2022年, 第21卷, 第1期　刊出日期：2022-02-05

  

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综述
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  量子成像技术前沿进展与展望

  刘攀, 宋新兵, 杨家之, 吴清源, 张安宁

  导航与控制. 2022, 21(1): 1-12. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2022.01.001

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  量子成像技术作为一种物像分离、抗干扰能力强的成像技术,自1995年首次在实验上实现以来,现已得到深入的探索和广泛的应用。回顾了量子成像技术的起源及主要发展历程,综述了近8年纠缠光源和经典光源量子成像技术的主要进展,介绍了由光场调制技术而衍生出的单像素成像、单光子扫描成像及非视域成像等量子成像发展趋势,概述了非光子粒子的量子成像这一量子成像新方案,并对量子成像技术的发展前景进行了展望。
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  卫星导航欺骗式干扰技术发展趋势综述

  王君, 郭妍, 唐康华, 何晓峰

  导航与控制. 2022, 21(1): 13-24. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2022.01.002

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  在信息化条件下的导航战中,卫星导航欺骗式干扰技术比其他类型的故意干扰更具有隐蔽性与威胁性。首先,介绍了卫星导航欺骗式干扰技术的分类,即转发式欺骗干扰和生成式欺骗干扰,分别对应于增加信号传播时延或给出虚假卫星信号。然后,从针对纯卫星导航终端和针对卫星导航系统辅助的组合导航终端两个方面详细阐述了卫星导航欺骗式干扰技术的研究现状。最后,分析了卫星导航欺骗式干扰技术目前存在的科学问题,并展望了相关技术未来发展趋势。
导航与制导
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  非充分光照下的单目合作目标提取算法

  张逸舟, 许睿, 曾庆化, 李一能, 罗怡雪

  导航与控制. 2022, 21(1): 25-31. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2022.01.003

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  合作目标方案在辅助飞行器着陆、物资投递、工程量测中具有重要应用价值。为解决单目视觉定位任务中非充分光照条件下合作目标识别不准确、提取过程易丢失等问题,提出了结合改进自适应局部阈值二值化与形态学约束的轮廓提取方案。以图像明度通道值作为灰度化依据,提出使用自适应局部阈值的方法对像素点进行二值化处理,结合使用形态学约束条件筛除冗余轮廓与Douglas-Peucker算法拟合轮廓边缘,可在非充分光照条件下实现对合作目标的准确提取。实验结果表明,该算法在光照不足、光照不均条件下具有高达92.3%的标记召回率,单帧解算耗时不超过2×10^-4ms,兼顾了鲁棒性与实时性的使用需求。
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  一种基于因果关系的惯性制导工具误差系数分离方法

  魏宗康, 郭镇净

  导航与控制. 2022, 21(1): 32-40. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2022.01.004

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  由于惯性测量系统误差模型的环境函数矩阵存在复共线性问题,所以无法采用最小二乘方法求解出误差系数。针对该问题,首先给出了几种传统的工具误差系数分离方法并进行了验证,但都无法准确估计结果。然后,提出了一种基于因果关系的惯性制导工具误差系数分离方法,引入相关系数对相互关联的系数进行重新整合,构造出新的误差模型。最后,进行了方法验证,不仅大幅度降低了结构维数,还克服了传统方法不能精确求解的缺点,有助于提升惯性制导精度。
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  多传感器异步信息多源组合导航算法实现

  赵海飞, 陈帅, 刘清秀, 廖泽俣, 马永犇

  导航与控制. 2022, 21(1): 41-48. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2022.01.005

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  常规滤波方法要求各个传感器的导航信息同时到达,但是导航传感器种类众多,采样率也存在差异,这导致导航系统性能下降。针对异质传感器异步信息不等间隔问题,借鉴联邦滤波算法设计了一种异质异步非等间隔滤波算法。该算法以联邦滤波器为基础,以各传感器导航信息更新为判据,利用当前时刻可用的量测信息更新状态估计和均方误差,实现了最优融合。仿真结果与跑车实验证明,该算法可以在异步信息融合中正常运行。并且与常规联邦滤波算法相比,该算法能够有效提高系统精度,可以应用于工程实践。
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  民用航空惯性基准系统重力补偿方法

