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基于高度角随机模型的GNSS外辐射源雷达定位算法

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电子与信息学报 2024年第4期46卷 1373-1381页

作者：杨东凯谭传瑞王峰李唐北京航空航天大学电子信息工程学院北京100191 北京航空航天大学沈元学院北京100191

针对GNSS外辐射源雷达定位时不同卫星对定位的误差贡献不同的问题,提出基于高度角随机模型的定位算法,理论分析目标位置估计量的克拉美罗界和统计特性,并计算卫星位置误差和地面站位置误差对定位误差的影响。仿真结果表明:所提出算法对... 详细信息

针对GNSS外辐射源雷达定位时不同卫星对定位的误差贡献不同的问题,提出基于高度角随机模型的定位算法,理论分析目标位置估计量的克拉美罗界和统计特性,并计算卫星位置误差和地面站位置误差对定位误差的影响。仿真结果表明:所提出算法对不同GNSS卫星的直射、反射路径的伪距差测量值误差进行了合理分配,定位性能达到了克拉美罗界,且不会因为选星方案的改变而大幅恶化。对地面站位置误差和卫星位置误差的分析表明:地面站位置的标准差小于10 cm、卫星位置的标准差小于1 km时对定位总误差的贡献可以忽略不计。

关键词：高度角随机模型 GNSS 定位克拉美罗界

车载GNSS/SINS/里程计分布式弹性融合导航方法

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测绘学报 2024年第3期53卷 425-434页

作者：穆梦雪赵龙北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191 北京航空航天大学数字导航中心北京100191 北京航空航天大学飞行器控制科学与技术实验室北京100191

为提升复杂环境下低成本车载导航系统的容错性能,本文研究了基于次优增益融合(SGF)算法的GNSS/SINS/里程计分布式弹性融合方法。该方法首先根据阿克曼转向几何建立了四轮里程计测速补偿模型,提升了惯性测量单元(IMU)安装中心处的前向和... 详细信息

为提升复杂环境下低成本车载导航系统的容错性能,本文研究了基于次优增益融合(SGF)算法的GNSS/SINS/里程计分布式弹性融合方法。该方法首先根据阿克曼转向几何建立了四轮里程计测速补偿模型,提升了惯性测量单元(IMU)安装中心处的前向和侧向测速精度;然后设计了基于卡方检验统计量的故障检测与分类准则,充分利用了可获取的观测信息;最后构建了随机模型和信息分配因子(ISF)弹性优化模型,分别从传感器层和决策层减少了异常观测的影响,实现了车载多源信息的弹性融合。通过实际跑车数据对GNSS/SINS/里程计分布式弹性融合方法进行测试验证。试验结果表明,本文方法能有效减少子系统故障对全局状态估计的影响,提升复杂环境下系统的容错性能。此外,与经典的联邦卡尔曼滤波(FKF)算法相比,SGF算法全局融合精度损失有限,计算效率却显著提升,有利于多源信息弹性融合的实际工程应用。

关键词：多源信息弹性融合 GNSS/SINS/里程计融合里程计测速补偿模型次优增益融合分布式滤波

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声光光谱仪的光谱及辐射标定方法

光学学报 2024年第9期44卷 274-283页

作者：成驰赵慧洁郭琦李然北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院北京100191 北京航空航天大学青岛研究院山东青岛266104 北京航空航天大学人工智能研究院北京100191 北京航空航天大学“空天光学-微波一体化精准智能感知”工业和信息化部重点实验室北京100191

基于声光可调谐滤波器(AOTF)的红外光谱仪须在宽温度范围内具备光谱响应稳定性,以保证光谱数据精度。然而,随环境温度变化,声光光谱仪存在光谱漂移和系统辐射响应漂移,造成光谱数据偏差。现有声光光谱仪辐射定标研究虽然考虑了辐射响应... 详细信息

基于声光可调谐滤波器(AOTF)的红外光谱仪须在宽温度范围内具备光谱响应稳定性,以保证光谱数据精度。然而,随环境温度变化,声光光谱仪存在光谱漂移和系统辐射响应漂移,造成光谱数据偏差。现有声光光谱仪辐射定标研究虽然考虑了辐射响应受温度的影响,但并未在辐射定标前修正光谱漂移,导致辐射定标结果不准确。本文提出了一种修正温度影响的光谱及辐射标定方法。首先,建立了引入温度变量的AOTF器件调谐模型,在光谱定标中修正温度造成的光谱漂移,实现了变温辐射定标过程中的波长追踪;然后再求得含温度变量的光谱辐射定标系数,完成辐射定标。依托实验室搭建的中波红外AOTF光谱成像温度修正标定验证系统,在-30~50℃温度区间验证了标定方法的有效性。低温-30℃处的平均驱动频率偏差从41.1 kHz降低至0.29 kHz,修正后光谱辐射量与理论值偏差在低温区间显著降低。

