2018年, 第17卷, 第2期　刊出日期：2018-04-20

  

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综述与动态
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  2017年国外惯性技术发展与回顾

  薛连莉, 陈少春, 陈效真

  导航与控制. 2018, 17(2): 1-9. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2018.02.001

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  概述了国外惯性相关机构的发展变化,从环形激光陀螺(RLG)、光纤陀螺(FOG)、微机电(MEMS)陀螺和原子陀螺等角度详细介绍了近年来不同机构如美国诺格公司、霍尼韦尔公司、法国赛峰电子与防务公司、iXblue集团等的概况及其惯性仪表、系统的发展与应用。分析了全球定位系统(GPS)面临的严峻形势下,美国GPS的发展以及GPS拒止环境下部分项目的新进展。最后,对比了不同陀螺技术的发展和应用,总结了惯性技术的趋势。
系统与应用
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  基于HMM的网络安全态势评估与预测方法

  吴建台, 乔翌峰, 朱赛凡, 刘光杰

  导航与控制. 2018, 17(2): 10-17. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2018.02.002

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  网络安全态势估计和预测是态势感知的重要过程。在告警信息聚合基础上,以典型攻击模式作为关联依据,结合网络资产的脆弱性识别网络实体所处受攻击阶段并将其转化威胁等级。以威胁等级作为观测值,基于隐Markov模型通过状态估计实现态势评估,并利用神经网络和支持向量机的组合模型实现态势预测。DARPA2000测试数据集上的相关实验表明,本文方法能更加准确地评估和预测网络态势。
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  一种基于边缘特征的改进ORB算法

  陈艳, 曾庆化, 王云舒, 刘建业, 刘昇

  导航与控制. 2018, 17(2): 18-24. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2018.02.003

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  ORB算法运算速度快,抗旋转变换能力好,但对可见光和红外图像匹配效果较差,为解决该问题,提出了一种基于边缘特征的改进ORB算法。该算法首先针对传统canny算子需要人工设定阈值的缺点,采用基于改进最大类间方差(Otsu)的自适应canny算子对图像进行边缘检测,然后对边缘图像进行ORB特征检测与描述,最后在最近次临近粗匹配的基础上进行RANSAC算法精匹配,提高了算法正确率。实验结果表明,该算法对可见光与红外图像匹配具有较好的鲁棒性,正确匹配点数和正确匹配率均比ORB算法高,能推广使用到可见光和红外图像融合等领域。
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  基于残差卡方检验和动态Allan方差的INS/GPS故障检测与定位算法研究

  张春熹,卢鑫,高爽,王璐

  导航与控制. 2018, 17(2): 25-31. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2018.02.004

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  INS作为一种精密的仪器,容易发生由于自身老化或受到外界环境干扰出现故障无法正常工作的情况。因此,深入研究了INS/GPS的故障检测算法,提出了一种基于残差卡方检验和动态Allan方差的INS/GPS故障检测与定位算法。在系统层面,通过残差式卡方检验法,能够在组合导航系统出现故障时及时准确识别,并为后续的动态Allan方差法确定一个故障发生的时间段,大大减小了Allan方差的计算量。随后通过动态Allan方差法对惯性传感器时变特性的表征,从传感器层面准确识别出故障发生的位置,两者结合实现了INS/GPS系统故障的及时检测与准确定位。通过对仿真和实验数据的分析,验证了这种方法对INS/GPS故障检测及定位的有效性。
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  一种新的基于特征值融合的重力辅助导航适配区选择方法

  张璐, 武凛, 柴华, 王虎彪, 王勇

  导航与控制. 2018, 17(2): 32-40. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2018.02.005

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  重力匹配辅助导航定位系统中,有效地进行适配区选择可以得到更高精度的匹配定位结果,也可为航迹设计和航行规划提供参考。计算特征值是实现适配区选择的主要方法之一,目前的特征值方法主要有信息熵法、绝对粗糙度法、平均重力变化法(AGD)以及双近邻模式法等。通过仿真试验分析了各个特征值与对应的适配区及匹配定位效果的关系,结果表明这几种基于单个特征值的方法各有优缺点。因此,提出一种新的基于特征值融合的重力匹配适配区选择方法,综合已有特征值方法的优势,得到新的特征值计算方法。对比试验结果表明:相比现有单一的特征值方法,新方法和匹配定位结果有更好的相关性和对应性,可以更加准确有效地对重力适配区进行划分和选择。
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  适用于矢量接收机的模糊自适应CKF方法研究

  赵琛,陈帅,蒋长辉

  导航与控制. 2018, 17(2): 41-45. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2018.02.006

