惯导极区模拟测试船用IMU转换修正误差公式简化与分析EI北大核心CSCD

在中低纬度检验惯性导航极区性能的模拟测试系统中,基准误差造成的IMU转换修正误差是影响模拟测试精度的重要因素,本文讨论分析了其简化计算方法。采用转移前后地球球体模型下横向坐标系导航参数不变的基准轨迹转移原则,首先简述了模拟测试方法及IMU转换公式;其次,研究了IMU转换修正误差的计算方法,相比完整计算公式给出了适合船用的近似计算公式,并对其中的系数、各分量的量级及变化形式进行分析;最后,利用实测航次的导航参数,对比验证了公式计算的正确性。简化公式最大计算误差约为10%,可满足后续模拟测试中IMU误差的分析要求。     

惯导系统横向坐标法导航性能研究

针对惯导系统横向坐标法,推导了惯导横向坐标系下的系统误差方程,通过求解静基座下的系统误差方程,研究了系统初始误差和惯性测量元件误差对基于横向坐标法的惯导系统的影响,在此基础上完成了系统误差仿真,并与地理经纬坐标解算方法进行比较。理论分析及仿真结果表明:横向速度误差、水平姿态误差为周期震荡型误差,位置误差和航向误差为随时间增长的积累型误差;横向坐标系法可以有效解决惯导地理经纬坐标解算方法的计算奇异和系统误差过大的问题。     

外速度参考条件下的惯导系统快速外阻尼算法

针对外速度参考条件下惯导系统振荡误差的快速抑制需求,提出了一种改变传统阻尼网络结构的系统误差快速阻尼方法。在传统的惯导系统内、外阻尼形式中,内阻尼算法容易受到载体加速度影响,外阻尼算法动态特性差。所提方法增加一条外速度为输入的前向通道,补偿载体加速度对阻尼系统误差的影响,同时改变传统阻尼网络结构形式,提高阻尼网络的动态特性。根据系统阻尼动态过程,进行快速阻尼网络参数设计,同时可以综合考虑动态过程与速度误差抑制两方面的影响,采用变参数实现快速阻尼算法。惯导系统阻尼算法仿真与试验结果表明,传统外阻尼算法的调节时间约为1 h,采用快速外阻尼算法的系统阻尼过程调节时间缩短为10 min。     

室内环境下立体视觉惯导融合定位

针对室内服务机器人在居家环境下导航定位问题,本文研究了紧耦合非线性优化的立体视觉惯性融合导航方法。本文采用预积分、边缘化、滑动窗口优化等关键技术,提出了一种稳健的视觉惯性导航系统初始化方法。运用于室内家庭服务机器人中,设计并实现了对应的视觉惯性融合导航系统。在搭建的模拟居家环境下,验证了本文系统的初始化方法能够提供稳健、准确的系统初值;最后通过试验验证了本文定位系统的准确性与稳定性,定位误差可控制在0.1 m以内。     

极区电离层梯度的特性分析

从多个角度研究了极区电离层梯度的特性。从整体来分析时,依据单层模型的假设和投影函数只依赖于高度角的性质,利用相邻穿刺点求差来获得投影函数误差。同时,用区域电离层模型获得的不同区域和时段的TEC图作比较。从局部来分析时,用经纬线方向上的测站上空同一卫星的穿刺点来探测水平梯度的方向性。结果表明,磁暴期间,极区和中纬地区的电离层梯度明显增强,但在磁平静期间,不同于中纬地区的梯度较为稳定的方向和大小,极区电离层梯度依然变化迅速,说明极区电离层的特殊形态导致了极区电离层梯度的不稳定。     

惯导辅助下的动态精密单点定位算法研究

精密单点定位中的模糊度不具有整数特性,如何将其准确求解一直是当前研究的热点。且在定位初始阶段,需要经过长时间观测才能使定位精度收敛到厘米、分米级。为解决上述两个问题,可引入惯性导航系统（INS）输出的短时间内高精度的导航信息,以用于辅助模糊度浮点解快速准确地解算。文中分别介绍了直接利用位置信息代入和构建虚拟观测量的两种最小二乘方法,以及这两种方法下INS导航信息精度与模糊度浮点解精度之间的关系。仿真结果表明:惯性信息的辅助作用能够有效地在定位初始阶段提高模糊度解算的效率和精度、缩短收敛时间、改善定位精度。      

