2023年, 第22卷, 第1期　刊出日期：2023-02-05

  

• 全选
  |

院士专栏
• Select
  多源自主导航系统可信性研究

  王巍, 吴志刚, 孟凡琛, 徐小明, 邬树楠

  导航与控制. 2023, 22(1): 1-9. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2023.01.001

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  多源自主导航系统技术是新一代国家综合定位、导航与授时(Positioning,Navigation and Timing,PNT)体系下终端用户导航系统的技术发展方向。聚焦于导航信息智能决策的可信性,分析了可信性理论构建存在的科学技术问题,基于任务场景、运动环境以及载体动力学特征等,提出了多源自主导航系统中的载体动力学智能建模与计算、融合载体动力学特征的导航方式无感切换与智能决策、可信性自主判别与动态迭代优化的解决方案,为多源自主导航系统技术体系构建打下基础。
• Select
  多源自主导航系统完备性研究

  王巍, 郭雷, 孟凡琛, 章健淳, 余翔

  导航与控制. 2023, 22(1): 10-18. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2023.01.002

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  多源自主导航系统技术是新一代国家综合定位、导航与授时(Positioning,Navigation and Timing,PNT)体系下终端用户导航系统的技术发展方向。聚焦于导航系统综合评估的完备性,分析了完备性理论构建存在的科学技术问题,基于任务场景、运动环境以及载体动力学特征等,提出了多源自主导航系统中的指标体系构建和建模表征、指标间归一化处理和组合权重动态分配、指标综合的完备性度量与全回路动态迭代优化的解决方案,为多源自主导航系统技术体系构建打下基础。
综述
• Select
  深空探测自主导航技术综述

  强祺昌, 林宝军, 刘迎春, 林夏

  导航与控制. 2023, 22(1): 19-32. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2023.01.003

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  由于深空探测任务具有飞行时间长、距离远、环境复杂多变的特点,基于地面深空网的导航方法存在通信时延大、传输效率低以及天体遮挡等问题。自主导航技术可以使探测器具备自主执行部分或全部导航功能的能力,大大减轻了探测器对地面站的依赖程度,已成为深空探测领域的重点研究内容。从国内外深空探测任务的实际工程需求出发,首先概述了天文导航、惯性基组合导航以及星间测量导航方法的基本原理,其次介绍了三种自主导航方法的国内外发展现状,并重点分析了三种自主导航方法的关键技术,最后对未来深空探测自主导航技术发展给出了若干建议。
导航与制导
• Select
  基于EKF的多模型自适应组合导航算法

  袁思思, 陈帅, 牛仁杰, 周兴, 程玉

  导航与控制. 2023, 22(1): 33-43. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2023.01.004

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  系统非线性以及噪声的不确定性是非线性系统滤波的两大问题,直接采用线性模型和固定的噪声模型会影响系统的估计精度。针对复杂环境下组合导航系统模型非线性和量测噪声统计特性未知多变而引起的定位精度下降问题,提出了一种将交互式多模型(Interactive Multiple Models,IMM)估计与扩展Kalman滤波(Extended Kalman Filter,EKF)相结合的交互式多模型扩展Kalman滤波(IMM-EKF)算法。通过模型集自适应调整策略,该算法能够快速估计出当前时刻量测噪声统计特性,以增强系统的鲁棒性;引入EKF,使得本算法能够更好地应用于非线性系统。以GNSS/SINS组合导航系统为例,通过仿真和实际道路测试,结果表明:本算法能够有效降低量测噪声统计特性未知多变对系统造成的不利影响,使得系统有更好的估计精度和鲁棒性。在实际道路测试中,所提算法相比于单模型结构,东向、北向的速度误差和位置误差均方根误差分别下降了56%、24%和63%、69%,水平定位精度明显提高。
• Select
  一种仿射变换两步式TERCOM重力匹配算法

  吴睿盈, 王燕, 孙勇

  导航与控制. 2023, 22(1): 44-53. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2023.01.005

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  传统TERCOM算法仅依靠平移修正惯导轨迹,忽略了由于惯性器件的误差特性对轨迹造成的旋转变换和伸缩变换,精度和稳定性较低,针对此问题提出了一种仿射变换两步式改进TERCOM算法。改进算法在原有算法的基础上增加了精匹配过程,对传统TERCOM算法搜索得到的粗匹配轨迹实施参数可变的仿射变换得到更贴合实际轨迹的待匹配轨迹,再从中搜索得到精匹配轨迹。精匹配过程反复迭代,直到匹配轨迹位置稳定。仿真结果表明,在算法适配区,改进算法的匹配精度较传统算法提高近50%。在误匹配情况出现时,由于粗、精匹配结果差异较大,可以对误匹配情况起到一定警示作用。改进算法较好地平衡了匹配时长与匹配准确度的关系,实现了匹配精度和稳定性的提升。
• Select
  基于GPS L1 C/A辅助的L1C快速捕获算法

