特殊轨迹下UUV的水下单标定位可观测性分析

论文针对UUV采用水下单标定位(Single Beacon Positioning,SBP)时存在的不可观测问题,分别在二维、三维条件下建立了SBP的非线性系统模型,提出了判断系统能否正常定位的基于特殊轨迹下的更弱的局部弱可观测性条件,并进行了理论推导。     

用球面三角解算测星定位

根据观测航用星信息数据，基于球面三角函数，建立三个导航星方程进行联立，导出解算舰船的纬度和经度的数学公式，可直接计算测星定位。用球面三角解算天文船位的方法，突破了传统高度差法理论对天文航海定位自动化发展的束缚，为计算机技术应用于天文航海建立了数学模型。     

基于递推最小二乘卡尔曼滤波方法的模糊度解算

针对北斗动态定位,通过使用递推最小二乘方法,采用扩展卡尔曼滤波的方法估计模糊度浮点解,实现了利用多历元载波相位观测信息求解整周模糊度.通过模拟北斗观测数据进行仿真,可以得出扩展卡尔曼滤波的方法精度高,适合动态定位解算.     

基于垂直线阵无源定位的可观测性研究

提出了一种基于垂直线阵的系统,给出了定位模型,并简要介绍了其定位原理.利用由时延间接引入的距离、高低角和观测得到的方位角信息,建立了三维坐标系下的状态方程和观测方程.仿真分析了基线长度和时延精度对定位精度的影响.利用非线性系统的可观测性定理分析了该系统,得出了系统可观测的条件.     

袖珍电脑辅助船舶驾驶软件包

(一)现有软件包主要包括: (1)天文定位及天测罗经差计算程序; (2)雷达避碰计算程序; (3)墨卡托航行和大圆航线设计计算程序; (4)劳兰C时差一座标转换计算程序; (5)货物装载计算程序。     

舰载天文经纬仪轴系误差分析及星校技术研究

标校是舰载天文经纬仪的一个重要环节,其标校的结果直接影响设备的精度。通过对天文经纬仪轴系的分析以及建立坐标系之间的线性变换关系,推导出天文经纬仪轴系误差模型。最后研究轴系误差的星校方法,对全天分布均匀的恒星进行观测,得到观测误差的实验数据,利用最小二乘法进行拟合解算出模型的参数。实验结果表明,通过星校技术进行轴系误差标校,可将指向精度提高10倍左右,满足设备总体要求。     

一种新的INS/LOG组合导航算法

针对电磁计程仪引入的海流速度可能会导致INS/LOG组合导航系统的卡尔曼滤波器输出发散问题,设计一种新的INS/LOG组合方式。以计程仪速度2次采样的差分值(即速度增量)作为系统观测量以抑制慢变海流的影响,采用基于延迟状态卡尔曼滤波算法,推导这种组合方式的观测方程,实现INS误差的最优估计。为抑制计程仪速度差分对其高频噪声的放大效应,采用巴特沃斯低通滤波器对其输出进行平滑处理。通过对3种INS/LOG组合方式的仿真比较,验证该算法的有效性。     

计算法求取天文船位

利用高度差法求取天文船位，是天文航海中常用的定位方法且延续至今，但它是一种近似求法，繁琐的手工计算和作图，不仅费时且易产生差错。为了能更精确、更迅速、更方便地求得天文船位，可采用计算法直接求取天文船位。     

波浪运动补偿平台广义升沉位移的实时预报

具有波浪运动补偿功能的稳定平台可有效减少船舶在风浪中的摇摆和升沉运动对某些海上作业和设备的影响.为了有效地进行波浪运动补偿,需要对该平台的广义升沉位移(横摇、纵摇以及升沉的耦合作用结果)进行极短时预报.本文采用时间序列分析理论中的自回归(AR)模型作为预报模型,对波浪运动补偿平台的广义升沉位移进行极短时预报.在以往的研究中,通常采用递推最小二乘法AR模型进行在线参数估计.但是采用递推最小二乘法进行参数估计容易引起参数爆发,从而影响AR模型的稳定性.针对该问题,本文采用阻尼递推最小二乘法对AR模型进行在线参数估计,并结合实验获得的平台控制点的广义升沉位移数据进行实时建模预报.仿真结果表明,采用阻尼递推最小二乘法进行参数估计能抑制参数爆发,并能提高AR模型实时预报精度.     

