GPS/SINS组合导航系统的多尺度融合算法研究

将传统的基于模型的动态系统分析法与基于统计特性的信号多尺度变换分析法相结合,提出一种多尺度融合算法,并用于GPS/SINS组合导航系统.该算法首先建立系统的原始尺度动态方程与观测方程;然后利用小波变换将该动态方程与观测方程在不同的尺度上进行数据融合;最后利用不同尺度上的融合结果进行全局最优融合,并利用该结果对SINS进...     

惯性/天文/卫星组合导航误差在线标定方法

为提高惯性/天文/卫星(INS/CNS/GNSS)组合导航系统长期工作时的精度,推导了基于四元数误差描述的组合导航系统误差状态方程和量测方程,利用分段定常系统(PWCS)定理,分析了不同输入条件下系统状态变量的可观测性和可观测度.结合可观测性和可观测度分析结果,提出了利用星敏感器及卫星导航系统提供的姿态、位置矢量在线标定陀螺仪、加速度计和星敏感器误差参数的方法.可观测性分析和仿真试验结果表明,该方法可以精确在线估计出陀螺仪、加速度计、星敏感器的标度因数、零偏和安装误差,提高惯性/天文/卫星组合导航系统长期在轨工作的精度.     

抗差自适应EKF在INS/GNSS紧组合中的应用

针对惯性/卫星紧组合导航中卫星观测数据存在粗差,影响组合导航系统定位精度,同时考虑到卫星少于4颗和卫星几何分布不佳对预测残差构造自适应因子的影响,提出了一种抗差自适应EKF紧组合算法。该算法给出惯性/卫星紧组合状态方程与观测方程,抗差等价权因子和预测残差法构造自适应因子的计算公式,并给出卫星少于4颗和卫星几何状态分布不佳情况下自适应因子的计算方法。通过车载实测数据对算法进行验证与分析,实验结果表明,基于抗差自适应EKF的惯性/卫星紧组合算法可有效削弱卫星粗差观测值的影响,在可见卫星数少于4颗和卫星几何分布不佳的状态下,依据该算法获取的系统导航精度得到进一步提高。     

针对水下辅助导航相关匹配算法的特征区最优航迹规划

水下辅助导航中修正惯导累积误差的主要方式之一是利用水下地球物理场的分布特征进行相关匹配以实现准确定位,但是相同的匹配算法对于特征区内不同的航迹规划其性能却表现各异。针对上述问题提出了平行航迹差异度算法,实现了特征区的最优航迹和最优通道规划。水下辅助导航仿真实验表明:该算法可作为水下辅助导航相关匹配算法的一部分,而且可以有效地提高水下载体的导航精度。     

基于平稳小波的自适应阈值MR图像去噪法

针对小波空间Donoho阈值在图像去噪中的缺陷,提出一种基于平稳小波变换的自适应阈值MR图像去噪方法,即由 Lakhwinder Kaur小波阈值选取法,根据不同的子带特性,定义了一个新的尺度参数方程,以确定适合各个尺度级的自适应最优阈值,对平稳小波变换后的各层细节信号分别进行阈值化处理.该方法能很好的抑制小波空间Donoho阈值去噪法出现的伪Gibbs现象,弥补了正交小波变换存在的不足,在滤出噪声的同时,较好地保留了MR图像的细节信息.实验结果表明该算法在性能指标和视觉质量上的优越性.     

气压高度表增强GPS组合导航系统数据融合

针对在精密进场着陆阶段GPS信号易受干扰及高度准确性较差、气压高度表对气压及温度敏感的特点,提出了一种提高垂直方向定位精度的组合导航系统。基于GPS定位误差、气压高度表误差以及其“当前”统计模型,建立了系统的状态方程和观测方程,给出了采用迭代Kalman滤波的数据融合算法。理论分析仿真和实验结果表明,迭代Kalman滤波算法提高了垂直方向上的定位精度与实时性,改善可用性,性能优于Kalman滤波,保证了飞机在进近阶段的安全性和可靠性,可以作为精密进近阶段的着陆引导系统.     

基于改进γ-CLAHE算法的水下机器人图像识别

水体及悬浮粒子对光的吸收、折射及反射导致水下图像对比度低及细节模糊,单一图像增强算法难以适用于水下复杂环境识别.为了解决该问题,提出基于小波变换和改进的γ-CLAHE相融合的图像增强算法.通过快速中值滤波去除图像中噪声,向CLAHE算法中加入自适应伽马变换,解决CLAHE算法处理水下图像色彩失真,丢失孤立点、细线,画面突变等问题. 利用改进的γ-CLAHE算法处理小波变换分解后的低频部分,增强图像并加快运行速度. 通过小波逆变换将γ-CLAHE算法处理后的低频部分和双边滤波处理后的高频部分相融合,得到最终的增强图像. 将实验图像同传统CLAHE、Retinex、Singh融合算法的处理图像进行对比,验证本研究算法在水下图像处理方面的有效性和优越性.     