  罗凯, 许睿, 陈佳林, 曾庆化

  导航与控制. 2023, 22(1): 54-60. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2023.01.006

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  美国全球定位系统(Global Positioning System,GPS)现代化建设使得L1频点同时支持播发L1 C/A和L1C信号,具有同频双信号的特点,为GPS信号捕获技术研究提供了更多可能。针对GPS L1C信号测距码长、捕获运算量大、耗时久的问题,利用L1 C/A与L1C信号之间码相位延时和Doppler频率的关系,提出并实现了一种基于GPS L1 C/A辅助的L1C快速捕获算法。该算法首先对L1 C/A信号进行捕获跟踪,获得码相位和Doppler频率;再通过L1 C/A信号Doppler频率剥离L1C信号载波,同时利用L1 C/A码相位产生多个相位偏移修正的L1C码序列;最后通过不同相位偏移的L1C码序列最大相关积分值的判定,获取L1C捕获结果。通过实测数据对算法性能进行测试,结果表明:相较未使用辅助信息的捕获算法,该算法可以有效提高接收机对L1C信号的捕获速度,对单颗L1C卫星信号捕获耗时下降约85.56%,具有一定的工程意义。
• Select
  结合Kalman滤波的改进MOSSE跟踪算法设计

  罗鹏, 张清亮, 王轲, 丁祝顺

  导航与控制. 2023, 22(1): 61-67. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2023.01.007

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  机载目标跟踪系统具有广泛的应用前景,随着技术的发展,在实际应用中机载目标跟踪系统对体积、实时性、功耗等方面的要求逐渐提高。因此针对上述需求,提出了一种基于FPGA的实时目标跟踪系统。系统采用误差最小平方和滤波器(Minimum Output Sum of Squared Error Filter,MOSSE)跟踪算法,同时针对机载目标运动轨迹相对平稳的特点,采用Kalman滤波算法改进MOSSE跟踪算法。实验结果表明,改进后的算法具有更高的稳定性。在FPGA测试中,改进后的算法BRAM_18K消耗降低了20.33%,DSP48E消耗降低了8.09%,运行速度能够保持在200fps。
• Select
  双轴地磁辅助的惯性/卫星组合导航方法

  赖玉敏, 宋嘉钰, 韩志强, 刘洪政, 游金川

  导航与控制. 2023, 22(1): 68-74. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2023.01.008

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  旋转弹姿态的精确获取是旋转弹控制领域的一个研究重点,单纯将惯性/卫星组合导航方案应用于旋转弹上,无法快速而准确地获取弹体滚转姿态角。提出一种双轴地磁辅助惯性/卫星组合导航方法,该方法采用双轴地磁传感器、微机电(Micro Electro Mechanical System,MEMS)惯组和卫星导航组合测量方案,由序贯Kalman滤波算法完成对弹体姿态、速度和位置的估计。选取某旋转弹为仿真对象,仿真结果表明该方法在获得高精度速度、位置的同时,可快速完成弹体姿态准确估计。当地磁传感器精度为10mGs时,弹体姿态可在1s内快速收敛,且姿态精度优于0.5°(1σ)。该方法具有导航精度高、地磁标定简单、价格低廉的优点,在旋转弹导航方案上有一定的工程应用价值。
测试与计量
• Select
  基于RANSAC算法的三轴磁通门传感器误差校正

  罗建刚, 罗骋, 李海兵, 刘静晓, 李海虎

  导航与控制. 2023, 22(1): 75-82. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2023.01.009

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  针对三轴磁通门传感器存在转向误差影响其测量精度而传统误差校正算法在非理想条件下应用效果不佳的问题,在椭球拟合算法的基础上提出了基于随机抽样一致性(Random Sampling Consensus,RANSAC)算法的三轴磁通门传感器误差校正方法,该方法可以有效剔除样本数据中的噪声和畸变数据点,最终估算出更加准确的误差参数。仿真分析和外场实验表明,即使在样本数据中含有噪声或畸变数据点时,该方法仍然可以估算出更加准确的误差参数。相比传统椭球拟合算法,仿真分析中传感器误差参数的估算精度提升了1～2个数量级,外场实验中实测数据磁总场的峰峰值和均方根误差的改善率分别提高了10.2%和32.1%。
• Select
  混合励磁无刷爪极发电机的仿真与实验

  邢立华, 王雷, 曹清, 宋玉晶

  导航与控制. 2023, 22(1): 83-90. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2023.01.010

