2016年, 第15卷, 第6期　刊出日期：2016-12-05

  

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综述与动态
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  地磁导航技术研究进展

  孙晓洁, 寇军, 张笑楠, 李洁

  导航与控制. 2016, 15(6): 1-6. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2016.06.001

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  地磁场是地球的固有资源,利用地磁场匹配进行导航是一种新型导航技术。与传统的惯性导航和卫星导航比较,地磁导航具有无积累误差、抗干扰、隐蔽性好、导航信息丰富等优势。文章介绍了地磁导航的3个基本要素,即磁场测量技术、地磁模型以及定位与导航技术。分析了弱磁场磁力仪在地磁导航中的应用及其优缺点,讨论了地磁场模型和地磁匹配算法,展望了地磁导航技术的应用前景。
系统与应用
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  基于惯性辅助的GPS相对定位算法

  彭旭飞, 陆志东, 岳亚洲, 高关根

  导航与控制. 2016, 15(6): 7-13. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2016.06.002

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  针对GPS信号易受干扰遮挡以及利用载波相位差分进行相对定位时整周模糊度浮点解精度差、搜索空间大的不足,提出INS辅助的GPS相对定位算法。首先采用INS/GPS深组合方式,实现伪距、伪距率的滤波平滑;然后利用校正后的惯性信息、伪距、载波相位集中滤波得到高精度的浮点解和协方差阵;最后利用LAMBDA算法得到模糊度固定解和相对位置信息。文中使用GPS实测数据和仿真惯导数据进行相对定位试验,结果表明在GPS信号受到短时遮挡时,有惯性辅助和没有惯性辅助相比,东北天3个方向的平均误差分别下降66.45%、82.32%、85.66%;且该算法可改善模糊度指标,压缩整周模糊度搜索空间,提升整周模糊度求解效率。
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  AB PLC在天然气SCADA系统中的冗余设计

  张晓玲, 张鹤川, 魏宗康

  导航与控制. 2016, 15(6): 14-20. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2016.06.003

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  基于网络控制的PLC冗余系统,通过设备实现冗余所需的自动事件同步和无扰动切换,不会丢失信息,无需切换时间。避免由于单个CPU故障造成系统瘫痪,系统故障率接近于零,保证系统的可靠性、稳定性和实时性。提出在天然气SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系统,即数据采集与监视控制系统中,采用Rockwell公司的ControlLogix PLC冗余系统,利用以太网和ControlNet控制网构建了系统的硬件组网冗余方案,实现数据的采集和对现场设备的自动控制,在实际的应用中取得了良好的效果。
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  一种兼容GPS和BD系统的跟踪环路相干积分方法

  朱龙泉, 李荣冰, 高关根, 韩志凤, 刘建业

  导航与控制. 2016, 15(6): 21-27. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2016.06.004

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  在城市、峡谷等复杂环境下,卫星导航信号衰减严重,接收机导航定位性能变差,甚至不能工作,给国民生产生活带来诸多不便。提高接收机弱信号的跟踪能力,研究高性能的卫星导航接收机具有重要的意义和价值。在研究分析GPS、北斗D1导航电文的调制方式和相干积分方法的基础上,构建了一种改进直方图的位同步方法,该方法借鉴直方图的思想,通过设定比特跳变的统计门限上限和多组门限下限找到比特跳变边沿。在此基础上设计实现了一种长时间相干积分方法,该方法兼容GPS电文和北斗D1导航电文,可以有效地消除导航电文跳变或者NH码跳变带来的比特翻转。最后,在FPGA平台验证了该方法可以有效提高信号信噪比,以及接收机在弱信号环境下的跟踪能力。
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  基于Matlab/FlightGear的导弹飞行姿态与轨迹可视化系统

  黄金阳, 辛长范, 马云建, 贾意弦, 白敦卓

  导航与控制. 2016, 15(6): 28-32. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2016.06.005

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  在导弹6自由度运动学方程组的基础上构建了6自由度矩阵式运动学方程组,使用Matlab/Simulink编程工具构建了导弹的非线性6自由度矩阵式Simulink模型。利用AC3D软件建立导弹的三维物理模型,在对指定部位设置了对象名称后,将其导入至FlightGear中。最后,通过数据接口将Simulink中的仿真数据传输至FlightGear,从而控制导弹的飞行姿态与轨迹,并在FlightGear中实时显示。该可视化仿真可以多视角全方位直观地显示导弹的飞行姿态与轨迹,为导弹的可视化研究提供了便利的方法。
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  翼伞系统动力学建模与仿真研究

  常冠清, 张泽, 仇海涛, 范国梁, 翁璐斌

  导航与控制. 2016, 15(6): 33-40. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2016.06.006

