基于Unscented卡尔曼滤波器的地磁辅助组合导航

将船位推算与地磁测量相结合构成组合导航方法.首先建立了推算模型,然后利用Unscented卡尔曼滤波方法,直接将地磁测量的结果用于校正推算结果,进行导航定位.此方法不采用匹配方法进行定位,可进行实时定位,能适用于非线性和离散的地磁模型.仿真表明,此方法能减小定位误差,适用于基于船位推算和地磁定位的实时组合导航.     

空间插值算法在构建海洋地磁图中的应用

地磁基准图作为地磁匹配导航的关键技术之一,其优劣程度对匹配导航定位的精度和稳定性有着很大影响。近年来,众多学者开展了围绕地磁数据插值构建地磁图的研究,但以往对于构建地磁图的研究主要集中在陆测数据和小范围实验数据上。针对这种情况,本文以海洋实测地磁数据为基础,首先分析了反距离加权法、改进的谢別得法、克里金法、径向基函数法、自然邻点法和局部多项式法的原理及特点;然后建立图形直观评价和交叉验证指标定量评价相结合的算法评价体系;最后利用计算机仿真验证了6种主要空间数据插值算法在利用海洋地磁数据插值构建地磁图中的效果。经过对仿真结果的分析,得出了最优插值算法结论。     

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。     

一艘能够竖立的“船”

<正>一、一艘唯一而独特的“船”20世纪50年代，在欧米茄（OMEGA）低频双曲线无线电导航系统和全球定位系统（GPS）出现前，潜艇主要通过惯性导航系统(INS)和水声定位系统(APS)联合定位，加上航迹测绘和海图资料推算等，得到潜艇的位置，但是这个位置不是很精确，并且会有不断积累的误差。潜艇根据声呐回波测距、测地貌等途径可以帮助修正定位，潜艇装备不同用途的声呐用于通信、识别敌我、导航、警戒、探雷等，但同时声呐也威胁着自身安全，     

建立海流数据库的必要性及其具体实现

建立海流数据库是提高潜艇下不定位和实现导航自动化的基本前提,海流资料的准确与否是否是影响水下定位精度的重要因素。本文主要探讨建立海流数据库的必要性及其实现过程。     

潜艇水下位置监测方法研究

提出一种以重力异常图重构为基础的辅助潜艇水下定位的方法。着重介绍了重力异常图的拟合细分，并分析了利用Carpenter／Grossberg分类器对匹配点进行分类，选出最佳匹配点的匹配算法。仿真结果表明，利用重力异常图重构的方法，匹配辅助潜艇水下定位能够达到较好的效果，完全满足高精度导航的需求，具有一定的可行性。     

基于遗传算法的潜艇航迹定位系统设计

潜艇航行过程中受到航迹惯性扰动的影响,导致定位精度不高,为了提高潜艇的航迹性能,提出基于遗传算法的潜艇航迹定位系统设计方法,以潜艇航行的俯仰角、横滚角和转向惯性力矩等参数为约束指标,构建潜艇航迹定位的姿态参量控制模型,对定位姿态参量采用遗传算法进行融合滤波,结合Kalman滤波进行小扰动抑制,提高潜艇航迹定位的抗干扰能力,实现航迹定位控制律优化。在控制模块进行算法的程序加载,实现定位控制系统的优化设计。仿真结果表明,采用该方法进行潜艇航迹定位控制的精度较高,定位抗干扰能力较强。     

基于EKF的AUV协同定位方法仿真与验证

自主水下航行器（AUV）协同导航定位技术是解决复杂作业环境下导航问题的重要途径,研究了单领航艇的主从式多AUV基于扩展卡尔曼滤波（EKF）算法的协同到导航定位问题。AUV协同定位时,主AUV内部装备高精度导航设备,从AUV内部装备低精度导航设备,外部配有测距装置,舰艇间是通过通信装置来交换自身位置和状态信息并同时测量通信双方的相对距离,通过信息融合对自身定位进行修正,利用EKF算法对系统中传感器所传递信息进行融合,对从AUV进行实时定位。通过仿真验证此算法可以显著提高导航定位精度。     

