水下无源导航系统仿真匹配算法研究

针对水下无源导航(地形辅助导航)系统的特点,充分利用各种海洋地理特征传感器获取信息,进行数据预处理、算法分析、性能评估,然后进行智能数据融合,进而完成水下无源导航系统模块化的仿真设计,为水下无源导航系统的进一步研究提供可行的方法和技术。仿真结果表明,采用水下地形匹配辅助导航,能够有效地修正惯导误差达到设计要求,为真实海洋环境下的精确导航提供可靠的技术依据。     

区域卫星导航系统无电离层组合定位精度分析

电离层折射误差是卫星导航系统定位的主要误差源之一。目前使用最广泛、最有效的电离层折射误差改正技术是双频技术。区域卫星导航系统具有3个频率的观测数据,可以形成多种消除电离层一阶项的观测组合以及消除电离层二阶项的观测数据。文中假设各个频率上的观测噪声相同,推导了B1/B2,B1/B3和B2/B3三种消电离层一阶项组合的表达式,其噪声放大因子分别为2.899,3.527和14.286;推导了B1/B2/B3消电离层一阶项且噪声最小组合的表达式,组合系数分别为6.179,-3.826和-1.000,该组合的噪声放大因子为2.865;推导了消除电离层二阶项组合的表达式,组合系数分别为-0.263,-0.749和1.000,该组合的噪声放大因子为35.748。利用实测的伪距数据对5种组合的定位误差进行了计算。定位结果表明,消电离层一阶项且噪声最小的定位精度最高;B1/B2,B1/B3和B2/B3组合定位精度依次降低;B1/B2/B3消电离层二阶项组合虽然消除了电离层二阶项,但噪声放大了35.748倍,因此其定位精度最差。     

无源卫星导航系统星地双向无线电时间比对实现

介绍了无源卫星导航系统星地无线电时间比对的原理，给出了星地无线电时间比对在扩频测控信道中实现的方法，并对各种误差因素进行了分析。     

车辆导航系统的地图匹配技术研究

常规的地图匹配方法只能消除路段径向的偏差,在分析GPS误差模型的基础上,采用卡尔曼滤波技术对传感测量位置与数字道路地图之间的偏差进行估计,销减了路段平行方向的偏差,从而大大提高了系统的定位精度。仿真试验的结果证明了该算法对于提高车辆定位系统的性能是有效的。     

车辆导航系统中定位数据处理和地图匹配技术

分析了GPS误差来源，并提出了相应的处理办法；融合电子地图中的道路数据和GPS所提供的定位数据的地图匹配算法，可以有效地提高车辆导航的定位精度。在分析各种地图匹配算法基础上，提出了一种实用的地图匹配方法，并且在实践中得到了验证。     

车辆导航系统中定位数据处理和地图匹配技术

分析了GPS误差来源,并提出了相应的处理办法;融合电子地图中的道路数据和GPS所提供的定位数据的地图匹配算法,可以有效地提高车辆导航的定位精度.在分析各种地图匹配算法基础上,提出了一种实用的地图匹配方法,并且在实践中得到了验证.     

GPS车载导航系统的地图匹配算法

分析了影响GPS车载导航系统数据质量的各种误差,提出采用地图匹配算法来实时提高车载导航系统的定位准确度,给出了误差模型和算法描述以及算法的实现方法.     

区域卫星导航系统的卫星星座

讨论了区域卫星导航系统卫星星座中所用卫星轨道类型。重点讨论了卫星定轨精度、卫星利用率等问题，比较了它们在区域卫星导航系统中的适用性。     

利用空白区域骨架线网眼匹配多源面状居民地

多源大比例尺城市地图中,同名居民地数据间往往存在较大几何位置偏差,从而增加了居民地匹配的难度和不确定性。针对这一问题,本文提出了一种利用空白区域骨架线网眼进行居民地匹配的新方法。首先,提取空白区域骨架线,并建立空白区域骨架线网眼和居民地之间的一一映射关系,将居民地匹配转换为骨架线网眼匹配;然后,根据骨架线网眼之间的相接拓扑关系构建对偶图,计算对偶图中每个节点的各项中心性指标,并利用极化变换和层次分析法建立骨架线网眼匹配模型,获取骨架线网眼匹配结果;最后,将骨架线网眼匹配结果按照映射关系进行传递,从而得到居民地匹配结果。将居民地匹配转换为空白区域骨架线网眼匹配,并对骨架线网眼进行对偶图构建和极化变换,为匹配增加拓扑约束和相对位置约束,从而弥补几何位置的较大偏差对匹配造成的影响。对比试验及分析表明本方法能够有效解决大比例尺城市地图中几何位置偏差较大的面状居民地的匹配问题。     

多源融合导航系统的融合算法综述

多导航源的信息融合算法是多源融合导航系统的核心技术,根据各类算法的结构特性,将融合算法分为三大类:集中式融合算法、并行式融合算法和序贯式融合算法。通过对各类算法的仿真,总结出算法的特点和适用场景,并得出融合算法的发展趋势,为多源融合导航系统设计提供算法理论支撑。      