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  以精确空投系统研究为背景,综合运用运动力学和空气动力学知识,建立了翼伞系统6自由度非线性动力学模型,该模型包括3自由度沿系统质心的平动和3自由度绕系统质心的转动。根据此模型分析了翼伞系统的整体运动特性(包括运动轨迹和姿态等),并进行了常值风场对翼伞系统飞行特性的影响研究,得出了翼伞系统在滑翔、转弯和雀降模态下的主要飞行参数,从而为翼伞系统飞行控制系统的设计提供了重要的理论依据。
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  提高飞行器姿态角计算精度的方法研究

  范奎武, 张兵

  导航与控制. 2016, 15(6): 41-44. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2016.06.007

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  分析了传统的通过方向余弦矩阵、四元数形式的飞行器转动微分方程数值积分结果确定姿态角方法的不足,介绍了基于改进的牛顿法确定飞行器姿态角的方法。基于多次测量均值效应原理,介绍多使用上述两种方法中的元素提高飞行器姿态角计算精度的算法及仿真结果。
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  遗传寻优神经网络在平台温控系统建模中的应用

  张浩, 闫光亚, 王汀

  导航与控制. 2016, 15(6): 45-50. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2016.06.008

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  温度直接影响惯性仪表及惯性平台的使用精度,而高精度温控系统的设计依赖于准确的平台加温模型,针对平台系统中多种惯性仪表加温过程复杂度高,当前采用的阶跃响应辨识方法存在模型适应性差、精度不高等情况,且针对基于梯度下降的BP学习算法存在局部收敛的问题。采用基于遗传算法寻优的神经网络辨识的方法,对惯性仪表加温模型进行建模,试验验证通过遗传寻优后的BP神经网络学习算法,提高了网络的学习精度,进而提高了平台系统中惯性仪表加温过程数学模型的精度,模型适应性较高,为后续惯性仪表的加温控制方法的设计提供了必要的条件。
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  重力测量稳定平台控制系统设计与实现

  蒋鸿翔, 张巍, 卢小东, 夏刚

  导航与控制. 2016, 15(6): 51-56. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2016.06.009

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  介绍了重力测量惯性稳定平台的系统工作原理。设计了一种基于DSP加FPGA架构的嵌入式控制系统。详细描述了控制系统的功能划分以及硬件实现。提出了电流、速度和位置三环回路控制方案。车载测试结果显示稳定平台能实现地垂线跟踪,验证了所设计控制系统的有效性。
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  数字通信系统中新型自动增益控制方法设计

  陈家旭, 管恩义, 李文, 王杰, 姚宜东

  导航与控制. 2016, 15(6): 57-61. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2016.06.010

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  设计了一个新型的自动增益控制(Automatic Gain Control,AGC)方法。针对某数字通信系统的需求,所设计的AGC可以充分利用ADC量化位数,并能够处理LTE多种传输模式(TM2和TM3)信号。仿真结果表明,本AGC能够同时适用于TM2和TM3信号,能够在充分利用ADC量化位数的同时避免过饱和现象,能够准确判断输入信号功率变化状态并迅速调整,从而对稳定功率的输入信号给出恒定的增益。
仪表与电路
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  某型号激光陀螺温度补偿技术的应用研究

  张震, 张林, 陈善秋, 杜少军

  导航与控制. 2016, 15(6): 62-68. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2016.06.011

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  温度是影响激光陀螺输出漂移的主要因素之一。在高精度的激光捷联惯导系统中,建立激光陀螺的温度误差模型具有十分重要的意义。在大量实验的基础上,研究了激光陀螺在不同环境温度下的漂移特性,提出了一种将静态温度模型与动态温度模型分开建模的方法。环境适应性实验验证该方法建立的温度补偿模型对于缓变温度环境与快速温变环境均适用。最后通过实际导航实验验证了该模型具有工程实用性。
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  石英挠性加速度计标度因数受气压影响分析

  黄丽娟, 吕江涛, 郑永强

  导航与控制. 2016, 15(6): 69-74. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2016.06.012

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  石英挠性加速度计是惯导产品的核心器件之一,主要敏感载体运动中的加速度,为系统提供位置信息。加速度计具有力学敏感特性,其测量精度易受环境因素变化的影响。针对加速度计在不同地域测试时标度因数发生较大变化的问题,分离了加速度计异地测试过程中的时漂、温变、形变等多个环境因子后,提出了造成加速度计异地标度因数改变的主要原因是环境气压发生了较大变化。根据石英挠性加速度计的基本原理,结合加速度计检测质量摆的具体受力情况,对气压变化造成加速度计标度因数改变的机理进行了详细分析,给出了标度因数随气压变化的相对变化理论计算公式,经过验证试验,实测情况与理论分析结果一致,可以为石英挠性加速度计的优化改进提供参考依据,具有一定的工程应用价值。
元器件技术
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  捷联激光制导的视线信号提取方法