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  卫星导航接收机矢量跟踪环路的核心就是用一个Kalman滤波器将标量接收机的信号跟踪和导航解算一起完成,优点是能够形成通道之间的相互辅助,缺点是也会相互影响。尤其在部分卫星信号被遮挡或者部分通道信号质量较差的环境下,问题通道会影响其他通道,甚至导致矢量跟踪环路滤波器发散,常规的方法是检测故障通道然后将故障通道剔除,这样需要对导航滤波器进行变维操作。针对此问题,提出了一种新的消除问题通道对其他通道影响的方法,同时不需要对导航滤波器进行变维。首先给出了一种标度因子,用来判断通道是否存在故障通道,然后给出一种利用模糊控制的导航滤波器自适应调整方法。仿真表明,在通道卫星信号被频繁遮挡的极端情况,矢量接收机依旧能保持正常的导航精度,并没有明显受到误差通道的影响,同时避免了对导航滤波器进行变维操作。
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  有色噪声作用下的机载INS/GPS组合导航方法

  宁凯文,张小跃,张春熹

  导航与控制. 2018, 17(2): 46-52. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2018.02.007

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  针对机载导航过程中有色噪声模型系数难以精确获取的问题,提出了一种基于滤波残差处理有色噪声的方法,并将其应用到INS/GPS组合导航系统中。首先分析了有色状态噪声和有色量测噪声对状态参数估值的影响,接着分别将状态残差和量测残差作为有色状态噪声和有色量测噪声的样本观测值,通过滤波所得的多个历元的残差序列获取拟合模型参数,然后计算有色噪声的预报值并将其进行补偿,从而得到有色噪声修正后的组合导航模型。最后设计了转台试验验证提出的有色噪声作用下的INS/GPS组合导航方法,结果表明该方法能有效地减小有色噪声对组合系统的影响,且当GPS暂时失效时,能显著提高系统的导航精度。
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  某型机载惯性/卫星/大气多信息融合MEMS航姿系统的设计与实现

  曹阳,赖际舟,柳敏,叶素芬

  导航与控制. 2018, 17(2): 53-58. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2018.02.008

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  针对机载MEMS航姿系统中器件精度低且易受干扰导致其姿态性能降低的问题,提出了一种基于大气/卫星信息辅助的航姿系统融合方案。构建了多源传感信息辅助下的综合航姿系统方案,所设计系统具有多种工作运行模式,可根据传感器可用状态实现滤波器的无缝切换,建立了组合导航系统状态和量测模型,采用Kalman滤波方法实现多源信息的融合与估计,并开展了原理样机的跑车试验。试验结果表明,所设计的融合方案能有效保障航姿系统的可靠性与精度,具有较高的工程应用价值。
仪表与电路
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  基于FPGA的大比例系数高精度I/F电路设计

  程远超, 黄伟, 赵新强, 吕成方, 杨洋

  导航与控制. 2018, 17(2): 59-66. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2018.02.009

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  加速度计是惯性导航系统的核心部件,通常加速度计的输出信号为模拟电流,为便于导航计算机对采集数据解算处理,需经过I/F(电流/频率)转换电路。为满足某惯导系统对大比例系数加速度信号采集转换的要求,在经典I/F电路的基础上结合FPGA+A/D设计了一种比例系数大于90000脉冲/(s·mA),量程为6mA的电流频率转换电路,同时转换电路支持串口输出。通过对该大比例系数I/F转换电路的温度特性、线性度、零位稳定性等指标的测试,表明该电路性能良好,有利于进一步拓展应用范围。
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  机载调频无线电高度表敏感特性分析

  何丽, 曾小军

  导航与控制. 2018, 17(2): 67-72. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2018.02.010

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  在国际国内频谱资源有限性、稀缺性日益凸显的大背景下,多种业务共用频段已是必然。通过试验和仿真分析方法研究机载调频无线电高度表对雷达脉冲信号的敏感特性,期望实现二者的同频段共用。研究结果表明,处于同一频段的雷达脉冲信号会对机载调频无线电高度表产生有害干扰,雷达脉冲信号会影响高度表指示,使高度表示值不断增大直至满刻度,从而危及飞行安全。
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  Kalman弹道滤波器的快速收敛性研究

  范旭, 陈国光, 白敦卓, 杨智杰

  导航与控制. 2018, 17(2): 73-78. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2018.02.011

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  在弹道修正过程中,需根据一段实测弹道参数,准确地估算常规弹箭的飞行弹道。工程中,常应用Kalman滤波方法,结合质点弹道模型建立六状态滤波弹道模型。速度初值估计的准确性,是对滤波过程造成影响的主要因素。为改善这一状况,采用多项式拟合用以对速度状态进行估计并以此作为滤波初始值。在此种估计下滤波,速度滤波过程可快速收敛,位置滤波过程收敛速度大幅度提高,可使最优弹道诸元参数获取时间缩短30%。
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  基于惯性定位定向的高铁轨检仪研究

