导航定位中地磁测量误差补偿技术研究

高精度的地磁测量是地磁匹配定位中的关键技术,需要实时测量地磁场数据,为匹配定位算法提供依据,导航载体上钢铁构件组成的干扰磁场是地磁测量误差的主要来源。论文在分析地磁测量误差补偿模型的基础上,针对载体上多种钢铁构件组成的干扰磁场,提出了采用十二常系数补偿算法消除测量误差。利用实验数据,对误差补偿效果进行了对比分析,提出了解决措施,有效提高了地磁测量精度。     

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。     

推算船位／罗兰C（GPS）组合导航系统的研究及其海上试验

该文研究了推算船位／罗兰Ｃ（ＧＰＳ）组合导航系统的组合模式和推广的非线性卡尔曼滤波算法在该组合模式中的应用，详细推导了舰船运动的七状态数学模型及其机械编排。该文还给出了该组合系统在南海进行试验时的舰船轨迹及定位误差曲线，并进行了比较分析。结果表明：组合系统克服了推位系统的积累误差，抑制了罗兰Ｃ（ＧＰＳ）的随机定位误差，有效地改善了导航定位精度，滤波方案正确，算法稳定。该组合系统已成功地装备于多种型号的舰船上。     

船用捷联惯导系统动态初始对准技术研究

针对捷联惯组动态对准精度低,初始误差大且每次各异的缺点,提出利用船位推算位置误差对航向误差角进行补偿的方法.船体从起始位置航行到达一个位置已知点,由船位推算位置与实际位置的误差即可计算出航向误差角,同时消除累计位置误差,提高导航精度,最后通过湖态试验验证了该方法的有效性.     

基于EKF的同时定位与构图在潜艇地磁导航中的应用

潜艇地磁导航不产生如惯性导航的误差积累问题,是一种有效的自主导航定位手段。但是目前地磁导航定位主要是基于先验地磁图的匹配导航,在实际操作中要获得较为精确的先验地磁图是极其困难的。基于扩展卡尔曼滤波（EKF）的同时定位与构图算法（SLAM）可以在不需要先验地磁图的基础上实现潜艇导航定位。将这一算法应用到潜艇地磁导航中,再结合人工布设磁标的方法可以实现潜艇不依赖于先验地磁图的地磁导航定位。     

基于ECDIS的改进型陆标定位系统的设计与实现

为充分利用沿岸水域导航定位物标多的特点,依据传统陆标定位原理,引入磁方位传感器、高分辨率图像传感器等现代技术手段,设计基于电子海图显示与信息系统(ECDIS)的改进型陆标定位系统。所设计的定位系统能将对沿海物标进行观测信息直接传递给ECDIS,通过所建立船位求解模型对获得的信息进行分析处理,直接在ECDIS上显示船位。经过沿海水域的海上实船实验,所建立的定位系统能较快地获得具有较高精度的船位,可成为小型船舶沿岸航行较为有效的定位系统。     

子空间在线辨识算法原理及应用技术研究

为了解决船舶数学模型中水动力参数可能随着外界海洋环境的不同而发生漂移的问题，提出一种在线更新船舶黑箱模型的子空间辨识策略。该方法根据子空间辨识过程中QR分解的特点，采用Givens旋转矩阵对该复杂分解过程进行处理，从而降低计算复杂度，并通过改进使得子空间辨识算法能够适用于在线辨识。最终将该算法应用于动力定位系统中，实现了对船舶模型参数的实时调整，克服了传统船舶模型辨识算法只能对模型进行离线辨识的缺点，同时也为动力定位中紧急情况下的船位推算提供了较为准确的模型依据，最大限度地提高了作业的安全性。文末的仿真及实船数据进一步验证了算法的有效性。     

光纤陀螺罗经辅助ADCP导航方法研究

研究了利用光纤陀螺罗经辅助声学多普勒流剖面仪(acoustic Doppler current profile-ADCP)进行导航定位的方法,分析比较了ADCP独立进行航位推算和光纤陀螺罗经辅助ADCP进行组合导航的精度,研究结果表明,光纤陀螺罗经辅助ADCP进行组合导航的精度至少提高1倍以上.其定位精度可以达到130m/h.     

