2025年, 第24卷, 第1期　刊出日期：2025-02-05

  

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院士专栏
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  导航技术发展历程及展望

  王巍, 孟凡琛

  导航与控制. 2025, 24(1): 1-11. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2025.01.001

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  导航技术可提供人类生存发展的运动信息和基础时空信息。从应用场景、科学原理、功能特征等角度切入,遴选出发展进程中标志性的导航装置、仪器设备或物理原理,通过总结发展、迭代和演进规律并进行历史阶段分期,由此构建更系统、全面的导航技术历史谱系和未来图景。结合人工智能前沿动态,探讨了新一代国家综合PNT终端应用领域面临的机遇与挑战,提出导航技术正在朝着更自主化、多源化、智能化的方向发展,为相关领域研究提供参考。
综述
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  微半球陀螺谐振子制造工艺研究现状

  姚宇熠, 王亚波, 程瑞昭, 杨功流, 闻泽阳

  导航与控制. 2025, 24(1): 12-24. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2025.01.002

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  微半球谐振陀螺是基于哥氏效应的新型微陀螺,具有结构简单、体积小、成本低、精度高、稳定性好、抗干扰能力强的特点。由于其发展潜力巨大,众多学者对微半球谐振陀螺展开研究,致力于发展更高精度、更高稳定性的陀螺系统。首先,概述了微半球谐振陀螺的工作原理。随后,将谐振子的制造工艺分为三类:微玻璃膨胀法、高温喷灯吹制法和薄膜沉积法,针对每种工艺方案,详细探讨了国内外研究机构的最新研究进展,总结了各个制造工艺方案的优缺点。最后,对微半球陀螺谐振子研究方向进行了展望。
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  导航级MEMS陀螺关键技术与发展综述

  苏岩, 闫振磊, 姜波, 周同, 黄深湖

  导航与控制. 2025, 24(1): 25-41. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2025.01.003

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  MEMS陀螺属于科氏振动陀螺,具有体积小、质量小、功耗低的优势。随着MEMS设计技术和国内工艺水平的发展,MEMS陀螺的零位噪声水平不断降低,已具备实现导航级性能的潜力。介绍了近年来国内外科研单位在高精度MEMS陀螺领域的研究进展,综述了以环形陀螺、四质量陀螺、双傅科摆结构为代表的II型陀螺以及以Honeywell和米兰理工报道的音叉结构为代表的I型陀螺的技术特点与发展现状,探讨了I型陀螺和II型陀螺现阶段所具有的关键技术优势与面临的技术挑战,为国内外同行开展该类型陀螺结构科学研究并提高MEMS科氏力振动陀螺性能提供参考和借鉴。
导航与制导
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  基于自适应粒子群优化的地形匹配方法

  缪珅伟, 何梓君, 李荣冰

  导航与控制. 2025, 24(1): 42-52. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2025.01.004

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  争夺低空复杂环境下的控制权对现代作战具有重要意义,地形辅助导航是实现低空环境下导航定位的有效手段。为解决传统批处理地形匹配算法实时性差和对地形起伏敏感的问题,提出了一种基于自适应粒子群优化的地形匹配方法。在搜索匹配阶段,采用粒子群优化算法代替传统的遍历寻优,利用序贯相似性检测构建相关性计算模型并将其作为粒子的适应度,在搜索迭代过程中,根据粒子适应度的变化实现惯性权重和加速因子的自适应调整,从而确定最优匹配位置。然后,基于地形特征,通过对匹配结果的可用性进行判断来进一步提高匹配定位精度。仿真实验结果表明:在陡峭地形下,本文方法的定位误差仅为传统算法的67.4%;在平坦地形下,这一结果为32.6%,匹配耗时仅为传统算法的37.1%。
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  基于改进型PMF-FFT的北斗高动态信号捕获算法

  王朝晖, 孙俊忍, 唐方舟, 孙煜洋, 王浩文

  导航与控制. 2025, 24(1): 53-60. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2025.01.005

