基于二维高斯样条函数的水下地磁被动定位

目前利用水下地磁信息对惯导误差进行校正多以各类匹配算法为核心,对此论文提出一种基于二维高斯样条函数的水下地磁被动定位新模式。文章首先介绍了一种利用二维高斯样条函数逼近的连续局部地磁场模型,随后在该模型的基础上将实测地磁表示为连续的解析形式,最后以实测地磁作为包含目标位置信息的量测值,并结合扩展卡尔曼滤波算法对目标位置进行最优估计。这种方法无需使用常用的匹配算法,因而也就摆脱了匹配算法的诸多限制。以分辨率为2′×2′的某区域地磁异常数据为背景场进行仿真,最终的仿真结果表明：经高斯样条函数逼近的局部地磁场模型平均误差小于0．26nT ,水下平均经、纬定位误差分别小于0．96和0．33海里。     

重力场辅助水下导航仿真及分析平台的构建

基于Simulink工具对重力场辅助水下导航仿真及分析平台进行了详细设计,并对平台各模块的原理、建立过程和细节进行了详细介绍,形成了从基础重力格网数据库构建、匹配算法设计到最终性能评估的完整的重力场辅助水下导航仿真体系.该平台集成了现阶段比较优秀的重力场网格插值模型和匹配算法模型,只需要简单地对相应的算法Matlab函数进行修改就能方便地进行对比研究,是进行重力场匹配导航实验研究、演示验证的有力工具.     

水下航行器极区内对准以及格网导航技术

为克服水下航行器在极区航行时地理经线收敛导致的航向角定义失效、定位计算失效等问题,设计了格网惯性导航算法编排方案,以直接获得格网航向,并采用ECEF位置坐标代替传统经纬度进行水下航行器定位。对格网惯性导航的误差进行建模,并据此设计了格网惯导系统的"速度匹配"传递对准算法,以满足水下航行器在极区的对准需求。仿真结果表明,在格网惯性导航下,采用高精度惯性器件,15 min内水平姿态角误差小于0.5′,方位姿态角误差小于0.2′,水平速度误差小于0.5 m/s,ECEF坐标系下的位置误差全程小于200 m;应用"速度匹配"传递对准算法,水平失准角在10 s内即可收敛到1.5′以内,同时,加速对方位失准角有激励作用,30 s内方位对准精度在4′以内。     

重力场和地磁场综合匹配在导航中的运用

以重力等值线图辅助惯性导航匹配为主要的匹配方法,同时用地磁等值线图来修正重力辅助惯性导航中的误差,以达到航迹的精确匹配。最后利用重力场数据和地磁场数据进行仿真,实验结果表明该算法相比于使用单一的惯性导航算法,提高了匹配精度。     

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。     

一种基于移动矢径的单信标测距定位算法

针对水下航行器利用移动单信标进行同步式测距定位时受初始位置误差和声速误差影响的问题,给出一种基于移动矢径的单信标同步式测距定位算法。参考移动矢径的概念建立了移动单信标测距定位模型,利用扩展卡尔曼滤波算法实现了定位滤波算法的设计。仿真和试验结果表明:本文算法可以有效减小初始位置误差带来的定位误差,并对未知声速误差进行实时估计,显著提高了水下航行器的定位精度。     

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。     

重力辅助导航的拐点判据算法

通过对重力场特征参数进行研究，发现重力场特征参数曲线拐点与重力匹配有效的区域有内在联系，提出了一种基于拐点判据的重力辅助导航算法，该算法运用拐点选择和拐点扩充机制，对重力场特征曲线拐点进行选择和扩充，得到重力有效匹配区域，在惯导／重力／计程仪组合导航系统仿真机上进行仿真试验，试验结果表明：该算法能对重力匹配区域做出较好的判断，能有效提高重力辅助导航系统的精度。     

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。     

粒子滤波和无轨迹粒子滤波算法比较

解决水下水声目标的定位跟踪问题,需要建立动态的非线性非高斯模型,粒子滤波直接采用未含有最新量测信息的状态转移先验分布函数作为重要性密度函数来逼近后验概率密度函数,无轨迹粒子滤波是在粒子滤波的过程中引入重采样技术,通过无轨迹变换设计重要性密度函数,使其更加接近系统状态后验概率密度。仿真结果表明粒子滤波和无轨迹粒子滤波算法都可以提高定位跟踪精度,但无轨迹粒子滤波算法的估计精度更高,更适用于工程实践。     