基于惯性导航/地磁的水下潜器组合导航定位方法

针对水下潜器长时间水下航行的隐蔽性且定位精度不高的问题,提出了一种基于惯性导航/地磁的组合导航系统。建立了惯性导航/地磁组合导航系统模型,并且利用卡尔曼滤波算法对系统进行滤波。最后通过仿真实验表明,该组合导航系统能够有效弥补单惯性导航系统精度发散的不足,提高了导航精度,实现了水下潜器的精确导航。     

TDOA/DR组合系统定位算法及仿真研究

GPS/DR组合导航在户外GPS信号较好的情况下,可以提供精度较高的定位导航,但人的活动范围不仅仅是户外,会经常穿梭、停留于各种建筑物中。此时,GPS信号几乎无法获得,DR会因长时间得不到修正而导致发散,因此,GPS/DR系统无法在室内提供长时间高精度的导航信息。基于上述原因,文章研究基于到达时间差（TDOA）的定位算法,利用超声传感器实现室内TDOA定位,并与DR系统进行组合,校正并改善DR系统误差发散问题,以增强导航系统的定位能力。     

水下地形辅助导航新方法仿真

水下地形辅助导航是水下运载体导航定位技术研究的关键技术之一。传统的水下地形辅助导航采用回声测深仪,导航定位精度低,有时甚至失效。本文将多波束测深引入水下地形辅助导航,将水深映射为灰度值,利用快速傅立叶变换将输入灰度图从空间域变换为频率域。先采用相位相关技术进行粗匹配,再采用图像Hu不变矩特征进行精匹配,实现导航定位。对基于不同实验获取的实测海底地形图、惯性导航数据、DGPS数据以及多波束实测数据进行了实验室仿真。仿真结果表明,新方法可以极大地提高水下地形导航定位精度,使INS误差降低到原误差的15%以内,尤其是在INS初始误差较大时(小于3 km)导航定位精度改进更好。     

北斗卫星船载导航信号并行捕获算法

信号捕获作为实现北斗卫星船载导航的第一阶段,也是最重要的一环,为此研究基于北斗卫星船载导航信号并行捕获算法,在短时间内捕获卫星信号,为船舶提供高精度的定位和导航服务。建立北斗卫星导航信号模型,依据模型生成的北斗卫星导航信号,采用傅里叶变换（Fast Fourier Transformation,FFT）算法以及快速傅里叶逆变换（Inverse Fast Fourier Transform,IFFT）算法,通过并行频率搜索和并行码相位搜索分别将伪随机码相位、载波频移的二维搜索变成一维进行并行搜索,获取北斗卫星信号的伪随机码和载波频移,实现北斗卫星船载导航信号并行捕获。实验结果表明,该算法可以成功地捕获船载导航信号,并且捕获耗时短;对船载导航信号的载波频率估计误差小。     

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。     

遗传算法在JTIDS相对导航及源选择中的应用

根据联合战术信息分发系统（JTIDS）相对导航定位原理及其误差特性,多源定位可以有效地提高系统定位精度,而导航源快速优化选择将影响到定位实时性。通过将遗传算法应用到多源定位及导航源快速选择中,以减少导航源的优化选择时间,满足舰艇实时定位需求。     

非核动力潜艇的AIP系统日趋成熟

AIP（不依赖空气推进系统）是常规潜艇极有前景的动力装置。它可以减小常规潜艇的暴露率，从而显著提高艇的生存能力。它还能提高艇的战术灵活性。详细介绍了几种AIP系统（第二代和第三代斯特林发动机和燃料电池、闭式循环柴油机及最新的基于闭式兰金循环发动机的MESMA系统）原理、特点及其在常规潜艇上的应用。     