一类捷联惯导系统模糊内阻尼算法的改进

讨论了内阻尼网络对捷联惯导系统的影响,指出载体在导航系内的加速度直接影响系统精度;分析了相关文献模糊内阻尼算法的适用前提及局限性,并提出改进算法。首先利用载体解算的姿态和速度信息对载体系内加速度计输出信息进行相应坐标变换和补偿;而后采用固定点滤波对其进行消噪处理;最后将处理后的数据输入模糊判别器以判断捷联惯导系统的工作方式。仿真和试验结果显示,本文算法更能准确地判断载体运动状态。46h海上导航数据表明,本文算法能准确判断舰船状态而合理选择系统阻尼状态,使系统最大速度误差由2m/s提高到1m/s。     

多学科交叉对促进"惯导和组合导航原理与 应用"课程改革的影响

针对当前教学培养模式下大地测量学与测量工程专业研究生对所学专业知识缺乏综合运用能力的问题,为实现专业培养目标,进一步提高学生独立思考、自身创新的能力,论文基于"惯导和组合导航原理与应用"课程具备的多学科知识点交叉融合的特性,通过探索多学科知识点的联系以及各类知识所能解决的问题,主要从课程的理论框架与特点、教学中存在的问题以及多学科交叉式教学方面进行分析与改革实践,获得了较好的教学反馈,对测绘类专业的导航学课程教学具有指导意义。     

地球重力场平差模型误差的控制

针对模型误差,给出了函数模型优选的标准;提出了衡量模型误差大小的精确度指标及实用估计方法;给出了估计函数模型拟合精度的标准差公式。     

方位大失准角的捷联惯导非线性快速对准研究

捷联惯性导航系统初始对准中,当方位失准角为大角度时,常规的基于一阶线性化的小角度惯导误差方程不能准确描述系统的误差传播特性,捷联惯导的初始对准可归结为非线性状态估计问题。针对方位大失准角情况,本文提出基于UKF的方位大失准角非线性快速对准方案,该方案增加陀螺信息作为新的观测量,可提高方位失准角的对准速度。仿真结果表明,本文所提出的方案能够适用于方位大失准角情况下的捷联惯性导航系统快速对准。     

七参数坐标转换模型的适用性分析

本文阐述了Bursa和Molodensky七参数坐标转换模型.对七参数转换模型中平移、旋转及尺度变化参数之间的相关性进行了分析,也研究了当已知点坐标发生微小变化时,对转换参数稳定性的影响.从理论上证明了在小范围内Molodensky模型参数之间是不相关的,已知点坐标的微小变化对Bursa模型参数的影响较大,而对Molodensky模型参数的影响较小,Molodensky模型比Bursa模型稳定;验证了两个模型结果的等价性,对于小区域,更适合使用Molodensky模型.     

Predictability of the Earth’s polar motion

The numerical prediction of the Earth’s polar motion is of both theoretical and practical interest. The present paper is aimed at a comprehensive, experimental study of the predictability of polar motion using a homogeneous BIH (Bureau International de l’Heure) data set for the period 1967–1983. Based on our knowledge of the physics of the annual and the Chandler wobbles, we build the numerical model for the polar motion by allowing the wobble period to vary. Using an optimum base length of six years for prediction, this “floating-period” model, equipped with a nonlinear least-squares estimator, is found to yield polar motion predictions accurate to within 0″.012 to 0″.024 depending on the prediction length up to one year, corresponding to a predictability of 89–82%. This represents a considerable improvement over the conventional fixed-period predictor, which, by its nature, does not respond to variations in the apparent wobble periods (in particular, a dramatic decrease in the periods of both the annual and the Chandler wobbles after the year 1980). The superiority of the floating-period predictor to other predictors based on critically different numerical models is also demonstrated.     

