一种基于虚拟目标的飞行器姿态测量方法

提出了一种使用虚拟目标代替真实目标对姿态测量系统进行测试和评估的方法，同时给出了由光学成像设备跟踪状态和目标飞行状态计算目标在光学成像设备像面上成像中轴线斜率和截距的算法。根据姿态测量系统的特点，仿真出大量具有针对性的理论数据和图像，并使用其对姿态测量系统中的图像判读精度和姿态交会算法分别进行了测试和评估。实验结果表明，当虚拟目标长度在80 pixel时，提取精度可达0.1°；而当虚拟目标长度在6 pixel时，提取精度仅为5.7°；姿态交会算法对判读误差具有一定放大作用；图像判读误差是姿态测量中的主要误差源。     

基于TMS320C6678的单历元单基线“北斗”测姿算法的实现

针对姿态测量的高精度问题和实时性,以及基于载波相位的“北斗”测姿算法中最小二乘模糊度去相关平差(LAMBDA)算法的高复杂运算,选择TI公司高端处理器中的C6678多核数字信号处理器 (DSP)作为单历元单基线“北斗”测姿算法实现平台。根据算法的特点采用数据流模式对DSP多核进行任务分配：DSP的CORE0专门负责与“北斗”接收机UDP(User Datagram Protocol)通信,将“北斗”测姿算法中的各个分部算法分配到另外3个DSP CORE中执行并利用基于消息队列方式的核间通信技术进行数据核间通信。利用OEM617D“北斗”接收机采集的实时“北斗”数据,经过在多核DSP算法处理上运行后,将结果与Matlab仿真结果对比,表明本设计可满足“北斗”测姿的精确性和实时性要求。     

等式约束最小二乘在“北斗”姿态测量中的应用

针对传统无约束的姿态测量中整周模糊度求解成功率不高的问题,提出利用等式约束快速求解整周模糊度的算法,并将其应用于“北斗”姿态测量。该算法充分利用基线的先验信息,在整周模糊度的求解过程中加入等式约束,同时利用拉格朗日乘子法求解约束整数最小二乘问题,提高了姿态测量中整周模糊度和姿态角的求解成功率。采用静态测试和动态测试验证该算法,结果表明在“北斗”单历元条件下,整周模糊度及姿态角的求解成功率提升30%左右。     

基于递推最小二乘算法的惯导姿态误差动态标定方法

在分析最小二乘算法原理的基础上,提出了一种基于递推最小二乘算法的惯导姿态误 差动态标定方法,建立了计算模型,进行了仿真分析。仿真结果表明,该方法具有较高的解 算精度和计算效率,航向误差解算精度优于35″,水平误差解算精度优于015″。该方 法解决了动态条件下惯导姿态误差实时标定的技术难题,对提高惯导姿态测量精度和测 量船外测精度具有重要意义。     

“北斗”卫星导航系统仿真与全球覆盖分析

为了解“北斗”卫星导航系统（BDS）的星座分布及其正式运行后卫星在全球范围内的覆盖情况,依据BDS卫星轨道参数,使用卫星工具包（STK）构建了完整的BDS空间星座,对BDS卫星轨道信息、可见性以及对地覆盖品质进行分析。在对可见性及覆盖品质的分析中,分别仿真分析了在4个不同的城市和全球范围进行观测得到的几何精度因子（GDOP）和导航精度等参数性能。研究结果对分析BDS系统的服务性能以及提高BDS的导航精度有一定的参考意义。     

GPS多普勒差分测速算法

全球卫星定位系统(GPS)多普勒单点测速技术是单GPS天线测姿技术的核心，但其测速精度易受卫星速度误差、卫星钟漂、电离层延迟、对流层延迟以及飞行器位置误差等因素的影响。针对上述问题，提出结合GPS地面基准站卫导观测数据，对机载GPS多普勒观测量进行双差处理，从而得到GPS多普勒双差方程。求解该双差方程，能够有效缓解上述不利因素的影响，得到精度更好的飞行器实时速度。半实物仿真计算结果与跑车实验计算结果都表明多普勒差分测速精度大幅优于多普勒单点测速精度。     