嵌入GPS数据的AutoCAD平台在水运工程施工导航中的应用

基于泉州湾深水航道工程的实践,重点介绍自主研发的、在AutoCAD平台中嵌入全球定位系统(GPS)精确数据的水上施工导航软件及相应成图软件的主要用途和功能,该软件结合了AutoCAD强大的操作功能和GPS系统的实时定位信息,可广泛应用于水上测量、施工定位等作业,能够高效快速地实现施工导航定位并绘制成果图。该软件已获国家版权注册。     

潜艇磁化场的有限元方法研究

准确获取地磁场数据是水下地磁导航研究的难点之一。只有掌握了潜艇磁化磁场特性,才能提供正确和可行的消除磁场干扰的方法,并最终获得真实的磁场数据。文章以潜艇坐标系为参考系,建立潜艇磁场方程和边界条件,并采用有限元方法进行了分析和计算。首先研究了只有X方向磁场作用时,潜艇某截面的磁场分布,绘出某直线上磁场各分量的曲线,得到了外界磁场与潜艇磁场之间的线性关系。接着,分别研究了只有Y,Z方向磁场作用的情形,得到类似结论。     

艇载激光陀螺惯导系统重调过程中的抗干扰技术研究

由于潜艇导航误差随时间增长不断积累,潜艇需要在一定时间内潜出水面短暂时间,以接收外部的卫星导航定位信息,以此来修正导航误差。另一方面,在惯性导航设备需要水面航行状态下完成海上启动时,也需要接收外部的位置信息进行辅助动态对准。本文以潜艇浮出水面时接收GPS(北斗)校正信息为背景,通过Matlab软件仿真其遇到干扰时的导航情况,利用GPS(北斗)信号的残差χ2检验法检测和剔除GPS(北斗)信号中的坏值信息,保证了潜艇在复杂战场电磁环境下重调的有效性、可靠性。     

水下偏振光导航技术

基于对海洋下行光场辐射率分布及其经海水散射所产生的水下光场偏振特性的分析,提出了1种利用水下散射光场光振动方向进行导航的方法.该方法通过测量水下运载器相对海面的深度、首向与左舷方向水下光场光振动方向和海水的光学属性来实现.与地球重力匹配导航和地磁匹配导航相比,由于不依赖高精度、高空间分辨率的地球物理场数据,因而易于实现...     

极地碎冰航道内的近水面潜艇冰载荷特性研究

极地海冰可以为潜艇提供良好庇护,为执行紧急作战任务或处理突发险情,潜艇需要突破层冰覆盖紧急上浮。当层冰厚度较大时,潜艇可借由破冰船开辟的碎冰航道实现上浮作业,但航道内漂流的碎冰可能对上浮后的潜艇构成威胁。论文参考HSVA冰槽试验以及北极海冰统计特征建立了碎冰数值模型,基于CFD-DEM耦合方法,采用STAR-CCM+软件,对碎冰航道内上浮潜艇所承受的冰载荷特性进行了研究,数值模拟结果表明：（1）潜艇在碎冰航道中所承受的冰载荷主要包括碎冰对水面处艇身前端区域的碰撞和侧面区域的摩擦,而碰撞的间断性和摩擦的连续性使得潜艇所受碎冰载荷的变化是一个重复“加载-卸载”的过程;（2）在碎冰航道中水流作用下产生的潜艇兴波使得碰撞区域前的碎冰逐渐远离潜艇,从而使得在模拟后期这部分碎冰产生的碰撞载荷渐渐减小直至消失;（3）出水面高度对潜艇所承受的冰载荷影响较大,在出水面高度λ=0～3H/2范围内（H为潜艇围壳高度）,潜艇所受冰载荷与潜艇的出水面高度成正比,且载荷数据的离散度随高度增加而变大;（4）λ=H工况下的潜艇由于其背部上方碎冰群的变化,其所受冰载荷峰值的震荡幅度在模拟的前后期差异较大,且在模拟初期冰...