基于进化规划的自适应高斯神经网络

自适应高斯神经网络能够对目标信号的功率谱有效识别特征进行自动提取和分类，但此网络使用BP算法，其误差能量函数是一个不规则的超曲面，容易陷入局部极小值。因此，提出了一种使用进化规则来设计和训练自适应高斯神经网络的新方法，该方法能够自动的确定网络的最优结构和联结权值，同时避免网络的局部优化。将该方法用于被动声呐晶目标的分类识别，实验结果表明基于进化规则的自适应高斯神经网络能够有效的克服局部最小问题，具有更好的识别率。     

基于重力相关的干扰值处理和匹配选择算法

针对重力相关匹配算法运算量巨大，提出一种基于相关极值法的重力匹配干扰值处理和匹配选择算法。该算法利用相关极值法的内在约束条件，构造一种干扰值处理方法，有效地剔除了重力匹配中大量的干扰数据，经仿真计算表明，该方法大大提高了重力匹配的速度。     

基于卡尔曼滤波的地形辅助导航

利用海底地形辅助导航是水下载体导航技术致力研究的新方向。该文利用多波束测深系统测量真实地形数据,在此实测地形图的基础上,采用ICCp算法为对准匹配算法,得到水下载体的最佳匹配位置,提高水下载体的导航精度。并利用仿真以平台式惯导系统为例,用卡尔曼滤波对惯导系统误差进行最优估计,取得了较好的效果。     

重力匹配导航系统可靠性研究

介绍重力匹配导航系统的组成和导航的实施步骤,从影响匹配结果的几个因素出发,利用信噪比、地形熵、相似度三个特征组成的特征向量来判定匹配结果的可信度。仿真结果表明,该导航系统能够有效地解决惯性导航系统误差随时间积累的问题。     

基于单一线列阵的水下测速技术研究

利用水下声音可有效传播特征，提出了利用单一线列阵测试水下运动目标速度的方法．利用不同时刻运动目标和线列阵之间的几何关系，建立了速度测试的数学模型．本文介绍了最大拟然算法和信号相位匹配原理算法，用于高精度求解运动目标的方位角（DOA）．对速度测试误差影响的关键因素进行了分析，提出了测试系统组成：在运动目标相隔一定距离部位上安装两发射不同频率的换能器，在距运动目标不远处布上装有电子罗盘和深度传感器的线列阵，同时配备有信号采集记录仪．推导了系统特别是线列阵的参数要求．考虑工程上实际误差并进行仿真计算，仿真计算表明，一个孔径小于1m的16元阵均匀线列阵的速度测试误差小于4％．消声水池和水库试验进一步验证了模型和仿真计算的正确性．     

船体外板加工成型自动检测方法研究

应用水火弯板智能机器人测量加工后的钢板表面数据,采用Ferguson曲面模拟钢板曲面;借助参数样条曲线、空间坐标转换及误差分析理论,分别对加工后的钢板横向和纵向成型,及扭曲进行计算,以判别船体曲面外板成型状态,并提供未成型钢板二次加工所需的补火位置及补火量等信息.算例表明,该方法可对加工后的钢板成型情况作出符合工程要求的判别.     

智能鱼雷攻潜部位及攻击角测量方法与误差分析

研究了一种基于实艇靶舷侧阵的末弹道二维跟踪定位模型,给出了鱼雷攻潜过靶部位及水平攻击角的计算方法,分析了测量误差并进行仿真.分析及仿真表明,采用该定位模型,鱼雷攻艇部位的测量精度可达2 m,在艇正横方向大约±60°开角范围内,水平攻击角的测量精度可达2°.在引起攻击角测量误差的各因素中,同步误差和目标深度装订误差影响较大,声速装订误差和基阵变形引起的误差较小.     

基于矩形化动态匹配的船体零件排样算法研究

基于启发式搜索策略,提出了一种改进的排样算法——剩余矩形的动态匹配法来求解不规则船体零件的矩形化排样,并通过自动正交碰靠实现零件的紧密靠接和定位。动态匹配包括对入排零件与未排放的剩余矩形区域进行宽度匹配计算和排样高度的调整,并以其匹配度最佳及最低排样高度作为排样布局的评估准则来实现排样过程中的实时动态寻优。该算法在一定程度上实现了排样中定位与定序的协同思路,实例证明其有效性。