一种量测转换的移动外辐射源多站协同跟踪算法

针对移动外辐射源跟踪问题,提出一种融合到达角(Angle of Arrival,AOA)与到达时间差(Time Difference of Arrival,TDOA)观测量的量测转换Kalman滤波(Converted Measurement Kalman Filter,CMKF)算法。首先,采用了一种考虑了传感器位置偏差影响的无源定位算法作为转换非线性的AOA与TDOA观测量至笛卡尔坐标系下观测量的方法,并证明了当AOA与TDOA的测量噪声以及传感器位置偏差都服从高斯分布且噪声强度不大时,该量测转换方法的位置转换误差能达到克拉美罗(Cramér-Rao Lower Bound,CRLB)界;其次,在量测转换的基础上构建了关于移动外辐射源的线性状态空间模型,将非线性的目标跟踪问题转化为线性滤波问题,并最终使用标准Kalman滤波器实时跟踪移动外辐射源位置。仿真结果不仅验证了量测转换精度与理论分析结论吻合,还表明了所提CMKF算法的跟踪精度同时优于扩展Kalman滤波器、无迹滤波器以及粒子滤波器。     

重力异常对航天测量船惯导姿态测量的影响与补偿

分析了重力异常产生的原因,根据有害加速度对于惯导系统的影响,建立了基于重力 异常的惯导比力误差方程及姿态误差测量模型。结合航行试验分析了影响与应用效果,试验 结果表明,高精度的姿态测量系统中必须考虑重力异常的影响,利用该方法可以基本消除重 力异常的影响,部分海域可使惯导姿态精度提高约20″,对提高航天测量船外测精度具有重 要意义。     

基于MLE算法的海上角度交会测量方法及其精度分析

针对我国现有测量船单站REA测量体制精度相对较低的问题,提出了基于光电经纬仪 的海上角度交会测量方法。介绍了角度交会测量原理和设备布站原则,构建了AE-AE异面交 会测量系统,设计了基于MLE（Maximum Likelihood Estimation）算法的海上角度交会测量 算 法和船摇修正方法,仿真分析了船体姿态测量误差、设备测角误差以及站址定位误差等的影 响。仿真结果表明,站址测量误差是海上角度交会测量的最主要误差源,船体姿态测量误差 和设备测角误差对海上角度交会测量精度有一定的影响,当船体水平姿态测量误差优于20″ 、航向测量误差优于30″、设备测角误差优于20″、站址测量误差优于1 m时,海上角 度交会测量精度可达1 m。该法解决了动态条件下的飞行目标高精度测量技术难题,为 后续工程设计奠定了基础。     

大风浪作业条件下船舶姿态基准对准系统研究

海上船舶作业条件复杂,对船舶设备和观测系统的精度及可靠性要求也越来越高,尤其是在大风浪作业条件下需要为这些设备提供可靠的船体姿态基准信息.怎样保证姿态基准的可靠性是目前行业尤为关注的问题.因此,提出大风浪作业条件下船舶姿态基准对准系统,研究大风浪作业条件下影响船舶主姿态基准与局部姿态基准之间固态变形角误差估计精度的主要因素,并将这些因素作为状态向量,研究大风浪作业条件下基于惯性测量的卡尔曼滤波器模型,最后通过仿真实验、测试,得出有效性结论.     

基于BDS的ADS-B报文生成系统

目前国际民航组织（ICAO）和美国航空无线电技术委员会（RTCA）有关广播式自动相关监视（ADS-B）标准中的报文数据源均规定来自全球定位系统（GPS），而中国自主建设的“北斗”卫星导航系统（BDS）作为ADS-B数据源是必然趋势。设计了基于BDS的ADS-B报文生成系统的总体架构，利用BDS接收机接收的真实数据仿真生成了ADS-B的6种报文，并以空中位置报文的生成为例，详细阐述了报文产生涉及的关键技术以及报文的生成过程。通过运行集成后的ADS-B报文生成系统以及对所产生的6种报文的仿真验证，证明该系统总体设计思路合理，运行结果正确，可为基于BDS的ADS-B相关技术研究提供稳定可靠的ADS-B报文源。     

INS/GPS紧组合系统PLL最优带宽的选取

在INS/GPS紧组合系统中,通过INS提供的多普勒辅助信息可以消除GPS跟踪环路的动态性,同时降低环路带宽来抑制热噪声的影响,从而提高GPS系统的抗干扰能力。环路带宽是跟踪环路的一个重要参数,不能任意选取,当GPS跟踪环路设置为最优带宽时,系统性能将达到最优状态。为了保持系统性能最优,首先对影响最优带宽的各个误差源进行分析,提出了易于实现的迭代最优带宽算法,最后进行了仿真实验验证,结果表明在相同动态下采用最优带宽比固定带宽的系统具有更高的抗干扰能力和更强的跟踪锁定性能。     