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  在北斗接收机的使用中,系统的高动态特性使得北斗卫星信号具有快速变化的多普勒平移和码相位,这提高了信号捕获的难度。目前,主流采用的PMF-FFT捕获方法需要消耗大量的硬件资源和运行时间,难以满足北斗接收机的速度要求。为了实现高动态场景下北斗信号快速变化的多普勒频移和码相位的捕获,提出了一种基于改进型PMF-FFT的捕获算法。在详细分析PMF-FFT数学理论的基础上,通过对单个码元内部进行积分存储,降低了捕获系统的相关器使用和噪声干扰。同时引入多路采样时钟,保证了码片积分的时钟条件。最后在北斗高动态仿真场景下,采用仿真测试了该算法与PMF-FFT算法的性能。结果表明,相比传统算法,该算法的噪声抑制比提高了约1.3 dB,运行时间缩短了约7%。因此,该算法能够减少相关器资源的使用并提高信噪比,适用于高动态条件下的北斗卫星信号捕获。
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  基于自适应评估的鲁棒因子图导航算法研究

  赵静欣, 王融, 胡博, 魏帅迎, 包文龙, 王聪聪

  导航与控制. 2025, 24(1): 61-70. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2025.01.006

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  在实际导航过程中,多源融合导航系统的传感器会随应用场景的变化出现量测精度变化的情况。针对传统因子图算法优化过程中无法处理传感器量测精度动态变化的问题,提出了一种基于自适应评估的鲁棒因子图算法。通过引入量测信息评估指标和自适应权重函数,动态调整因子图融合优化时的实时计算惯性预积分预测值与辅助传感器量测值的残差,动态调整对应因子节点的融合信息权重。与传统因子图算法相比,该算法在辅助传感器量测信息异常时能提升因子图算法的优化精度与鲁棒性。仿真实验结果表明,在辅助传感器出现量测误差时,和传统因子图算法相比,所提出的基于自适应评估的鲁棒因子图导航算法具有更高的鲁棒性和精度。
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  基于超宽带的多传感器室内组合定位算法研究

  沈开淦, 侯志宽, 陈依玲, 陈帅, 向峥嵘

  导航与控制. 2025, 24(1): 71-82. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2025.01.007

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  在GNSS信号拒止的复杂室内环境中,超宽带(Ultra Wideband,UWB)技术以其高精度和高稳定性等优势备受关注。针对室内复杂环境下无人车的定位问题,以惯性导航系统(Inertial Navigation System,INS)和UWB为基础,提出了基于自适应矢量分配联邦卡尔曼滤波(Adaptive Federated Kalman Filter Algorithm for Line-of-sight Reconstruction,Re-Los-AFKF)的INS/UWB/高度计/磁罗盘组合导航算法。算法建立了各子滤波器的数学模型,使用了基于矢量的自适应信息分配因子算法。设计了INS/UWB紧组合子滤波器,利用INS短时精度高的特点预测无人车的位置参数实现了UWB测距信息中的非视距(Non Line-of-sight,NLOS)误差检测,使用相邻时刻的数据对NLOS信息进行视距重构,并对重构后的距离信息进行过补偿识别和过补偿矫正。实验结果表明,在视距(Line-of-sight,LOS)环境中,Re-Los-AFKF的定位精度与基于双边双向测距(High Double Sided Two-way Ranging,HDS-TWR)的三边定位算法和基于平滑处理的联邦卡尔曼滤波(Movmean-federated Kalamn Filter,MFKF)算法的定位精度相当。在复杂的NLOS环境中,相较于HDS-TWR和MFKF,Re-Los-AFKF在水平位置上的误差均值分别减小了46.24%和29.35%,在水平位置上的误差RMS分别减小了41.40%和29.18%。研究表明,该算法不仅在LOS环境中能够进行稳定定位,在NLOS环境中也具有良好的定位性能,具有一定的适应性、鲁棒性和工程应用性。
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  飞控系统初始姿态角自动生成方法研究

  符冰, 周本川

  导航与控制. 2025, 24(1): 83-89. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2025.01.008

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  随着现代飞行器对飞控系统精度要求的持续提升,飞控系统的测试工作变得日益重要。在飞控系统测试过程中,初始姿态角的准确输入对于评估飞行器的导航性能至关重要。传统的手动输入方式存在效率低下、易出错等问题,为解决这些问题,基于产品自身输出的角速度及速度增量信息,提出了一种产品姿态角自动生成的方法,并通过试验验证了其有效性。试验结果表明,该方法能够有效替代手动输入,并成功应用于产品测试、交付等各个流程,将姿态设定时间从平均30 min缩短至5 min,时间缩短了83.33%,同时避免了人为错误,显著提升了飞控系统测试流程的效率和可靠性。
控制理论与方法
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  基于循环神经网络的四旋翼无人机路径跟踪控制

