无人机系统自平衡容错控制与故障诊断

随着无人机的广泛普及和自主控制技术的深入研究,现代战争已经离不开无人机的身影。而无人机在其拥有特殊优势的同时也需要更多的维护来确保无人机执行任务过程中的安全。本文引入生物学思想中的自平衡理论,进行无人机容错控制与故障诊断系统设计,通过设计“平衡点”确定无人机的安全状态,并建立基于原始内驱力和次要内驱力的自平衡理论模型,将容错控制与故障诊断不仅应用于故障预测和健康管理,更创新提出将容错控制与故障诊断作为判断无人机是否可作为攻击时自杀武器的判据。仿真试验表明,无人机在穿越敌占区时,可根据自身的故障情况判断是否可以返航或作为自杀式武器,证明了算法的有效性。     

卫星导航接收设备健康管理技术研究

针对卫星导航接收设备的技术特点和维护需求,基于故障检测与健康管理技术,提出了一种从射频前端、数字信号处理到算法实现全流程的预测与健康管理方案,搭建了卫星导航接收设备预测与健康管理系统体系结构。基于检测信息设置,完成信号处理与状态监测,开展卫星导航接收设备实时健康评估与寿命预测研究,根据评估与预测结果制定维护方案,实现卫星导航接收设备的健康管理。通过开展仿真试验与实际工程应用,验证了所设计的卫星导航接收设备健康管理方案的正确性与有效性,具有一定的工程推广价值。     

伪卫星定位的精度分析

通过GDOP(几何精度因子)来研究伪卫星定位的精度分布情况.首先提出一种GDOP的工程实用算法,然后研究伪卫星的可能布局方案以及伪卫星布局地区以外的延伸地区GDOP的情况,结合工程实际,进行大量的仿真试验,给出合理的伪卫星布局方案.仿真验证表明,GDOP算法及伪卫星布局方案的选择可以为工程应用提供良好的理论指导作用.     

INS/SFGPS PPP紧组合系统动态补偿滤波算法

惯性/卫星组合导航系统结合精密单点定位技术可有效提高导航定位精度。但精密单点定位技术一般需采用双频接收机,成本较高;同时该系统中采用载波相位作为部分或全部观测量,极容易受到周跳的影响而导致精度下降和系统不稳定。针对上述问题,设计了一种惯性/卫星精密定位紧组合导航系统以及基于动态周跳补偿的鲁棒滤波算法。该系统采用低成本的单频接收机(SFGPS),以精密单点定位技术(PPP)处理过的伪距和载波相位作为观测信息,与惯性导航系统(INS)等效观测量进行紧组合,建立了相应紧组合观测模型并引入周跳作为信息融合滤波状态模型中的状态量,以滤波器信息构建周跳检测统计量并对周跳幅值进行识别和估计,实时补偿观测量以提高观测信息精度,同时以前述周跳估计的结果对状态模型中周跳状态量部分滤波参数进行实时调节。上述方法通过动态补偿周跳误差提高导航精度,通过滤波器参数自适应调节提高滤波稳定性。仿真结果验证了该系统模型及算法的有效性。     

基于视觉的机器人自主定位与障碍物检测方法

针对稀疏型同时定位与地图构建（SLAM）算法环境信息丢失导致无法检测障碍物问题，提出一种基于视觉的机器人自主定位与障碍物检测方法。首先，利用双目相机得到观测场景的视差图。然后，在机器人操作系统（ROS）架构下，同时运行定位与建图和障碍物检测两个节点。定位与建图节点基于ORB-SLAM2完成位姿估计与环境建图。障碍物检测节点引入深度阈值，将视差图二值化；运用轮廓提取算法得到障碍物轮廓信息并计算障碍物凸包面积；再引入面积阈值，剔除误检测区域，从而实时准确地解算出障碍物坐标。最后，将检测到的障碍物信息插入到环境的稀疏特征地图当中。实验结果表明，该方法能够在实现机器人自主定位的同时，快速检测出环境中的障碍物，检测精度能够保证机器人顺利避障。     

基于压缩感知的遥感成像稀疏重构性能分析

压缩感知是一种新型的信息论，打破了传统的Shannon-Nyquist采样定理，能够以少量数据完成信号采样。稀疏重构是压缩感知由理论到实际的关键环节，为了将压缩感知有效地应用于遥感成像领域，研究了稀疏重构对遥感成像过程的影响。针对稀疏重构理论模型，分析了重构误差的成因；同时，针对典型的凸优化类算法和贪婪类算法，利用峰值信噪比指标对遥感图像重构误差进行评价。在仿真实验中，定量考察遥感图像在不同压缩采样率、不同重构算法下的稀疏重构性能。结果表明，稀疏重构算法能够成功重构遥感图像，各算法在不同压缩采样率下均表现出了较好的重构质量，整体上能够满足遥感成像应用，验证了压缩感知稀疏重构方法在遥感成像中应用的可行性。     

惯性辅助的单频GPS 整周模糊度快速求解

为改善法矩阵病态性,实现整周模糊度快速求解,提出惯性导航系统(inertial navigation system,INS)辅助单频GPS整周模糊度求解算法。将惯性伪距单差、GPS伪距双差、载波相位双差联立得到模糊度浮点解及其协方差阵,利用LAMBDA算法求解出整周模糊度固定解。分析引入惯性信息改善复共线性和病态性的原因,并利用GPS实测数据与仿真 INS数据进行实验验证。实验结果表明：INS辅助信息使得法矩阵条件数减小2个数量级,模糊度衰减因子下降55.81%,整周模糊度固定解求解的时间缩短75.44%,方法可行。     

利用轨迹诱导的欺骗式GPS干扰技术研究

为了干扰敌方GPS卫星导航设备,使其无法提供正常的导航信息,文中提出了一种根据探测到的飞行器轨迹,通过在每颗卫星上施加不同的传播时延和多普勒控制量来实现位置和速度同时欺骗的方法,并给出欺骗控制量的计算算法。该干扰技术适用于GPS民码和军码方式下的导航欺骗,且不易被检测和抑制;为导航战下的卫星对抗提供了有效的干扰手段。     

基于近距无线电导航的容错组合导航系统

针对组合导航子系统的特性,提出了一种基于近距无线电导航的容错组合导航系统方案.给出了完整的无线电导航系统的误差模型.针对残差X2检验和状态X2检验的特点,提出了一种结合状态递推的残差检验法,该方法对软故障的检测能力较强,并采用分量检测法提高故障检测灵敏度,将该算法嵌入到基于局部反馈校正的无重置联邦滤波器中提高导航系统的容错能力.仿真结果表明,融合输出结果不受故障影响且精度高于任一子滤波器导航精度,验证了算法的正确性.