  王鑫耀, 李荣冰, 刘刚, 刘建业

  导航与控制. 2022, 21(1): 49-56. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2022.01.006

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  惯性基准系统在民用航空中是位置、速度、姿态等信息的核心信息源,由于民用航空领域安全关键的特性,要求惯性基准系统具备在短时间内不依赖卫星辅助独立完成导航工作并保持可靠性能的能力。针对重力模型误差在高精度惯性基准系统纯惯性运行期间对定位精度影响显著的问题,研究了基于高阶重力球谐模型EGM2008的重力补偿方法,提升了定位精度和对所需导航性能(Required Navigation Performance,RNP)的支持能力。面向受约束的应用场景,进一步分析了模型阶次与性能优化的关系,为高阶球谐重力模型在工程中的应用提供了参考。仿真结果表明,重力补偿使20min纯惯性运行的水平定位精度提升了61%,裁剪模型在保证精度性能的同时可获得97%的计算效率优化,验证了其可行性和有效性。
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  一种基于惯性测量单元和里程计的油气管道定位方法

  闫雪娇, 谢哲, 付宏文, 蒋松

  导航与控制. 2022, 21(1): 57-65. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2022.01.007

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  对于惯性导航系统而言,当初始对准给定的信息不准确时,会导致惯性测量单元信息解算不准确,进而影响定位算法精度。针对油气管道定位问题,设计了一种基于惯性测量单元和里程计的油气管道定位方法,介绍了惯性测量单元和里程计定位的基本原理,分析了初始对准不准确对定位结果的影响,提出了基于首尾点坐标的轨迹校正方法。该校正方法补偿了初始条件带来的常值角度误差,提高了定位方法的精度。多组管道的实测实验验证了该方法的有效性,实验结果表明:首尾点坐标轨迹校正方法作用明显,定位方法在近似直线型管道定位中表现突出,其水平直线误差和高程精度均小于0.20%航程,为油气管道的定位提供了一种可靠的方法。
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  惯性/GNSS组合导航系统双口RAM导航计算机设计与实现

  王晴, 黄朝丽

  导航与控制. 2022, 21(1): 66-73. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2022.01.008

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  针对传统惯性/GNSS组合导航系统单处理器无法同时快速实现复杂的数据采集、人机接口、导航解算等问题,介绍了一种基于双口RAM的导航计算机设计方案,给出了系统的软硬件设计方法,提出双DSP对数据采集和导航任务的分工,并通过双口RAM实现了主从控制器之间的实时数据共享。经过多次试验验证,主从系统数据共享时间小于20ns,系统通信速率高、运行稳定可靠,通过串口进行软件及数据更新使调试更方便,为惯性导航系统的设计提供了一种高速、稳定的数据共享方式,具有良好的应用前景。
传感器与执行机构
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  基于Kalman滤波器的加速度信号数字系统设计

  吴帅, 廖建平, 肖述晗, 任海燕

  导航与控制. 2022, 21(1): 74-81. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2022.01.009

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  现代武器中的惯性导航系统朝着小型化、数字化、高精度方向发展,针对捷联惯性导航系统中加速度计输出的模拟电流信号高精度模数转换的需要,设计了一种基于Kalman滤波器的加速度计信号模数转换系统。在前端采用电流处理电路和高精度ADC芯片进行模数转换,在后端设计一种自适应Kalman滤波器对数字转化过程中的信号噪声进行处理,实现了对加速度计输出模拟信号的高精度模数转换。该系统应用于某型号加速度计输出信号的模数转换,在其全量程范围内的线性度优于9.6×10^-5,满足技术指标要求。试验表明,该系统在静态与动态情况下均能对加速度计信号实现高精度转换,可向后级导航计算机提供准确的加速度数字信号。
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  基于数字控制器的石英挠性加速度计再平衡回路设计