极地区域气溶胶地基遥感观测及分析

依据全球气溶胶自动观测网在极地区域的观测,对以下问题进行了讨论:(1)温度订正在极地气溶胶光学厚度观测中的重要性及订正方法;(2)在极地进行仪器常数标定的可行性分析及温度效应的影响;(3)利用天空散射光观测反演气溶胶微物理和光学特性参数(粒子谱分布、散射相函数、复折射指数、单次散射反照率等)时,关于观测几何选择的问题,以及针对极地区域气溶胶特性的初步反演结果。这些研究可以为中国未来在两极地区开展基于自动太阳-天空辐射计的气溶胶地基遥感观测提供参考,为极地区域气溶胶卫星遥感及气候效应评估等研究提供重要支撑。     

Positional accuracy of the Google Earth terrain model derived from stratigraphic unconformities in the Big Bend region,Texas, USA

The Google Earth terrain model could prove beneficial for extraction of positional data in the future. At present, only an aging independent benchmark study (Potere, D., 2008. Horizontal position accuracy of Google Earth's high-resolution imagery archive. Sensors, 8, 7973–7981) provides constraints on positional accuracy for Google Earth imagery. In this investigation, we compared virtually traced positions against high-precision (<1 m) field measurements along three stratigraphic unconformity sub-sections in the Big Bend region to determine current positional accuracy for the Google Earth terrain model. A horizontal position accuracy of 2.64 m RMSE_r was determined for the Google Earth terrain model with mean offset distance being 6.95 m. A vertical position accuracy of 1.63 m RMSE_z with mean offset distance of 2.66 m was also calculated for the terrain model. Results suggest data extracted from the Google Earth terrain model could plausibly be used in future studies. However, we urge caution in using Google Earth data due to limited information disclosures by developers.     

北斗三号在极区导航定位性能的研究

针对GPS导航系统在极区范围内导航定位困难的问题,提出了一种采用创新型星座设计的北斗三号(BDS-3)系统对极区进行导航定位的新方法.采用轨道模拟的方式对BDS-3卫星模型解算,通过计算极区卫星可见性、高度角以及精度因子等主要导航性能指标,对极区内定位性能指标的单点统计以及均值分布统计情况与GPS导航系统进行对比.随着截止高度角的增大,极区东半球部分BDS-3的可观测到的卫星数量比GPS更多;所有极区东半球以及部分极区西半球区域的各类DOP值明显低于GPS.因此,创新型星座设计的BDS-3在高对流层延迟下比GPS更有定位优势,为极区导航定位提供了新的选择.     

GOCE地球重力场模型在青藏地区的评价及分析

2009年GOCE卫星升空以后,卫星重力梯度数据参与解算的GOCE系列重力场模型已有多家研究机构相继公布。本文分别采用青藏地区的GPS/水准和重力异常实测数据对GOCE重力场模型进行了外部测试,并在重力异常验证过程中引入了一种新的滤波方法,验证结果表明在青藏地区GOCE重力场模型相比其它系列模型的优势在于中波段。同时,探讨了GOCE重力场模型与其他系列模型在青藏地区主要差异值的空间分布以及首次利用统计分析方法找出模型之间主要差异值的阶次分布,得出如下结论：模型之间的较大差异值在空间水平方向上主要分布在喜马拉雅山脉、天山等地形起伏较大的区域,在垂直方向上主要集中在岩石圈。     

Numerical study on the mixed model in the GOCE polar gap problem

Gravity gradients acquired by the Gravity field and steady-state Ocean Circulation Explorer(GOCE) do not cover the entire earth because of its sun-synchronous orbit leaving data gaps with a radius of about 6.5° in the polar regions.Previous studies showed that the loss of data in the polar regions deteriorates the accuracy of the low order(or near zonal) coefficients of the earth gravity model,which is the so-called polar gap problem in geodesy.In order to find a stable solution for the earth gravity model from the GOCE gravity gradients,three models,i.e.the Gauss-Markov model,light constraint model and the mixed model,are compared and evaluated numerically with the gravity gradient simulated with the EGM2008.The comparison shows that the Best Linear Uniformly Unbiased Estimation(BLUUE) estimator of the mixed model can solve the polar gap problem as effectively as the light constraint model;furthermore,the mixed model is more rigorous in dealing with the supplementary information and leads to a better accuracy in determining the global geoid.     