关键词：中波红外光谱仪声光可调谐滤波器温度漂移辐射定标

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基于计算机视觉的工业金属表面缺陷检测综述

自动化学报 2024年第7期50卷 1261-1283页

作者：伍麟郝鸿宇宋友北京航空航天大学软件学院北京100191

针对平面及三维结构金属材料的工业表面缺陷检测,概述了视觉检测技术的基本原理和研究现状,并总结出视觉自动检测系统的关键技术包括光学成像技术、图像预处理技术与缺陷检测器.首先介绍了如何根据检测对象的光学特性选择合适的二维、... 详细信息

针对平面及三维结构金属材料的工业表面缺陷检测,概述了视觉检测技术的基本原理和研究现状,并总结出视觉自动检测系统的关键技术包括光学成像技术、图像预处理技术与缺陷检测器.首先介绍了如何根据检测对象的光学特性选择合适的二维、三维光学成像技术;其次介绍了图像降噪、特征提取、图像分割和拼接等预处理技术的重要作用;然后根据缺陷检测器的实现原理将其分为模板匹配、图像分类、图像语义分割、目标检测和图像异常检测五类,并对其中的经典算法进行了归纳分析.最后,探讨了工业场景下金属表面缺陷检测技术实施中的关键问题,并对该技术的发展趋势进行了展望.

关键词：表面缺陷检测计算机视觉金属表面缺陷自动化检测

基于溴化亚汞晶体的声光可调谐滤波器中声场模型与衍射效率研究

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光学学报 2024年第16期44卷 302-310页

作者：赵慧洁孙竖敬王诗杰郭琦北京航空航天大学人工智能研究院北京100191 北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院北京100191 北京航空航天大学“空天光学-微波一体化精准智能感知”工业和信息化部重点实验室北京100191 北京航空航天大学青岛研究院山东青岛266104

声学各向异性引起的声场强度及相位分布变化对衍射效率的影响不可忽略。提出了一种利用角谱法进行声场建模的方法,然后利用耦合波法计算声场分布下的光学衍射效率,并将其与实验数据进行对比验证,结果证明了该建模方法可作为计算工具,为... 详细信息

声学各向异性引起的声场强度及相位分布变化对衍射效率的影响不可忽略。提出了一种利用角谱法进行声场建模的方法,然后利用耦合波法计算声场分布下的光学衍射效率,并将其与实验数据进行对比验证,结果证明了该建模方法可作为计算工具,为溴化亚汞晶体在中长波谱段声光互作用计算提供声场数据。

关键词：声光可调谐滤波器中长波红外溴化亚汞声场分布

GNSS-I/MR河流边界及水位测量理论与仿真

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北京航空航天大学学报 2024年第6期50卷 1877-1887页

作者：王峰杨鹏瑜杨东凯北京航空航天大学电子信息工程学院北京100191 北京航空航天大学国际创新学院杭州311115

从几何构型和理论模型2个角度探究全球导航卫星系统干涉/多径反射测量(GNSS-I/MR)技术提取河流边界和测量河流水位的可行性。基于河流/河岸介电常数的差异性和河岸相对于河流存在斜度的事实,定义对河流边界敏感的反-直比和实验变化率2... 详细信息

从几何构型和理论模型2个角度探究全球导航卫星系统干涉/多径反射测量(GNSS-I/MR)技术提取河流边界和测量河流水位的可行性。基于河流/河岸介电常数的差异性和河岸相对于河流存在斜度的事实,定义对河流边界敏感的反-直比和实验变化率2个观测量。在希尔伯特变换估计的载噪比包络和相位的基础上,提出基于一元二次方程求解反-直比和线性拟合实验变化率的估计方法,以及3-阈值最大类间方差识别河流/河岸和循环拟合提取河流边界的方法。基于河流表面的实验变化率测量河流水位,通过搭建仿真平台和设计2种河流场景,仿真验证所提方法的有效性。仿真结果表明:在设定参数下,利用介电常数检测场景1和场景2河流边界的均方根误差分别为1.47 m和1.13 m;实验变化率检测场景1和场景2河流边界的均方根误差分别为0.49 m和0.35 m;场景1和场景2的测量高度和真实值的误差分别为0.09 m和0.13 m。