  崔俊根, 陈东生, 王怀野, 张格森, 邱海韬

  导航与控制. 2016, 15(6): 75-80. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2016.06.013

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  提出了一种弹目视线角信号的提取方法,该方法采用UKF解耦,针对捷联激光制导炸弹需要攻击移动目标却不能测量弹目相对距离和速度的情况,建立了弹目相对运动模型,解耦过程不需要相对距离信息,能够更方便地应用于工程实践。经仿真验证,此方法可以较好地估计出弹目视线角以及角速率信息,能够满足捷联激光制导炸弹工程应用的需要。
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  基于QTM的导航星库划分方法

  赵启坤, 严小军

  导航与控制. 2016, 15(6): 81-87. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2016.06.014

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  为了提高星敏感器观测星的检索速度,提出了一种基于球面四元三角网(Quaternary Triangular Mesh,QTM)的导航星库划分方法。该方法首先利用天球的内接正八面体把全天球划分成8个子天区,然后在每个子天区中进行与经纬度相关的剖分和编码,最后扫描恒星星表,把每颗导航星信息划归到相应的子天区内存储。利用此星库进行的局部天球星图识别仿真实验表明该星库具有很高的检索效率。
材料与制造
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  零件表面微观工艺特征性研究——产品(零件)工艺技术基础科学问题机理探索

  陈白帆, 林飒, 赵蕾, 王欣巍

  导航与控制. 2016, 15(6): 88-94. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2016.06.015

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  通过研究产品(零件)制造过程、方法、参数等工艺因素,给零件表面及表层带来(留下)特有的微观特征性,首次在高精度惯性仪表和高可靠电磁继电器(机电类)产品制造体系中引入了零件表面微观工艺特征性概念,提出了制造阶段的产品工艺可靠性设计和微观工艺特征(性)分析方法,提出了该类产品制造中的工艺设计更应该关注零件与产品设计原理匹配性和性能特性符合性观点,提出零件制造要从单纯的控制几何精度向控制性能特性转变,从宏观、单一采标的几何参数评价向微观、综合采标的非几何(非尺寸)参数评价模式为主转变的建议。零件表面存在的这种微观特征现象与零件几何精度一样,将对产品制造的合格率、稳定性、可靠性的实现起到至关重要的作用,尤其对产品的合格率影响极大,有必要开展更深入、更系统的研究,以建立起我国自主的高端产品(或零件)制造基准工艺平台。
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  石英加速度计零件毛刺控制

  郭祎, 高力, 王康

  导航与控制. 2016, 15(6): 95-100. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2016.06.016

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  针对现阶段石英加速度计零件的毛刺问题,分析了现有处理方法的缺陷。从被动去除和主动控制两条途径入手,以轭铁零件为例,在加工中引用了少无毛刺加工技术,并引进了新的去毛刺方法。强度检测结果表明,这两种方法的运用显著改善了毛刺控制的效果,值得推广和运用。
测试技术
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  基于Kalman滤波和奇偶矢量法的优化RAIM算法

  宋恺, 范胜林, 刘建业, 王昕洋

  导航与控制. 2016, 15(6): 101-106. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2016.06.017

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  针对传统RAIM算法很难检测微小伪距偏差的问题,可以通过对多个历元的统计检验量进行归一化处理,增大统计检验量的非中心化参数,提高对微小故障的检测率。Kalman新息检测法可以对卫星的故障进行独立检测, 具有运算量小、在少星情况时仍能进行故障检测和识别的优点,但是对微小伪距偏差不敏感。针对两种方法的优点提出了基于Kalman滤波和奇偶矢量法的综合RAIM算法。仿真结果表明,该方法不仅可以提高对微小伪距偏差的检测率,同时减少了对可见卫星数的要求,验证了该算法应用于接收机自主完好性检测的可行性和正确性。
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  分布式微振动测量及成像质量影响分析

  杨冬, 吴蓓蓓, 郝刚刚, 王光远

  导航与控制. 2016, 15(6): 107-112. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2016.06.018

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  光学遥感卫星的微振动力学环境是影响在轨成像质量的主要因素之一,已成为遥感领域的研究热点。以保证卫星在轨成像质量为目标,分析了成像质量对卫星微振动隔振抑制需求,并采用测量主要光学元件角位移分析微振动对成像质量影响的方法,对某型卫星CMG组开机工作对相机传函的影响进行了分析验证。