54%;VBAKF较动态Allan方差,可以更好地估计量测噪声。结果表明,此方法可有效抑制随机噪声Kalman滤波中有色噪声和随机模型不准确的影响,提高随机误差补偿精度。     

一种基于相对关系不变性的双相机标志点匹配算法

针对双相机数字工业摄影测量中的人工标志点自动匹配问题,设计了一种基于相对关系不变性的图像匹配算法,根据平缓过渡曲面上相邻点间相对关系在两张像片上一致的原理,解决了两张像片的标志点自动匹配问题。3组实验表明,该算法匹配正确率高,匹配速度快,能够满足动态测量数据处理的需求。     

水下UUVs集群协同定位技术发展现状及趋势北大核心CSCD

随着水下装备逐渐走向自主化、无人化、智能化,水下无人航行器(UUV)以集群的形式协同作业成为必然的发展方向。本文介绍了UUVs集群设备的发展现状及相关项目开展情况;系统梳理了UUVs集群协同定位技术在编队构型设计、观测量误差建模、模型与解算方法及水声通信技术方面取得的研究进展;重点讨论了UUVs集群协同定位技术的发展趋势,即协同编队构型设计的可视化、多源传感器误差建模的精细化、集群协同定位算法的智能化及定位结果质量控制的实时化;最后对UUVs集群协同定位技术的发展作出展望。     

一种基于全站扫描的特征点自约束点云变形分析方法

为了对大坝、高层建筑、滑坡区、采空区等危险变形体进行变形观测，针对智能全站仪、GNSS测量、三维激光扫描等变形监测技术无法很好地实现变形特征点和点云的综合变形分析问题，提出了基于全站扫描特征点自约束点云变形分析方法，获取变形体的离散特征点和整体点云变形数据，利用特征点形变矢量求取点云至模型的形变量，从而刻画变形体的整体形变信息。试验结果表明，利用本文所提出的方法能够成功计算出点云至模型的形变量，经统计分析，所有点的形变量真误差的期望值为-0.04 mm，结果精度为1.2 mm。试验结果能够反映变形体的整体形变信息，且具有较高精度。     

基于遗传算法的激光跟踪仪控制网优化设计

针对跟踪仪三维控制网测量时因跟踪仪设站位置凭经验布设无法保证测量结果最优的问题,提出一种基于遗传算法的跟踪仪控制网优化设计方法。该方法以多台激光跟踪仪三维网的距离前方交会为理论基础,取目标点精度均方差最小为目标函数,兼顾了工作区域边界、目标点的可视性、跟踪仪间距等约束条件,基于遗传算法实现了跟踪仪设站位置的优化设计。实验结果表明,该优化设计算法具有明显的效果,算法设计出的网形较随机网形的测量精度有明显提高,能够为实际测量中跟踪仪的布设位置提供参考。     

车载分散式协同定位算法性能分析

为了提高GNSS拒止环境下车辆编队的定位精度,克服集中式滤波依赖中央处理单元且整体计算量大,进而导致协同定位系统可靠性低的问题,提出一种基于OD/SINS(里程计/捷惯导组合导航)模式下分散式协同定位算法.在OD/SINS组合导航系统方程的基础上构建了分散式协同定位模型,建立了基于位置反馈校正的测量模型,并引入载体连线边横向误差和边纵向误差来对协同定位后的相对精度进行评价.仿真结果表明,该算法与非协同模式相比,能够有效减小定位误差和航向角误差,并且能够显著提升载体之间的相对精度和编队构型的稳定程度.     

BDS卫星钟差短期预报性能分析

采用BDS精密钟差数据进行短期预报实验,通过线性模型、二次多项式模型、灰色模型和Kalman滤波模型对14颗BDS卫星的钟差预报效果进行比较和分析,总结不同类型卫星的钟差预报性能和利用各模型进行BDS卫星钟差预报的相关特性。