关键词： GNSS-IR 河流边界河流水位希尔伯特变换最大类间方差循环拟合

GNSS线极化天线干涉信号反演土壤湿度算法测试

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北京航空航天大学学报 2024年第3期50卷 874-885页

作者：李杰杨东凯洪学宝王峰北京航空航天大学电子信息工程学院北京100191 北京航空航天大学国际创新学院杭州311115

利用全球导航卫星系统干涉信号(GNSS-IR)测量土壤湿度已成为热门的研究课题。搭载低成本线性极化天线的智能手机可以方便快捷采集干涉信号信噪比(SNR)。分别仿真垂直和水平线性极化天线采集的GNSS干涉信号,给出2种极化方式下干涉信号SN... 详细信息

利用全球导航卫星系统干涉信号(GNSS-IR)测量土壤湿度已成为热门的研究课题。搭载低成本线性极化天线的智能手机可以方便快捷采集干涉信号信噪比(SNR)。分别仿真垂直和水平线性极化天线采集的GNSS干涉信号,给出2种极化方式下干涉信号SNR波形和反射率随卫星高度角变化的结果。对于垂直极化分量,电磁波会在入射角65°~85°左右时发生全透射,导致干涉信号振荡效果消失,而水平极化不存在该现象。同时,分别仿真右旋圆极化(RHCP)直射和左旋圆极化(LHCP)反射天线采集的GNSS信号,并计算直反射信号的幅值比。在仿真基础上分别利用不同极化天线进行实验,结果表明:采用线性极化天线采集的GNSS干涉信号振荡效果几乎不受卫星高度角的限制,可以为土壤湿度反演提供更多的有效数据,并且反演得到的土壤湿度与同位数据具有良好的一致性,两者的相关性达到0.95。使用搭载圆极化天线的双通道接收机采集北斗系统卫星数据进行对比,相关性达到0.91。对于不同的设备,智能手机采集的GNSS数据占用空间相对比于双通道接收机降低1%,且反演结果相关性接近,由于干涉信号提取直反射信号需要一定的振荡周期,故反演结果的时间分辨率要低于双通道接收机。

关键词：全球导航卫星系统干涉信号线性极化信号幅值比土壤湿度圆极化

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时间约束三维超螺旋滑模制导控制一体化方法

宇航学报 2024年第2期45卷 283-294页

作者：李雪王青北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191 北京航空航天大学国际创新学院杭州311115

针对飞行器时间约束制导问题,提出了一种新型三维制导控制一体化方法。为满足大前置角及大期望到达时间下时间约束制导的需要,提出了一种新型滑模面,并证明了滑模运动时前置角的渐近收敛特性。在该滑模面的基础上,基于超螺旋算法和反步... 详细信息

针对飞行器时间约束制导问题,提出了一种新型三维制导控制一体化方法。为满足大前置角及大期望到达时间下时间约束制导的需要,提出了一种新型滑模面,并证明了滑模运动时前置角的渐近收敛特性。在该滑模面的基础上,基于超螺旋算法和反步法,提出了有限时间稳定的制导控制一体化控制律,保证李普希茨有界扰动下的鲁棒,且控制量连续,其有限时间收敛特性通过李雅普诺夫稳定性理论得到证明,其有效性通过数值仿真得到了验证。

关键词：飞行器攻击时间控制制导制导控制一体化超螺旋算法反步法

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基于非监督对比学习的火星地形特征提取方法

北京航空航天大学学报 2024年第6期50卷 1842-1849页

作者：杨博魏翔于贺刘超凡北京航空航天大学宇航学院北京100191

火星表面地形智能识别对火星车自主探测具有重要意义,火星地形图像的特征提取方法目前主要分为传统的浅层视觉特征提取和基于监督学习的深层特征提取2类。找回丢失图像信息、获取大量带标签数据是要解决的关键问题。为此,提出一种基于... 详细信息

火星表面地形智能识别对火星车自主探测具有重要意义,火星地形图像的特征提取方法目前主要分为传统的浅层视觉特征提取和基于监督学习的深层特征提取2类。找回丢失图像信息、获取大量带标签数据是要解决的关键问题。为此,提出一种基于非监督对比学习的火星地形特征识别方法,通过建立图像字典数据集,用“问询”和“编码”2组神经网络分别将单个图像与“字典”数据集中其他图像进行对比,用相似度泛函作为损失函数对网络进行训练,从而实现对火星地形图像的特征识别。所提方法还具有对训练数据集之外的新类型地形图像识别能力,后续识别分类优越性突出。仿真结果表明:所提方法识别准确率为85.4%,对新类型地形图像的识别准确率为84.5%。

关键词：对比学习非监督深度学习火星地形特征提取