无人水下航行器SINS/DVL组合导航方法研究

给出了应用于无人水下航行器远程航行的基于SINS/DVL的组合导航方法。利用Kalman滤波算法融合DVL测量的绝对速度估计SINS的导航参数误差,并进行校正。仿真结果说明这种方法能够有效提高导航系统精度,从仿真曲线还得到了闭合航路能够大幅度消除导航误差的结论。     

基于正交小波变换的变步长盲均衡算法

提出了一种基于正交小波变换的变步长盲均衡算法。该算法将正交小波变换理论引入到常数模盲均衡算法中,充分利用小波变换对信号的去相关性及指数型变步长控制迭代过程的特性来加快收敛速度。与常数模算法及基于正交小波变换的盲均衡算法相比,该算法收敛速度快、稳态误差小、均衡效果好。水声信道盲均衡的仿真结果,验证了其的性能。     

基于免疫危险感知的水下接驳盒故障检测方法

针对现有水下接驳盒故障检测中存在仅通过特定的观测指标来判断系统故障,且观测指标的选取以及故障阈值的设定主要依赖人工经验的问题,本文借鉴机体免疫防御机制,提出了一种基于危险感知的水下接驳盒故障检测方法。借鉴机体免疫中的危险理论,在原DCA算法（dendritic cell algorithm）的基础之上,保留DCA算法的信号转换机制,对它的输入信号定义和异常评价方法进行改进以适合水下接驳盒工作环境,实现故障的在线检测。首先,依据变化是系统危险发生的征兆和外在表现的思想,提出了一种基于系统特征变化的危险信号提取方法,以提高DCA输入信号分类的自适应性。其次,针对原DCA算法只对数据项进行异常评价,无法检测系统级故障,提出采用成熟DC的浓度作为系统故障的评价指标。最后,采用水下接驳盒的真实数据进行模拟实验,并与PCA主元分析方法进行性能对比。实验结果显示本文方法不仅能有效检测出渐变故障,且比PCA方法具有更高的准确率,并能更早的发现故障。因此,本文提出的方法在水下接驳盒的故障检测中具有可行性。     

Unequal-interval data fusion algorithm for inertial/gravity matching integrated navigation system

Inertial/gravity matching integrated navigation system can effectively improve the long-endurance navigation ability of underwater vehicles. Through the analysis of the matching process, the problem of unequal-interval in matching trajectory is addressed by an unequal-interval data fusion algorithm which is based on the unequal-interval characteristics analysis of the matching trajectory. Compared with previously available methods, the proposed algorithm improves the location precision. In conclusion, simulations of the integrated navigation system demonstrated the effectiveness and superiority of the proposed algorithm.     

基于离散平稳小波变换的EKF数据融合算法

针对车辆GPS/DR组合导航系统中广泛采用的扩展卡尔曼滤波器进行数据融合难以建立精确的数学模型的问题,提出了基于离散平稳小波变换的扩展卡尔曼滤波器数据融合算法。仿真表明,该算法优于扩展卡尔曼滤波器,对车辆组合导航系统的数据融合是有效的。     

基于遗传模糊控制的智能自适应滤波算法

组合导航中软故障难以检测,致使卡尔曼滤波精度降低甚至发散.为提高滤波的容错性,提出了一种基于遗传模糊控制的智能自适应滤波算法.首先针对软故障提出一种模糊自适应滤波算法,算法中通过监测观测量新息及其变化率,应用模糊控制系统计算观测质量因子,并对滤波器量测噪声阵进行在线自适应调整,从而抑制软故障对滤波的影响,保证滤波的精度,提升容错性能.然后,利用自适应遗传算法对隶属度函数的参数进行优化,从而进一步提高算法的整体精度.利用本文提出的算法在SINS/CNS/GPS导航平台上进行了定位实验,结果显示该算法有效,在软故障存在时,定位精度小于2 m,测速精度小于0.1 m/s.     