N(≥2)次观测的天文船位直角坐标解算

本文提出N(≥2)次观测的天文船位直角坐标方程组及其解法。与截距法船位线求船位方法相比,具有计算精度高,适用范围广的优点,能在有关的导航仪的天文船位计算中使用。     

能见度对天体观测高度的影响

为降低海上能见度条件对天文定位的限制,开展能见度对天体观测高度的影响研究。通过数学推导得出能见度小于理论视距时观测高度的修正计算式;在此基础上,考虑地面折光差的影响,提出观测高度的实际修正计算式并将其编制成方便查算的表格。能见度引起的观测高度修正量与观测者眼高和海上能见距离两种因素有关,随观测者眼高的增高而增大,随海上能见距离的增大而减小。将研究结论应用到海上太阳高度的实测中,结果表明:该方法能提高能见度小于理论视距时天体高度观测的准确性,可为不同能见度条件下的天体观测高度修正提供定量依据。     

纯距离目标跟踪中的观测站机动航路优化研究磁

纯距离测量条件下,对于静止目标,单观测站必须进行机动转向才可观测,根据可观测矩阵,提出可观测度的概念,推导出观测站一次转向机动时的优化航路,即观测站转向前后航向角度差为（观测站一次转向）。仿真结果表明,优化航路在定位精度、稳定性和跟踪速度方面性能方面最佳。     

船舶永磁同步电机模型预测转矩控制

针对电力推进船舶的永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM)控制问题,基于扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman Fiter, EKF)技术,提出一种改良的无速度传感器模型预测转矩控制(Model Predictive Torqne Control, MPTC)策略。采用EKF方法观测电机转速,以改善船舶推进电机的估计精度并提高控制系统的鲁棒性;采用改良的模型预测控制策略,可实现最优电压矢量输出,减小转矩、磁链波纹和控制器计算量,同时能够提高推进电机的控制性能。仿真结果表明:EKF具有很强的抗干扰性且可精确地估算出电机角度,MPTC与直接转矩控制(Direct Torque Control, DTC)相比,具有更低的转矩脉动和电磁脉动,可提高船舶电力推进的控制性能。     

天文定位的最优估计方法及其应用

论述了天文定位的最优估计方法及其精度。六分仪观测值与依赖于ＧＭＴ和推算船位的该值的预测值之差，与来自卡尔曼滤波器增益阵的ＫΦ和Ｋλ相乘，可以得到推算船位与最优估计船位的差值ＤΦ和Ｄλ。它们与推算船位的线性组合可以实时地给出最佳船位，即使只有一次观测亦是这样。最优估计方法被应用于作者研制的ＨＸ－１１１３天文导航仪和ＧＰＥＳ１型电子六分仪，海上试用的结果表明，该方法不仅定位方便，而且精度高，中午附近定位误差可达１ｎｍｉｌｅ之内。     

中国近海简易天文定位法

本文主要阐述《中国近海简易天文定位法》的原理和应用。这个方案提出了一套供航海使用的新设计的表册,即《中国太阳船位线表》和《中国恒星船位线表》。该表是以东经120°E和北京时为基准,将天体视位置、天文三角形解算和观测高度的修正合在一起编算出来的。表上按不同纬度和日期列出与北京时相应的天体高度和方位。观测高度和与它相近的一个表列高度之差即为“截距”。观测时间与表列时间之差,称为时间差。将时间差换成角分再加上120°E,便得作图点C的经度。它的纬度即查表纬度。从作图点C,根据截距和天体方位便可划出一条天文船位线,两条以上同时间观测的船位线的交点,便是船位。本方法也可以用于观测太阳子午高或观测北极星高度求纬度,以及观测天体方位求罗经差。用本方法解决天文航海问题无需用航海天文历计算天体时角和赤纬,也不需要将观测高度换算为真高度,因为制表时已将眼高差、折光差、视差和半径差算入表值中。如本文所阐明的那样,本方法较为简便易学,准确性比通常用的表册法为高。此表可以一直用到公元2000年。     