径向基核函数在DEM内插中的适用性分析

针对空间插值中不同核函数在不同地形条件下的适用性问题,该文选取了平原、丘陵和山地3种地貌类型区,采用5种常用的径向基核函数分别生成若干分辨率的DEM,通过高程统计参数、空间自相关特性和等高线套合分析DEM的精度差异。综合而言,平原地区中多重对数函数、多重二次曲面函数、反多重二次曲面函数和自然三次样条曲面函数插值效果没有显著差别,薄板样条曲面函数相对略差;丘陵地区选择多重二次曲面函数和薄板样条曲面函数插值效果最好,多重对数函数和自然三次样条曲面函数次之,反多重二次曲面函数最差;山地地区采用多重二次曲面函数插值能取得较为满意的效果,其他4种核函数逊之。     

极区海冰密集度AMSR-E数据反演算法的试验与验证

海冰密集度是极区海冰监测的重要参数,目前分辨率最高的微波海冰密集度产品为德国Bremen大学发布的针对AMSR-E 89 GHz频段数据利用ASI算法反演的网格数据。为实现中国极区遥感产品从无到有的战略步骤,本文针对AMSR-E 89GHz频段微波数据的ASI算法,进行了插值算法、系点值和天气滤波器一系列试验。针对北极海区,着重对影响反演结果的主要参数——纯冰和纯水的亮温极化差异阈值,即系点值(P₁和P₀)进行了2009年全年的统计分析。研究表明,2009年北极纯冰和纯水的代表区域P₁和P₀年平均值分别为10.0 K和46.67 K;2 K以上的系点值差异引起的海冰密集度差别较为显著;同样的系点值差异在不同极化差异P取值范围对海冰密集度的影响也不同。通过统计确定的系点值推算并修正了海冰密集度反演公式,对2009年全年北极海冰密集度进行了反演,并与Bremen大学产品进行了比较。继而对白令海和楚科奇海12个晴空下MODIS可见光样本数据进行反演,以验证AMSR-E冰密集度反演结果,并对误差原因进行了分析。本研究反演结果与MODIS样本比对的误差略小于Bremen大学的反演产品,空间平均误差为3.84%,空间平均绝对误差10.83%。     

SSM/I极地亮温资料中的4个月振荡现象

SSM/I仪器采用圆锥扫描方式,避免了AMSU-A等跨轨迹横扫仪器观测资料中存在的临边效应,其观测资料更加适用于空间特征分析。因此,利用1998年—2008年SSM/I仪器极地观测亮温资料,经谱分析、小波分析以及经验正交函数(EOF)分析,验证了南、北极地区的4个月振荡(后简称FMO)现象,揭示了南、北极地区FMO现象的时空分布特征。结果显示:(1)SSM/I 19V/H,37V/H通道在南、北极的亮温观测中有显著的FMO现象,北极亮温值FMO峰值出现在3月、7月和11月上旬,南极FMO峰值出现在4月、8月和12月中旬;(2)北极的FMO增强年为1999年、2002年和2006年;南极为1998年、2001年、2005年和2008年;(3)从12月到次年5月,当海冰面积基本不变时,亮温值随表面温度变化而变化;6到10月,表面温度基本不变时,亮温值随海冰面积变化而变化。当海冰FMO和表面温度FMO均位于相对较大值时,亮温的FMO达到峰值;当海冰FMO和温度FMO都相对较小时,则亮温的FMO到达谷值,其中海冰的影响较大;(4)北极大部分地区呈现同位相的FMO现象;南极不同区域间有显著差异:威德尔海(Weddell Sea,20°W—60°W,60°S—75°S)与拉扎列夫海域(Lazarev sea,20°W—30°E,60°S—70°S)FMO位相相反;90°W到180°W的绕极海域内60°S到70°S纬度带与70°S到80°S纬度带的FMO位相相反。综上,SSM/I对极地的观测亮温中有显著的FMO现象,其振荡强度存在年际变化。地表亮温的FMO主要受到表面温度变化和海冰凝结融化过程的共同作用。在空间特征上,北极大部分地区呈现同位相的FMO现象;南极不同区域间有显著差异。