弱信号下“北斗”接收机NH码的快速捕获

在全球卫星导航系统(GNSS)中,延长相关累积时间可以有效提高弱信号捕获灵敏度,但是“北斗”中圆地球轨道/倾斜地球同步轨道（MEO/IGSO）卫星信号的捕获性能很大程度上受到二次编码(NH)码的影响：调制NH码的信号在每一个码元周期(1 ms)内都有可能发生跳变,对相关累积时间造成一定影响,从而会导致系统捕获灵敏度的下降。为此,提出了一种针对NH码的码元遍历搜索算法,通过遍历累积时间内NH码的所有组合,消除NH码码元引起的误差。实验结果显示,所提算法可以在一定程度上提高卫星信号的捕获成功率,尤其可以至少提高2 dB弱信号的捕获灵敏度。同时,算法可以为信号跟踪提供更加准确的载波频率。     

多星座卫星导航接收机跟踪通道结构改进

可用卫星数量的大幅增加使得传统的并行通道结构很难满足多星座卫星导航接收机的设计需求。为了减少电路规模和功耗,提出了一种通用的相关器跟踪结构,其可以跟踪GPS（Global Positioning System）/BDS（BeiDou Navigation Satellite System）/GLONASS（Global Navigation Satellite System） 3种卫星信号。该电路通过预先存储中频数据、提高相关器工作频率的方法,充分利用了每个通道的效能。这种时分复用的电路改进方法可以实现大量等效并行通道。65 nm工艺下的实验结果表明,该结构在电路资源和功耗方面优于传统结构。FPGA（Field Programmable Gate Array）的验证结果进一步证明了该电路结构的有效性和正确性。     

全球卫星导航系统星间链路层协议设计

分析了全球卫星导航系统（GNSS）发展的现状,指出建立GNSS星间链路（ISL）的需 求。针对这样的需求,提出以高级在轨系统（AOS）空间数据链路层协议建议书为参考来设 计适用于GNSS的星间链路层协议。对GNSS星间可能传输的业务信息基于AOS的建议进行了归 类,认为GNSS星间链路层协议可以使用AOS,具体给出了AOS建议下星间链路层协议的设计。 为使协议更适合GNSS ISL链路层,主要从3个方面对AOS进行改进,即：优化了虚拟信道数 据单元的结构,削减了3种服务,改进了虚拟信道调度与复用方法。对协议的性能进行了分 析仿真,得出了信道误码率、帧长、包长和吞吐量的关系,仿真结果表明所设计的协议可 作为GNSS星间链路协议设计的参考。     

一种频率合成器的建模优化与电路设计

根据数模混合集成电路系统级和行为级快速验证的需求,设计了一种卫星导航系统射频接收机前端的频率合成器。传统行为级模型一般是基于理想环路进行参数提取,误差较大。为此,首先,分别利用MATLAB和Verilog-AMS对频率合成器建立理想行为级模型与非理想行为级模型,并根据行为级模型提取与优化的环路参数,采用SMIC 180 nm CMOS工艺设计仿真电路级频率合成器;其次,建立MATLAB噪声模型,对电路级各个模块的噪声进行拟合,评估频率合成器系统的整体噪声性能。所提出的频率合成器设计方法对电路级设计具有前瞻性的指导,并有助于电路级的设计优化。     

SINS/GPS/TACAN机载综合导航定位系统设计

在现代空战中,捷联惯性导航系统（SINS）、全球定位系统（GPS）和塔康（TACAN） ,单独利用各导航信息都存在着弊端。为此,提出了3种导航源综合的导航系统设计方案。 信息融合技术采用广义联邦滤波技术来完成,状态矢量为导航参数误差,并建立准确数学模 型。各个子滤波器（局部滤波器）采用间接滤波方式工作,完成状态矢量局部估算;主滤波 器（全局滤波器）进行子滤波器的公共状态矢量融合和时间更新,输出可靠、准确的导航参 数误差的全局最优估计量。利用全局滤波输出作为闭环负反馈校正SINS导航源,实现动态校 正（比力方程积分初始条件重新设置）、动态对准（姿态矩阵微分方程积分初始条件重新设 置）和动态标定,从而提高了组合导航系统性能。系统试验表明,SINS/GPS/TACAN综合导 航定位系统获得了良好的定位精度。     

一种小尺寸极化阵列及其高精度定位波束形成

提出一种偶极子天线单元构成的极化敏感阵列用于全球卫星导航信号的接收,经过阵列信号波束形成后,在抗干扰的同时保留卫星导航信号中载波相位测量值的准确性,可用于基于载波相位测量的高精度差分定位。与传统的圆极化天线阵列相比,该阵列具有阵元构造简单、尺寸小的特点。通过建立极化阵列接收信号模型,分析了天线极化和波束形成算法对卫星导航信号相位的影响,给出了相适应的相位中心稳定的数字波束形成算法。仿真验证了分析的正确性和算法的有效性。