河船目测船位的原理及应用

船舶航行在海洋上是用天文航海、地文航海、雷达、电测向仪和GPS等方法测定船位,将测定的船位绘在海图上再制定航向,船按该航向航行.内河航道狭窄、弯曲,要求驾驶员时刻掌握本船在航道上的位置,以正确的航向航行,安全地操纵船舶.     

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.     

多自主式水下航行器轨迹精准跟踪控制方法

针对多自主式水下航行器轨迹跟踪控制中的不确定性问题,研究多自主式水下航行器轨迹精准跟踪控制方法。构建基于灰色预测的轨迹精准跟踪控制模型,利用灰色预测模型预测航行器航向角,构建一元多项式回归模型,拟合航行器初始航向角同预测航向角间的残差,优化灰色预测模型,提升航行器航向角预测精度。将航向角预测结果代入PID控制器内,通过计算航向角控制率确定位置误差、速度误差与加速度误差,通过控制上述误差实现航行器轨迹准确跟踪控制。实验结果显示该方法可在航行器不同运动特性下准确跟踪轨迹,并具有较好的控制效果。     

关于多航向航行时推算船位的准确度问题

指出文献（１），（２），（３），（４），中计算多航向航行时的推算船位标准误差圆半径的公式ρ＝ρ１＋ρ２＋．．．＋ρｎ是错误的，并且证明推算船位标准误差圆的正确计算公式为ρ＝√ρ＾２１＋ρ＾２２＋．．．＋ρ＾２ｎ。     

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。     

归心改正理论在舰船真航向动态测量中的应用

采用计算方位和测量舷角相结合的方法进行真航向测量时,由于舰船安装条件有限,舰位测量设备DGPS和经纬仪不可能安装在同一位置。直接将DGPS测量的舰位作为经纬仪中心的位置会影响到方位角的计算结果,进而影响航向测量精度。本文采用归心改正理论根据DGPS测量的舰位推算经纬仪中心的精确位置,根据此位置计算出的岸标真方位的精度得到了提高,最终提高航向测量的精度。     

输入卫导与ARPA雷达的应是对地速度还是对水速度

作者提出若将计程仪的对地速度输入卫导仪将会使其推算船位，操舵航向，预计航迹向，流向，流速的读数含有人为折，不易发觉的，相当的误差。若将对地速度输入ＡＲＰＡ雷达，则可使ＡＲＰＡ的重要功能即显示避让用的各面数据衾中不少误差。作者依据他常年航海实践以通俗比喻来讲述自己的发现与看法。     

论等角航线的正反解

本文从航海的角度出发,系统地论述了等角航线的特性,给出了由己知椭球而上两点求做等角航线,或是求该航线的航向和航程的方法;也给出了自起点出发,由航向和航程反求航线另一端点的方法。这对于自动航海系统中计划航线的标注和船位的推算都是很有意义的。     

长航时捷联惯导系统综合校正方法

针对捷联惯导系统长时间工作时导航误差随时间发散的问题,提出一种适用于长航时捷联惯导系统的综合校正算法.首先建立了惯性系下的φ方程,在此基础上推导了陀螺误差引起的惯性系下φ角增量表达式,并通过φ角增量与观测量（位置误差和航向误差）之间的关系,建立起陀螺误差与观测量之间的关系,进而利用不定期获取的参考位置和航向信息计算陀螺漂移并进行修正.理论和实验分析表明,所提出的综合校正方法明显地抑制了捷联惯导误差随时间的发散,可有效提高长航时捷联惯导系统的导航精度,且该方法不受载体运动和纬度变化的影响,具有很强的工程实用价值.     

基于FTESO和漂角补偿的船舶航向滑模控制

[目的]为提高水面欠驱动船舶的航向跟踪性能,减小航向误差,研究一种基于有限时间扩张状态观测器(FTESO)的船舶航向滑模控制方法.[方法]首先,采用预滤波器减小船舶转向时较大的航向变化率影响,利用扩张状态观测器对时变漂角进行估计,然后通过估计出的漂角及时修正航向误差.为简化控制器设计,艏摇方向上的外部扰动和内部不确定项...     

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.     