自组织优化分类的AUV地磁导航适配区选取

为确保水下自主航行器(autonomous underwater vehicle, AUV)地磁导航的可靠性及其航迹规划的合理性,提出了一种基于主成分分析(principal component analysis, PCA)和改进反向传播(back-propagation, BP)神经网络结合的候选地磁匹配区自组织优化分类方法。将候选地磁匹配区的分类问题统一在模式识别的框架下,首先,采用PCA对若干地磁图特征参数进行线性变换,获取独立的主成分特征参量;然后,利用遗传算法(genetic algorithm, GA)优化BP神经网络的初始权阈值来提高候选地磁匹配区适配性分类的准确性;最后,借助GA-BP神经网络来构建地磁图特征参数和匹配性能的映射关系,完成地磁适配区的自动识别。仿真实验结果表明,该自组织优化分类方法在地磁导航适配区选取方面具有较高的分类精度和可靠性,为AUV的高精度长航时自主导航提供重要保障。     

航海图水深模型用于水下地形匹配定位的选取分析

系统分析了航海图水深模型(DDM)直接应用于水下地形匹配定位的可行性,给出了航海图DDM作为水下地形匹配基准图时比例尺的选取要求。首先,在经典TERCOM算法的基础上,构建基于航海图DDM的水下地形匹配定位算法;然后,将地形标准差不同的2个试验区均匀地划分为100个匹配区,并构建比例尺为1∶20 000到1∶200 000的航海图DDM;最后,分别以这些航海图DDM作为匹配基准图,进行匹配定位试验。试验结果表明:(1)改进后的TERCOM算法可以直接采用航海图DDM作为地形匹配基准图进行匹配定位;(2)为减少误匹配的发生,应选取比例尺大于1∶25 000的航海图DDM作为地形匹配基准图。     

一种改进型TERCOM水下地磁匹配导航算法

分析了传统单频数据预处理方法在复杂运动状态下的缺陷,打破常规周跳探测基于时间序列的处理思维,提出基于双差的单频单站数据预处理方法。主要内容包括基于双差验后单位权中误差检测周跳发生的时刻;基于稳健估计的残差检测周跳发生的卫星;利用周跳回代估计进行周跳修复。通过模拟特定运动状态的动态数据及实测地震数据,验证了该方法在接收机复杂运动状态中的有效性及连续周跳探测的能力。     

基于卫星测高数据的重力匹配导航仿真

介绍了重力匹配导航的研究背景和工作流程,设计了基于中国沿海实际重力异常数据的仿真试验模型。采用多模型自适应卡尔曼滤波与绝对平方差两种不同的算法,在两条具有不同重力异常变化的航行线路上进行了仿真试验,验证了重力异常匹配的技术可行性。     

匹配导航标准现状与标准体系分析

匹配导航是一种运用匹配算法对载体预存的导航数据进行匹配来确定载体位置信息的自主导航技术。通过分析匹配导航技术的发展现状和应用领域,梳理了国内外匹配导航技术的相关标准,给出了匹配导航技术的一种标准体系结构,并对匹配导航制定的标准给出了意见和建议。     

重力异常辅助惯性导航中匹配区提取方法

由于重力场中的重力异常数据是以格网的形式表示的,它与地形的DEM在数据结构上有一定的相似性.因此可借鉴一些数字地形分析的方法,提取重力场的特征区域(匹配区)用于辅助惯性导航.首先,对重力场进行特征提取,通过对特征的比较分析选取其中的某些因子作为重力场特征因子;然后,利用等值线方法对重力场特征数据进行区域分割,提取栅格特征数据区域的矢量边缘,并对这些矢量表示的区域进行聚类处理;最后,利用凸壳算法提取这些区域的凸壳范围线,获得重力异常变化比较显著的区域(匹配区).从而为重力匹配辅助导航提供了必要的参考数据.     

重力辅助导航仿真及适配性分析

重力场辅助导航是抑制惯性导航系统随时间误差累积的有效方法之一。本文引入重力异常可导航值作为描述重力异常背景场的特征之一,并计算了西太平洋海域1'×1'重力异常可导航值。为了分析重力异常背景场的适配性,选取了4条代表性航线并基于ICCP算法进行了仿真,并对仿真结果作了统计分析。统计结果表明,匹配区域的可导航值越大,适配性能越好,其中在可导航值均值大于20的航线上,匹配成功率大于80%,且匹配精度优于2 nmile。     

水下运载体重力辅助惯性导航系统仿真平台

重力辅助惯性导航系统(GAINS)是未来水下无源导航的重要形式之一。为了调试和验证这种新的水下导航系统,开发了水下运载体导航系统仿真平台。提出了仿真平台总体结构;描述了仿真平台中运动载体模块、惯导模块以及重力测量模块的数学模型和仿真算法;对重力匹配算法也作了相应介绍;最后对仿真平台进行了仿真联调。结果表明,该仿真平台的结构合理可靠,各子系统采用的数学模型和仿真算法正确可信。