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  车载取力发电系统主要采用电励磁无刷爪极电机作为发电机,针对电励磁无刷爪极发电机励磁损耗大、功率密度低的问题,将“混合励磁”的原理引入爪极电机,进行混合励磁无刷爪极发电机的设计与验证。首先,阐述了混合励磁电机的磁场调节原理,并论述了其结构特点和磁通路径。然后,结合三维有限元仿真,对比分析了混合励磁无刷爪极发电机和电励磁无刷爪极发电机的磁场调节特性和全转速范围内的带负载能力。最后,进行了样机的制造和实验验证。实验结果表明,混合励磁无刷爪极发电机具有励磁电流小、功率密度大、低速性能好等优点,为其在车载取力发电系统上的工程应用提供了理论支持和实验依据。
• Select
  一种基于VPX架构的光纤惯组系统集成一体化设计方法

  张燕萍, 师祥利, 尚俊云, 张波, 褚万利

  导航与控制. 2023, 22(1): 91-99. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2023.01.011

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  针对目前国内外运载火箭控制系统电气设备轻质化、智能化和集成一体化的发展要求,提出了一种基于VPX架构的光纤惯组系统集成一体化设计方法,并开展了地面试验验证。结果表明:该技术实现了控制系统主要电气设备一体化集成设计,相比传统设计,该方法可以使得相同功能的产品数量和质量均降低35%,满足了新一代控制系统电气设备在高集成、高可靠、轻质化等方面的需求,具有一定的工程应用价值。
• Select
  基于时变AR模型的MEMS陀螺抗野值Kalman滤波

  管可可, 王怀野, 霍明磊

  导航与控制. 2023, 22(1): 100-104. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2023.01.012

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  陀螺是框架式导引头控制稳定平台和解算视线角速度的重要器件。随着微机械陀螺(MEMS)广泛应用于低成本框架式导引头,许多学者开展了对MEMS陀螺的研究来提高导引头的制导精度。针对导引头MEMS陀螺输出噪声大、滤波后延时大的问题,提出了一种利用遗忘因子递推最小二乘进行时变AR模型建模并与抗野值Kalman滤波相结合的方法。利用遗忘因子递推最小二乘对AR模型进行参数估计,将实时AR模型的结果应用到自适应抗野值Kalman滤波中进行随机误差补偿。经过仿真和实物测试,时变AR模型抗野值Kalman滤波的均值、方差、Allan方差的噪声项比原始数据减少了90%以上,表现出比Kalman滤波更好的效果。
信息与人工智能
• Select
  基于SURF特征匹配的优化RatSLAM类脑导航方法

  王文照, 曹慧亮, 王晨光, 唐军, 刘俊, 申冲

  导航与控制. 2023, 22(1): 105-114. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2023.01.013

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  RatSLAM是模拟鼠类感知环境机制提出的一种定位与构图的导航算法。针对复杂环境如光线影响导致RatSLAM产生误差的问题,提出了基于SURF特征匹配与位置细胞校正算法的优化RatSLAM类脑导航模型。本方法通过一套移动视觉系统采集环境信息,构建的局部场景细胞通过SURF特征匹配算法获取到载体在环境中的方向与位置信息,头朝向细胞与位置细胞通过连续吸引子神经网络共同表示载体当前的位姿,利用上述细胞所获取的位姿与时间信息,通过路径积分计算当前载体在坐标系中所处的位置,最后构建基于认知点的拓扑经验地图。此外,在局部场景细胞获取环境信息的同时,通过SURF特征匹配算法来进行闭环检测与检测预先设置好的位置细胞节点,对当前运动轨迹进行修正。实验结果表明,在有光线影响的情况下,本文所提出的方法将绝对定位误差大大降低。
• Select
  基于无人机载图像的局部精细拼接算法

  杨晓冉, 蹇制京, 孙洁洁, 丁祝顺

  导航与控制. 2023, 22(1): 115-121. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2023.01.014

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  近年来随着机载光电载荷功能的不断完善,航空侦察监视任务对图像情报采集效率、质量均提出了更高要求。针对飞行场景干扰因素较多导致图像拼接质量较差的问题,提出了一种适应性较好的局部精细拼接算法。首先,综合点特征与线特征建立射影不变特征子进行精确局部预配准;然后,基于准单应变换与共线性评价准则建立网格优化目标函数,提出了一种透视关系改善方法以减小扭曲失真;最后,检索图像最优缝合线并优化融合效果。基于实际无人机载图像的实验结果表明:所提算法比当前先进算法均方根误差平均降低了0.2290,直线斜率保留能力平均提升了13.95%,一定程度上优化图像质量并改善扭曲失真,适用于无人机载成像领域。