  陆伟民, 郑伟彦, 黄迪, 王宁涛

  导航与控制. 2025, 24(1): 90-98. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2025.01.009

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  四旋翼无人机飞行时,通常易遭受不确定环境因素影响,导致控制系统易出现模型不确定和内部未知扰动问题。针对四旋翼无人机遭受模型不确定和内部未知扰动情形下的路径跟踪控制进行研究,提出了基于循环神经网络的自适应滑模控制策略,利用自适应滑模控制策略确保路径跟踪误差渐近收敛。考虑系统集总干扰项,通过循环神经网络估计补偿系统集总干扰项,并引入自适应控制技术对循环神经网络组合逼近误差进行估计补偿,避免组合逼近误差对系统稳定性分析造成复杂计算而影响路径跟踪性能。仿真结果表明,所提控制策略具备有效性和鲁棒性,同时具有良好的路径跟踪控制性能。
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  基于LuGre模型的惯导伺服稳定回路摩擦补偿

  毛喆, 王汀, 赵军虎, 鲁琰, 梁爽

  导航与控制. 2025, 24(1): 99-106. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2025.01.010

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  伺服稳定回路作为高精度惯导系统的重要组成部分,其性能直接影响着惯导系统导航精度。轴端摩擦干扰力矩是伺服稳定回路的外界主要干扰之一,它对伺服稳定回路的精度有较大影响,因此如何对摩擦进行补偿处理、降低其对伺服稳定回路的影响成为急需解决的关键问题。针对轴端摩擦干扰建模难、补偿难等特点,开展了摩擦模型参数辨识方法与摩擦补偿控制方法研究。根据辨识方法得到的参数结果建立轴端摩擦的LuGre模型,然后基于该模型在光纤陀螺构成的伺服稳定回路中加入摩擦前馈补偿环节。Simulink仿真结果表明,当输入的阶跃干扰力矩幅值为0.06 N·m时,加入摩擦前馈补偿后角位置误差下降14.33″,角位置误差降低了47%,惯导系统的可靠性和精度得到了提高。
材料与工艺
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  MEMS硅压力传感器精密点胶封装系统研究

  薛立伟, 刘欢, 张雯霞, 王阳俊, 陈立国

  导航与控制. 2025, 24(1): 107-117. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2025.01.011

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  压力传感器应用于高温振动以及辐射冲击的综合恶劣工作环境中压力的测量,不仅仅要求具备较强的抗干扰能力,还需具备高度的线性响应性和稳定性。研制了一种应用于特种MEMS硅压力传感器的精密点胶封装系统,以解决人工手动装配效率低、精度差等问题。首先,确定了以纳米导电银浆点胶粘接压阻芯片和金属管壳的无引线封装工艺,并仿真分析了点胶量与定位误差对传感器性能的影响。然后,结合传感器的无引线封装工艺设计了系统总成结构,对包括双目显微视觉、微操作工具、粗限位工装、精密点胶、高精度运动平台和特征识别算法等关键技术展开了研究。最后,制定了传感器微组装流程,即通过显微视觉定位,平台提供运动,经精密点胶后,微操作工具进行金属管壳位置转移和姿态调整,实现传感器的高精度装配。实验结果表明,传感器的自动化微装配精度优于10 μm,装配时长低于20 s,且无明显的溢胶现象。
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  V型槽导电滑环接触特性及影响因素分析

  窦德龙, 李亮, 牛文韬, 王红伟, 石星烨, 周晓俊

  导航与控制. 2025, 24(1): 118-126. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2025.01.012

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  导电滑环由滑环-刷丝接触实现动力和信号传输,滑环-刷丝接触力及接触应力会影响导电滑环的可靠性和使用寿命。为研究V型槽滑环装配偏差和刷丝成型及回弹对滑环-刷丝接触特性的影响,采用有限元方法模拟了滑环-刷丝的装配过程,分析了不同滑环装配倾斜角、旋转角、中心距和偏移距以及刷丝开口距离下接触力和接触应力的变化规律,并通过振动试验测试了滑环-刷丝的接触电阻。试验结果表明,滑环装配倾斜角和旋转角对接触位置和接触应力作用明显,滑环装配中心距、偏移距和刷丝开口距离对接触力影响较大,当刷丝开口距离调整至2.5 mm时,接触力为0.0518 N,同时可控制接触电阻波动小于100 mΩ。