  王勇刚, 周俊萍, 李永江, 李亮, 彭志强

  导航与控制. 2018, 17(2): 79-84. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2018.02.012

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  根据高铁轨道静态检测的测量需求,设计了一种利用定位定向技术的0级轨检仪,详细阐述了其构成和工作原理,介绍了其特点。通过对比性分析论证,优选了一种测量精度高、操作方法简单且可大幅度提高测量效率的设计方案。理论仿真表明,本系统测量精度能够达到优于1.3mm/km水平。根据理论仿真结果搭建了原理简易验证设备,结合高铁测控网的测量基准,在一段高铁的弯道铁轨上进行了验证测试。从测试结果看,样机测量精度的重复性可以到达1mm/500m(1σ)的水平,10次测量效率优于500m/2h,表明采用定位定向技术的0级轨检仪具备实际工程化的潜力,以及提高测量效率和精度的能力。
材料与制造
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  基于熔融沉积3D打印翘曲变形的工艺参数优化

  严小军, 张路, 董蓉桦, 罗凯元, 唐照芳

  导航与控制. 2018, 17(2): 85-88. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2018.02.013

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  熔融沉积制造(Fused Deposition Modeling,FDM)广泛应用于产品的模样阶段,实现了快速原型制造,但在大型零件的成形过程中,零件翘曲变形导致精度的丧失是熔融沉积增材制造技术的一个最为突出的问题。首先针对熔融沉积过程的翘曲变形优化方法进行了分析,随后以成形工艺参数为研究对象,通过正交试验研究各因素的影响规律,得到优化的工艺参数,达到了抑制翘曲变形的目的。
测试技术
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  一种激光陀螺闭锁阈值的测试方法研究

  章光建, 董洪成, 王立斌

  导航与控制. 2018, 17(2): 89-94. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2018.02.014

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  闭锁效应是二频机抖激光陀螺的最重要误差,其主要来源于光路中的背向散射。通过对自洽场方程组的分析,给出了光强与频差的表达式,继而得到一种新的闭锁阈值测试方法。通过搭建相关测试系统,并对比传统的转台渐进降速测试的闭锁阈值,结果表明新方法得到的测试值与陀螺实测精度具有更好的吻合性,这对预估和分析激光陀螺性能具有较好的指导意义。
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  足绑式PNS自适应滑动平均零速区间检测方法

  陈克川, 李保国, 刘思庆, 李淑影

  导航与控制. 2018, 17(2): 95-100. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2018.02.015

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  针对足绑式个人导航系统(PNS)中,传统的滑动平均算法对零速区间检测的延迟问题,设计了一种基于自适应滑动平均算法,对零速区间进行检测。首先对比力模值和角速率模值进行滑动平均,根据平均后数据的变化趋势,通过比较样本方差,设置一个自适应的滑动时间窗口来判断行人是否静止。该方法既能避免由于平滑算法带来的延时问题,又能够消除抖动干扰造成的误检,从而得到准确的零速区间。行走实验验证了本文方法的有效性,自适应滑动平均算法的导航精度提高了50%。
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  基于运动捕捉系统的多旋翼飞行器实时测姿算法

  石鹏, 赖际舟, 吕品, 包胜

  导航与控制. 2018, 17(2): 101-106. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2018.02.016

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  旋翼飞行器的室内自主飞行是目前研究的热点之一。在室内飞行过程中,飞行器姿态和位置信息可以通过运动捕捉系统(Motion Capture System,MCS)来进行实时测量,从而为机载低成本MEMS惯性导航系统提供校正信息。结合四旋翼飞行器的结构特性,提出了一种五点实时测姿算法。相对于目前MCS常用的测姿算法,该算法可以降低标记点安装引起的测姿误差。室内实验结果表明,该算法测姿精度高,并且能够有效实现四旋翼飞行器室内动态实时姿态测量,具有较好的工程应用价值。
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  雷达导引头交流电源畸变测试方法的研究

  吕洪爽, 何玉珠

  导航与控制. 2018, 17(2): 107-112. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2018.02.017

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  在某雷达导引头的测试过程中,对二次电源模块的供电指标提出了很严苛的要求,交流畸变系数是评价导引头二次电源的一个重要指标。目前,对电源交流畸变系数的测试主要是通过离散Fourier 变换(DFT)变换获得频谱来分析,但是DFT会存在频谱泄露等原因使得测试结果的精度还有待提高。针对以上不足,通过加窗和插值修正算法对传统DFT算法进行修正,给出了基于Hanning窗和Quinn插值算法的频率和幅值的估算公式。实验结果表明,本文的方法具有精度高、效率好的特点,能够满足测量要求。