卡尔曼滤波技术在潜艇组合导航中的应用研究

高精度的导航定位是潜艇研究中所面临的主要难题之一。采用GPS辅助的INS/DVL组合导航是目前潜艇的主流导航模式。当前实现GPS/INS/DVL组合导航的技术主要有航迹推算和卡尔曼滤波。本文将卡尔曼滤波技术应用于潜艇组合导航,并把EKF与传统的DR方法进行了仿真比较研究。结果表明,EKF的估计精度较高。     

水下航行器多普勒导航系统误差辨识与修正

水下航行器(Autonomous Underwater Vehicles,AUV)在水下往往采用航位推算定位方式.由于存在传感器误差,航位推算的定位误差是随着时间发散的,而直接准确检测这类误差非常困难.对多普勒导航系统进行导航误差分析,简化航位推算算法,在此基础上推导出一种新的辨识AUV导航误差参数的方法.仿真结果表明,该算法能够准确辨识AUV导航误差参数向量,可以有效提高AUV自主导航精度,且方法合理、简单.     

一种基于航位推算的水下机器人导航算法

本文针对智能水下机器人(AUV)导航信息较少的特点,进行了基于航位推算的AUV导航系统研究.首先利用传感器信息进行了航位推算,然后建立了基于一阶时间相关函数的辛格模型,利用强跟踪卡尔曼滤波算法对推算结果进行了次最优估计,提高了系统的跟踪能力,改善了导航精度,同时对GPS数据进行了野值剔除.松花湖上的试验结果验证了算法的有效性.     

利用ICCP的水下地磁修正惯导方法研究

迭代最近等值线算法（ICCP）是一种重要的地磁匹配导航算法。首先,为了获取相对精度较高的位置信息,又在一定程度上达到弥补实测数据精度不足的目的,将二次插值技术应用到地磁匹配算法中;然后,仿真计算得到了最佳匹配位置;最后,针对目前水下航行器通过航位推算等传统方法实现惯导重调的弊端,提出将地磁匹配位置误差作为观测量,用卡尔曼滤波对惯导系统的速度、位置和姿态误差进行最优估计。由最后仿真结果表明,以磁场匹配位置误差作为观测量来估计惯导误差是可行的。     

一种基于声学定位/航位推算的水下导航定位方法

受环境影响,声学定位系统输出的位置信息波动较大,还会出现数据跳变或丢失现象,严重影响了水下载体的定位精度。针对此问题,提出一种基于声学定位/航位推算的组合导航方案,该方案在组合滤波前对声学定位系统输出数据可用性进行判断,进而选择不同的导航方式。采用计算机仿真和海试实验对研究方法进行了验证,结果表明,该方法能有效融合两种导航系统的优点,平滑声学定位系统数据的波动,且当声学定位系统输出异常时,水下载体短时间内还能保持较高的定位精度。     

动力定位中跟踪环境力突变的自适应无迹卡尔曼滤波

无迹卡尔曼滤波可以在状态估计中滤去噪声干扰,已经被广泛应用于动力定位系统中.针对复杂海洋情况下动力定位系统需要准确、及时地估计当前时刻的状态而无迹卡尔曼滤波无法跟踪状态突变的问题,为此文章提出了一种自适应无迹卡尔曼滤波.通过及时判断状态值突变并适当调整后验均方差矩阵,可有效地跟踪船舶状态并减小实际位置与定点位置的偏差.仿真实验证明了算法的有效性.     

基于海流数据库的Kalman滤波在水下导航中的应用

定位精度对载体至关重要.提高定位精度有2种方式:一是增加高精度导航设备;二是利用数据处理方法.水下载体缺乏高精度的导航设备,但其又需要在水下保持长时间的精确航行.通过建立高精度的海流数据库,然后利用数据融合算法对水下导航信息进行处理来获得高精度的位置信息,该数据融合算法实质是基于海流数据库的Kalman 滤波.通过大量的仿真实验和海试证明,该算法具有很强的实用性和有效性.     

基于瞬时线速度的捷联惯导系泊精对准方法

针对捷联惯导系统系泊精对准问题,提出了一种利用舰船瞬时线速度作为参考速度的精对准方法.通过大量试验研究,分析捷联惯导系统输出速度的信号特征,设计数字高通滤波器,从捷联惯导系统速度中提取舰船瞬时线速度信息.建立了适用于系泊条件的捷联惯导系统误差模型,并以计算出的舰船瞬时线速度作为参考速度完成卡尔曼滤波精对准.试验结果表明,所提取出的舰船瞬时线速度误差小于0.08m/s,且新方法的对准精度和重复性明显优于以零速为参考量的对准方法.     

重力图匹配导航方法研究

提出一种利用重力异常信息校正惯导系统的方法按照一定方法将重力实测数据和数字重力图进行相关分析和匹配以得到最优路径,再用位置误差对惯性器件误差进行扩展Kalman滤波估计,最后对惯导系统的导航状态进行修正,得到最优导航状态。