  袁文辉, 王晓东, 仇斌, 孙培华

  导航与控制. 2022, 21(1): 82-91. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2022.01.010

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  目前广泛使用的石英挠性加速度计模拟伺服电路的输出需要经过模数转换电路才能与数字计算机系统连接,转换电路的非线性误差、温度漂移等非理想因素会造成一定的精度损失。针对转换过程引起的精度损失,研制了一种基于单载波电容调制解调的脉冲输出型数字伺服电路。首先,提出了采用单载波开关电容充放电调制、滑动平均滤波解调的电容检测方案。然后,基于现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)实现了线性自抗扰控制算法对摆片的控制,研制的数字电路能够准确地检测加速度且以脉冲的形式输出测量结果。最后,依据国军标对研制的电路进行性能测试:此款数字伺服电路的分辨率可达3μg,1σ准则下0g/1g稳定性分别为4.06μg、4.41μg,闭环系统带宽为976Hz,以上指标均达到了模拟伺服电路的精度量级,具有较高的工程应用价值。
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  光子纠缠光纤陀螺的光路互易性分析

  张桂才, 冯菁, 马林

  导航与控制. 2022, 21(1): 92-98. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2022.01.011

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  传统光纤陀螺采用一个宽带光源和一个探测器,输入/输出共用Sagnac干涉仪的一个端口,这种结构构成一种互易性光路,使各种因素引起的两束光波之间的附加相移完全抵消,从而可以非常灵敏地测量旋转引起的Sagnac相移,而光子纠缠光纤陀螺通常采用双端口输入/双端口输出的光路结构,其光路互易性尚未充分认识。利用散射矩阵模型分析了非理想分束器的相位特性,理论推导了各种非经典输入态的二阶符合输出光强,在此基础上分析了光子纠缠光纤陀螺的光路互易性。研究表明,当输入态为对称Fock态公式时,光子纠缠Sagnac干涉仪是一个互易性光路结构;当输入态为不对称Fock态公式时,其是一个非互易性光路结构。而采用N00N态时,由于其输入态组合包含等概率公式形式的非对称Fock态的叠加,仍是一个互易性光路结构。
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  基于遗传算法优化BP神经网络的半球谐振陀螺温度补偿

  赵建宇, 凌林本, 冯毅博

  导航与控制. 2022, 21(1): 99-106. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2022.01.012

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  针对半球谐振陀螺输出零偏易受温度影响而产生漂移的问题,提出了采用遗传算法优化BP神经网络的补偿方法。通过建立环境温度到谐振子温度的传递模型,得到谐振子温度随时间变化的关系,进而得到陀螺输出零偏随谐振子温度变化的漂移关系,通过该算法对漂移数据进行补偿,得到了较好的拟合结果。基于温度补偿算法的实验结果表明:在0℃~60℃的温度范围内,该算法将半球谐振陀螺的零偏稳定性由补偿前的2.3833(°)/h优化至0.0772(°)/h,有效地提高了半球谐振陀螺零偏的温度稳定性,对提高半球谐振陀螺的输出精度具有重要意义。
材料与工艺
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  血泵壳体零件高精度面研磨方法

  刘红涛, 王长峰, 曹勇, 赵睿

  导航与控制. 2022, 21(1): 107-112. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2022.01.013

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  心室辅助装置(Ventricular Assist Device,VAD)是非药物治疗心力衰竭的装置,其核心部分是血泵。在机械加工过程中,对血泵壳体内部的表面研磨质量有非常高的要求(Ra≤0.04)。结合血泵壳体结构,采用有限元分析对血泵壳体内表面研磨去量差异进行研究,并设计制作了梯次直径研具(Φ10、Φ30、Φ40),用来抵消血泵壳体内表面径向研磨去量差异带来的摩擦力受力不均问题。此外,采用自制研料确定了粗研(m28~m10)、半精研(m7~m5)和精研(m2~m1)三级研磨工艺,研磨后血泵壳体内表面粗糙度在Ra0.08~Ra0.014,满足血泵内部表面质量要求,为后续涂层工序提供了可靠的表面质量。