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基于抗差因子图的AUV多源信息融合定位方法

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测绘学报 2023年第8期52卷 1278-1285页

作者：黄紫如柴洪洲向民志杜祯强信息工程大学河南郑州450001 32022部队广东广州510000 自然资源部海洋测绘重点实验室山东青岛266590

面向AUV搭载的传感器信息频率不一致与有效性易动态改变的情况,因子图算法相较于扩展Kalman滤波算法表现出更好的稳定性、灵活性与扩展性。本文首先比较了FGO与EKF算法分别应用于AUV多传感器信息融合定位的性能,再针对复杂水下环境中,... 详细信息

面向AUV搭载的传感器信息频率不一致与有效性易动态改变的情况,因子图算法相较于扩展Kalman滤波算法表现出更好的稳定性、灵活性与扩展性。本文首先比较了FGO与EKF算法分别应用于AUV多传感器信息融合定位的性能,再针对复杂水下环境中,传感器的异常观测值影响FGO算法定位精度的问题,提出了一种基于抗差因子图的AUV多源信息融合定位方法,利用动态协方差缩放策略对粗差因子进行降权处理,在海测数据的基础上模拟观测粗差进行算法验证。分别采用普通FGO算法、基于DCS的抗差FGO算法对受到粗差干扰后的数据进行解算。统计结果表明,相较于不进行抗差处理,该算法降低了14.6%的平面位置误差,对异常观测具有良好的稳健性能。

关键词：因子图多源信息融合定位自主水下潜航器抗差因子图

基于广义罗德里格参数的恒星相机和陀螺联合测姿方法

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中国惯性技术学报 2020年第4期28卷 487-492页

作者：尹潇柴洪洲杜祯强向民志石明琛信息工程大学地理空间信息学院郑州450001

在恒星相机和陀螺联合测姿时,不准确的初始状态会引起测量更新后的四元数不满足归一化的要求。针对此问题,提出一种基于广义罗德里格参数的UKF姿态确定方法,基于广义罗德里格参数构造的误差四元数进行乘法更新,保证了四元数的归一化性... 详细信息

在恒星相机和陀螺联合测姿时,不准确的初始状态会引起测量更新后的四元数不满足归一化的要求。针对此问题,提出一种基于广义罗德里格参数的UKF姿态确定方法,基于广义罗德里格参数构造的误差四元数进行乘法更新,保证了四元数的归一化性质。同时,针对恒星相机的非线性观测方程,采用UKF进行状态估计,避免了高阶信息的损失。将该方法应用于旋转航天器的姿态估计试验,并与传统EKF方法对比。结果表明,在初始姿态存在较大偏差时,所提出方法较传统四元数强制归一化方法,测姿精度提高约0.6°;在初始姿态和陀螺零漂误差叠加时,传统EKF方法出现震荡,所提出方法测姿误差仍然可收敛至0.1°,具有更优的稳健性。

关键词：恒星相机陀螺姿态估计广义罗德里格参数 UKF

顾及水声误差的UUVs协同定位构型设计及分析

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测绘学报 2023年第8期52卷 1268-1277页

作者：杜祯强柴洪洲向民志章繁惠俊信息工程大学地理空间信息学院河南郑州450001 自然资源部海洋测绘重点实验室山东青岛266590

由于水介质的特殊性及水下的弱通信条件,水下无人航行器编队构型的优劣直接影响着协同定位的精度。针对传统UUVs构型设计方法未考虑水声声线弯曲和声速变化误差,且忽略了UUV之间距离变化引起的入射角差异的问题,本文提出了顾及水声误差... 详细信息

由于水介质的特殊性及水下的弱通信条件,水下无人航行器编队构型的优劣直接影响着协同定位的精度。针对传统UUVs构型设计方法未考虑水声声线弯曲和声速变化误差,且忽略了UUV之间距离变化引起的入射角差异的问题,本文提出了顾及水声误差的UUVs协同定位模型,通过引入平面位置精度衰减因子的概念分析UUVs最优编队构型。选取了位于日本南海海槽的实测数据作为水下真实声速场,分析了5种UUVs编队构型在不同深度下的协同定位精度,指出了UUVs水平距离和水深的比值与协同定位结果的关系。试验结果表明,传统方法在UUVs分离角为90°时达到最优构型,考虑到水声测距误差后,UUVs分离角在25°~30°达到最优。UUVs水平距离与水深的比值越大时,协同定位精度越高。考虑到波束入射角的限制,推荐在1.5~2.0倍比值,即55°~63°的波束入射角为最优构型。较之传统构型设计方法,顾及水声误差的编队构型使得UUVs协同定位精度平均提升24.3%。