北冰洋航行应用天文导航的问题及对策

北冰洋特殊的航行环境给天文导航方法的应用带来了特殊困难。本文基于对北冰洋与天文导航相关的特殊航行环境,即气象、海洋、地理、天象和光照环境及其对天文导航影响的分析,探讨北冰洋航行天文观测、天文定位和天文定向存在的具体问题,并从技术、操作和设备等方面给出相应的解决对策,可为我国开展北冰洋航行提供有益的借鉴。     

结合GPS的快速运动船舶定位方法研究

单独利用DR方法经常出现误差累积效应,导致船舶定位速度过慢。针对上述问题,提出一种结合GPS的快速运动船舶定位方法。通过快速状态方程和快速观测方程建立一个DR/GPS组合数学模型,采用计算过程更为简单的加权平均滤波算法实现数值快速融合,并设定一个高效率的船舶定位流程,实现船舶的快速定位。对比结果表明:结合了GPS的DR定位方法与单独使用DR方法相比,能够更为快速实现对船舶的定位,速度提高了20%。     

基于多传感器递推总体最小二乘融合的水下机器人动力学模型参数辨识

对于水下机器人动力学模型辨识问题,如果其观测方程的系数矩阵包含随机扰动,则其最小二乘估计一般是有偏的。为此,该文提出一种基于多传感器递推总体最小二乘融合的水下机器人动力学模型辨识算法(RTLS_F)。首先,给出了集中式总体最小二乘融合的算法;然后,在总体最小二乘框架下,推导出多传感器递推融合估计算法。通过仿真实验对RTLS_F与其它水下机器人动力学参数辨识算法进行了比较。实验结果表明,在系数矩阵和观测向量都含有误差的情况下,最小二乘融合是有偏估计且难以提高估计精度,而RTLS_F算法可以有效改善参数辨识性能。     

大气边界层对SFS2空气尾流特性的影响

为研究大气边界层对舰船空气尾流特性的影响,本文以典型驱护舰简化模型SFS2为研究对象,采用计算流体力学仿真(CFD)方法模拟了均匀来流条件和2种大气边界层条件下的尾流。Ansys Fluent的计算结果表明大气边界层中的速度梯度减小了入口处气流流动动能的输入,湍流特性中湍动能的存在又增加了能量的输入,故同时考虑速度梯度和湍流特性大气边界层条件时,预测的流场物理量数值位于均匀来流和速度梯度条件下预测值之间。本文研究成果表明在实际研究舰船空气尾流时大气边界层条件不可忽略。     

绝热剪切效应对背水靶板的抗侵彻特性影响的研究（英文）

绝热剪切效应是材料破坏的重要机理之一。文章开展了动态冲击作用下的材料绝热剪切试验,计算了绝热条件下材料的塑性温度升高。建立了背水靶板的FEM全流固耦合模型,采用考虑了温度效应的Johnson-cook模型开展了爆炸破片侵彻舰船液舱舱壁过程的计算。结果表明:(1)材料在高应变率下的绝热温升不可忽略;(2)弹体侵彻背水靶板过程可分为4个典型阶段,分别为墩粗凿坑阶段、碰撞形成速度共同体阶段、绝热剪切阶段和扰动液体阶段;(3)考虑温度效应的剩余速度明显小于不考虑温度效应的剩余速度;速度较低时,是否考虑温度效应预测的剩余速度值差异较小,随着初始速度的增大,差异逐渐增大。