Research on integrated navigation method for AUV

The principles of the SINS/DVL integrated navigation system are introduced, and the compass status accuracy is compared. When the heading is changed, the dead reckoning algorithm using the heading information of the SINS （Strapdown inertial navigation systems） and DVL （doppler velocity log） is adopted to substitute the SINS/DVL integrated system. The simulation results show that the method can improve the accuracy of integrated navigation system when AUV （autonomous underwater vehicle） is in motion.     

基于北斗降维双差模型的舰艇快速定姿算法研究

根据北斗GEO卫星的特殊星座构型,提出一种基于北斗降维双差模型的舰艇快速定姿算法。根据北斗GEO卫星的特点,在初始定位误差较小的情况下,忽略z轴误差带来的影响,建立降维双差模型。利用B1和B2频点形成宽巷组合,根据初始伪距值计算宽巷模糊度初始值,并解算基线向量候选值;通过模糊度函数法对候选值进行判决,得到最优基线向量,解出宽巷模糊度;最后以得到的最优基线向量为初始基线向量,利用B1频点观测值形成2个双差观测方程,解算B1频点模糊度,进行舰艇定姿。利用北斗实测数据进行仿真验证,结果表明该方法解算B1频点模糊度成功率高,确定的航向角标准差为0.16°,纵摇角标准差为0.07°,是一种高效快速的舰艇定姿算法。     

基于视觉伺服的欠驱动无人水面艇自主靠泊方法

无人水面艇在开阔水域的自主航行得到了广泛的应用，但由于码头结构复杂、船只较多等因素，目前无人水面艇的靠泊还是需要人工来完成，这已成为无人水面艇全自主作业的瓶颈问题。为此本文提出了一种基于视觉伺服的无人水面艇自主靠泊方法。首先，通过无人水面艇搭载的视觉系统采集泊位的场景，从中提取出泊位标志物并将其作为视觉跟踪的对象；然后，利用标志物图像和期望图像的几何参数计算出航向偏差角，通过标志物图像计算标志物和无人艇的位置关系并求得虚拟航线，进而得到偏航距离；最后，选取航向偏差角和偏航距离作为控制变量，控制器实时调整无人水面艇航向和航速使其驶向泊位，当标志物图像与期望图像的差值小于设定阈值时即停止自主靠泊任务。实船试验结果表明，在较小风浪条件下靠泊位置误差小于0.7m，航向误差小于12°。     

快速ICCP算法实现地形匹配技术研究

利用海底地形进行辅助导航是水下潜器导航技术致力于研究的新方向。采用ICCP算法作为对准匹配算法，从两个方面对ICCP算法进行了改进，一是将测量航迹进行随机旋转和平移来选择初始状态集，使其能够以足够小的误差概率收敛到全局最优中，减少了迭代次数；二是采用滑动窗口技术来寻找等值线上的最近点，在每一次收敛到局部最小的过程中都减少了最近点计算量。     

潜航器轨迹跟踪与航向预测算法

海况条件较差时,基于水下单点GPS定位系统的潜航器实时定位有较大测量误差,不利于潜航器的轨迹跟踪与航向预测。针对误差服从高斯分布的水下单点GPS定位系统,提出基于改进型扩展卡尔曼滤波算法的GPS跟踪方法和基于回归分析算法的航向预测方法。通过测试与仿真,对定位设备采集到的数据进行对比分析,试验结果表明,上述算法显著提高了轨迹测量精度与航向跟踪能力,准确绘制出了潜航器的实时航行轨迹与航向预测线,可应用于潜航器的轨迹跟踪项目中。     

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。     

Course-keeping control of underactuated hovercraft

The course-keeping control of underactuated hovercraft with two aft propellers was considered. The control of the heading error and cross-track error was accomplished by the yaw torque merely in this case. The hovercraft dynamic model is nonlinear and underactuated. At first the Controllability of course-keeping control for hovercraft was proved, then a course-keeping control law was derived that keeps hovercraft heading constant as well as minimizes the lateral movement of hovercraft. The proposed law guarantees heading error and sway error all converge to zero exponentially. Simulation tests were carried out to illustrate the effectiveness of the proposed control law. For further research, the disturbance influence would be considered in the dynamic equations.