关键词： UUV 协同定位声学测距误差 HDOP值构型设计

顾及有色噪声的光纤陀螺随机噪声自适应滤波方法

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测绘学报 2022年第1期51卷 80-86页

作者：靳凯迪柴洪洲宿楚涵向民志信息工程大学地理空间信息学院河南郑州450001

作为光纤陀螺误差的重要组成部分,随机噪声严重影响着光纤陀螺的精度,对光纤陀螺随机噪声进行准确建模和补偿是提升陀螺精度的有效方式。本文针对光纤陀螺随机噪声的复杂性,难以对其进行精确分析,ARIMA(auto-regressive moving average... 详细信息

作为光纤陀螺误差的重要组成部分,随机噪声严重影响着光纤陀螺的精度,对光纤陀螺随机噪声进行准确建模和补偿是提升陀螺精度的有效方式。本文针对光纤陀螺随机噪声的复杂性,难以对其进行精确分析,ARIMA(auto-regressive moving average)模型Kalman滤波中有色噪声不能使用状态扩充法建模的问题,扩展了Harvey方程,实现有色噪声白化。同时,考虑先验噪声的不确定性以及模型参数在线更新导致的参数与状态噪声相互耦合,分析了动态Allan方差估计量测噪声的不足,使用VBAKF(variational Bayesian adaptive Kalman filter)实时修正滤波状态噪声与量测噪声。试验表明,Harvey法较传统滤波建模方式,随机噪声序列方差降低40%,Harvey法结合VBAKF使序列方差降低了54%;VBAKF较动态Allan方差,可以更好地估计量测噪声。结果表明,此方法可有效抑制随机噪声Kalman滤波中有色噪声和随机模型不准确的影响,提高随机误差补偿精度。

关键词：光纤陀螺随机误差 ARIMA模型有色噪声自适应滤波

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3种PPP模型的统一模糊度固定方法

测绘学报 2020年第7期49卷 824-832页

作者：杜祯强柴洪洲向民志尹潇刘春鹤信息工程大学地理空间信息学院河南郑州450001

精密单点定位(PPP)的模糊度经未校准硬件延迟小数部分(FCB)产品改正后,可恢复整周特性,能够显著缩短PPP的初始化时间。然而由于用户端模糊度固定模型需与服务端FCB产品保持一致,不仅造成了用户端面临不同FCB产品无法使用的问题,而且加... 详细信息

精密单点定位(PPP)的模糊度经未校准硬件延迟小数部分(FCB)产品改正后,可恢复整周特性,能够显著缩短PPP的初始化时间。然而由于用户端模糊度固定模型需与服务端FCB产品保持一致,不仅造成了用户端面临不同FCB产品无法使用的问题,而且加重了服务端的链路传输压力。本文提出一种基于用户端3种PPP模型(消电离层组合、无电离层约束的非组合以及先验电离层约束的非组合模型)的统一模糊度固定方法,不同用户端可采用同一种FCB产品实现模糊度的快速固定。选取全球116个MGEX测站作为服务端生成3种FCB产品,选取未参与服务端解算的50个测站作为用户端进行验证。试验结果表明,本文方法解决了用户端面临不同FCB产品的PPP模糊度固定问题,在定位精度、收敛时间、固定率方面与传统方法保持一致。

关键词：精密单点定位 fractional cycle biases(FCB) 模糊度固定统一方法

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量子增强星载光子计数激光雷达阈值检测性能

红外与激光工程 2023年第4期52卷 142-152页

作者：惠俊柴洪洲向民志杜祯强靳凯迪信息工程大学地理空间信息学院河南郑州450001

星载光子计数激光雷达在遥感探测、导航测距等领域发挥着重要作用。依据光子数可分辨激光雷达的工作原理,建立了基于光量子统计理论的星载光子数可分辨激光雷达接收端的量子阈值检测模型。方案利用先进的光子数可分辨探测器件滤除未能... 详细信息