Federated unscented particle filtering algorithm for SINS/CNS/GPS system

To solve the problem of information fusion in the strapdown inertial navigation system (SINS)/celestial navigation system (CNS)/global positioning system (GPS) integrated navigation system described by the nonlinear/non-Gaussian error models, a new algorithm called the federated unscented particle filtering (FUPF) algorithm was introduced. In this algorithm, the unscented particle filter (UPF) served as the local filter, the federated filter was used to fuse outputs of all local filters, and the global filter result was obtained. Because the algorithm was not confined to the assumption of Gaussian noise, it was of great significance to integrated navigation systems described by the non-Gaussian noise. The proposed algorithm was tested in a vehicle’s maneuvering trajectory, which included six flight phases: climbing, level flight, left turning, level flight, right turning and level flight. Simulation results are presented to demonstrate the improved performance of the FUPF over conventional federated unscented Kalman filter (FUKF). For instance, the mean of position-error decreases from (0.640×10⁻⁶ rad, 0.667×10⁻⁶ rad, 4.25 m) of FUKF to (0.403×10⁻⁶ rad, 0.251×10⁻⁶ rad, 1.36 m) of FUPF. In comparison of the FUKF, the FUPF performs more accurate in the SINS/CNS/GPS system described by the nonlinear/non-Gaussian error models.     

探测器接近段自主导航的信息融合滤波优化算法

为提高接近段自主导航系统的估计精度,引入基于星光角距和星光仰角的联合观测模型进行组合导航。针对深空探测任务对探测器实时性要求高,星载计算机计算能力有限的问题,用UD分解改进信息融合滤波算法,避免高维运算和大的空间存储,减少运算负担。利用状态方程的一阶泰勒展开式分析滤波周期对状态方程可观性的影响。计算机仿真证实了改进算法的可行性。     

小波技术对LMS算法的提高与分析

变步长LMS（Least Mean Square）算法在同时兼顾快速收敛与降低稳态失调误差的问题上做出了很多改进,但仍有较大的提升空间. 本文利用小波技术对变步长LMS算法提出改进. 小波技术具有数学“显微镜”功能,步长因子的变化速度可以通过拉伸窗口来实时调整. 本文将失调误差与收敛速度之间的比值做为小波窗口调整参数,根据两者之间的相对变化实时调整步长因子的变化速度,可实时准确地调整收敛速度,更好地兼顾快速收敛与降低稳态失调误差问题. 仿真证明本文提出的算法比现有技术具有更高的收敛速度和更低的稳态失调误差.     

误差有界下的音频驻波液位估计算法

该文提出了一种在误差有界下的音频驻波液位估计算法.首先根据音频驻波的测距原理构造关于驻波波长的非线性状态方程和线性观测方程,其中将麦克风的观测误差和扬声器的状态误差建模为有界区间噪声的形式;再根据建立的系统模型和确定的误差界限,利用基于区间置信结构的状态估计算法估计出音频驻波的波长;最后根据波长的估计值换算出液位的高度...     

基于小波变换的分形与零树混合图像压缩算法

提出了一种基于小波变换的分形与零树混合的图像压缩方法．该算法采用小波变换将图像分解为不同方向、不同分辨率的子图像，在不同分辨率层将这些子图像以类似于零树的结构构成一棵棵的小波子树；在对每一棵小波子树编码时，根据最小误差标准进行分形编码，或零树编码、本算法不但充分利用了子带图像间的相似性和块内的自相似性，而且充分利用了小波变换后子图像块内(特别是高分辨层的子图像块内)存在的大量的局域性的冗余性．实验结果表明，与传统的基于小波变换的分形编码相比，该方法在较大的压缩范围内，都能够获得好的压缩结果．     

基于小波变换的水下超声波测距方法研究

通过分析传统的阈值检测法超声波测距的缺点,提出了基于小波变换的水下超声波测距方法.应用数字信号处理技术,设计出基于Hamming窗函数的数字带通滤波器,对采样信号进行数字滤波,构造高斯小波基.介绍了一种将采样信号与小波基做卷积进行小波变换,精确捕捉回波信号到达时刻的超声波水下测距系统.在实验室水池中分别用传统的阈值检测法和基于小波变换的超声波测距法进行了实验测量,并对测量数据进行了比较,验证了基于小波变换的水下超声波测距可以达到更高的测量精度,优于传统的阈值检测法.     

基于生成式对抗网络和多级小波包卷积网络的水下图像增强算法

为了解决水下图像的雾模糊和偏色问题,针对水下图像成像模型提出基于生成式对抗网络（GAN）和改进卷积神经网络（CNN）的水下图像增强算法. 利用生成式对抗网络合成水下图像,以对配对式水下图像数据集进行有效扩充. 利用多级小波变换,以不丢失特征分辨率的方式对水下图像进行多尺度分解,然后结合卷积神经网络利用紧凑式学习方式对多尺度图像进行特征提取,并利用跳跃连接以防止梯度弥散,克服水下图像的雾模糊效应. 利用风格代价函数学习彩色图像各通道间的相关性,提高模型的色彩校正能力,克服水下图像色彩失真的问题. 实验结果表明,相较对比算法,在主观视觉和客观指标上,本研究所提算法拥有更优秀的综合性能及鲁棒性.