星载光子计数激光雷达在遥感探测、导航测距等领域发挥着重要作用。依据光子数可分辨激光雷达的工作原理,建立了基于光量子统计理论的星载光子数可分辨激光雷达接收端的量子阈值检测模型。方案利用先进的光子数可分辨探测器件滤除未能达到最小检测信噪比的光子,并根据光量子统计规律重构信噪比检测公式,接收端的最小可检测信噪比相对经典光强检测方案进一步降低。同时分析了新型量子阈值检测方案的检测概率与虚警概率,数值仿真的结果表明,基于光子数可分辨探测的量子阈值检测方案的信噪比在少光子到达的条件下优于经典光强检测方案,且利用量子压缩态发射源可进一步增强量子阈值的检测性能。最后,进行了星载光子数可分辨激光雷达测高的仿真实验,结果表明在少量返回光子信号情形下的量子阈值检测方案的性能获得了显著增益。

关键词：激光雷达光子计数量子增强信噪比检测性能

动基座重力梯度仪加速度计标度因数一致性调整方法

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作者：向民志收集

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中国惯性技术学报 2021年第5期29卷 583-588页

作者：李达张海洋李城锁向民志高巍李中哈尔滨工程大学智能科学与工程学院哈尔滨150001 天津航海仪器研究所天津300131 近地面探测技术重点实验室无锡214035 信息工程大学地理空间信息学院郑州450001 中船集团航海保障技术实验室天津300131

针对基于旋转加速度计原理的高精度重力梯度测量对动态条件下将两组加速度计标度因数不一致性调整到0.1 ppm的需求,提出一种基于Sage-Husa自适应滤波的加速度计标度因数一致性动态调整方法。首先对重力梯度敏感器输出信号进行解调,实现... 详细信息

针对基于旋转加速度计原理的高精度重力梯度测量对动态条件下将两组加速度计标度因数不一致性调整到0.1 ppm的需求,提出一种基于Sage-Husa自适应滤波的加速度计标度因数一致性动态调整方法。首先对重力梯度敏感器输出信号进行解调,实现两组加速度计标度因数不一致信号的提取;其次,针对信号易受运动干扰的问题,利用Sage-Husa自适应滤波的方法实时适应不同量级的动态干扰,对标度因数不一致信息进行最优估计;最后,应用PID算法调整加速度计内部电磁线圈电流,实现加速度计标度因数实时调整。航空试验结果表明,在相同的工况下,与常规解调方法对比,所提方法可将航空测量内符合精度由150E@1 km提高至65E@1 km,证明了该方法的有效性。

关键词：重力梯度仪旋转加速度计标度因数调整 Sage-Husa自适应滤波

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基于遗传算法的激光跟踪仪控制网优化设计

测绘科学技术学报 2018年第2期35卷 126-130页

作者：杨振郭迎刚向民志信息工程大学河南郑州450001

针对跟踪仪三维控制网测量时因跟踪仪设站位置凭经验布设无法保证测量结果最优的问题,提出一种基于遗传算法的跟踪仪控制网优化设计方法。该方法以多台激光跟踪仪三维网的距离前方交会为理论基础,取目标点精度均方差最小为目标函数,兼... 详细信息

针对跟踪仪三维控制网测量时因跟踪仪设站位置凭经验布设无法保证测量结果最优的问题,提出一种基于遗传算法的跟踪仪控制网优化设计方法。该方法以多台激光跟踪仪三维网的距离前方交会为理论基础,取目标点精度均方差最小为目标函数,兼顾了工作区域边界、目标点的可视性、跟踪仪间距等约束条件,基于遗传算法实现了跟踪仪设站位置的优化设计。实验结果表明,该优化设计算法具有明显的效果,算法设计出的网形较随机网形的测量精度有明显提高,能够为实际测量中跟踪仪的布设位置提供参考。

关键词：激光跟踪仪遗传算法三维控制网优化设计距离交会