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基于加权融合的水下视觉图像增强算法

北京航空航天大学学报 2024年第5期50卷 1438-1445页

作者：奔粤阳汤瑞戴平安李倩哈尔滨工程大学智能科学与工程学院哈尔滨150001

针对水下视觉同步定位与地图构建(SLAM)前端特征提取与特征匹配效果差的问题,提出一种用于水下视觉SLAM前端的基于加权融合的图像增强算法。该算法建立在2个图像的融合处理基础上,第1个图像经过基于自适应伽马校正和动态范围拉伸的水下... 详细信息

针对水下视觉同步定位与地图构建(SLAM)前端特征提取与特征匹配效果差的问题,提出一种用于水下视觉SLAM前端的基于加权融合的图像增强算法。该算法建立在2个图像的融合处理基础上,第1个图像经过基于自适应伽马校正和动态范围拉伸的水下图像亮度增强处理,第2个图像经过基于颜色判断和颜色补偿的灰度世界白平衡处理;通过计算2个图像的显著性权重和饱和性权重,对输入图像进行线性加权融合,得到最终的增强图像。通过水下彩色图像质量评价(UCIQE)和水下图像质量测量(UIQM)方法评估无参考水下增强图像质量,并用南卡罗来纳大学开源数据集测试所提算法的应用效果,结果表明:处理后,水下图像质量高、提取特征点数目多,可以显著提高水下视觉SLAM前端特征提取与特征匹配的效果。

关键词：同步定位与地图构建水下图像增强亮度增强颜色补偿图像融合

基于多星最差故障搜索的RAIM完好性风险估计方法

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航空学报 2024年第2期45卷 247-261页

作者：李瑞杰李亮蒋家昌程力王柳淇哈尔滨工程大学智能科学与工程学院哈尔滨150001

作为接收机自主完好性监测(RAIM)的核心功能,严格的完好性风险估计是保障导航定位可靠性的关键。全球导航卫星系统的互操作使得多星故障概率上升,导致传统基于单星最差故障偏差的完好性风险估计严格性降低。为此,提出顾及多星故障的完... 详细信息

作为接收机自主完好性监测(RAIM)的核心功能,严格的完好性风险估计是保障导航定位可靠性的关键。全球导航卫星系统的互操作使得多星故障概率上升,导致传统基于单星最差故障偏差的完好性风险估计严格性降低。为此,提出顾及多星故障的完好性风险估计方法。多星故障完好性风险的严格估计受限于多星最差故障偏差的精确确定,针对此建立确定多星最差故障偏差的“两步法”,即通过最差故障单位向量的确定以及最差故障幅值的有界搜索,实现导航定位完好性风险的保守估计。采用星座仿真软件模拟卫星故障场景测试完好性风险估计方法的严格性。实验结果表明:与传统单星故障完好性风险估计方法相比,所提方法在多星座组合场景下可显著降低漏检比率。此外,与传统顾及多星座多星故障的高级RAIM相比,所提方法在全球范围内满足99.5%可用性指标的比例至多可提升9.42%。

关键词：接收机自主完好性监测(RAIM) 完好性全球导航卫星系统多星故障可用性

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输入时延与通信时延下AUV集群的牵制控制

北京航空航天大学学报 2024年第5期50卷 1474-1480页

作者：杜雪孙兆栋徐成龙靳泽晟哈尔滨工程大学智能科学与工程学院哈尔滨150000

针对时延问题对集群稳定性的影响,对牵制控制策略进行研究,利用反馈线性化将水下无人潜航器(AUV)模型简化为二阶积分器模型,研究了具有时延的水下无人潜航器集群下的编队控制问题,并将一致性控制与牵制控制相结合。分析了输入时延和通... 详细信息

针对时延问题对集群稳定性的影响,对牵制控制策略进行研究,利用反馈线性化将水下无人潜航器(AUV)模型简化为二阶积分器模型,研究了具有时延的水下无人潜航器集群下的编队控制问题,并将一致性控制与牵制控制相结合。分析了输入时延和通信时延对水下无人潜航器集群系统的影响,应用Nyquist判据控制理论进行证明,得到了集群中被牵制水下无人潜航器和未被牵制水下无人潜航器组成的系统能渐进收敛达到一致性的充分必要条件。通过数值仿真验证了定理的正确性。

关键词：水下无人潜航器集群一致性牵制控制通信时延输入时延

基于非奇异快速终端滑模的多水面船固定时间协同控制

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控制与决策 2024年第8期39卷 2637-2646页

作者：王元慧任哲达邵兴超王心玮哈尔滨工程大学智能科学与工程学院哈尔滨150001

针对多水面船协同控制过程中存在的时变海洋环境干扰、模型参数不确定性、速度测量值未知和输入饱和的问题,提出一种基于非奇异快速终端滑模的固定时间分布式协同控制方案,该方案可保证协同控制系统的全局固定时间稳定性.首先,设计一个... 详细信息

针对多水面船协同控制过程中存在的时变海洋环境干扰、模型参数不确定性、速度测量值未知和输入饱和的问题,提出一种基于非奇异快速终端滑模的固定时间分布式协同控制方案,该方案可保证协同控制系统的全局固定时间稳定性.首先,设计一个固定时间扩张状态观测器,用于估计速度和集总干扰(包括时变海洋环境干扰和模型参数不确定性);其次,设计一种新型的固定时间辅助动态系统处理输入饱和;再次,基于固定时间非奇异快速终端滑模面提出一种分布式抗饱和的滑模控制器,消除系统的奇异性,并且使得收敛时间上界独立于系统的初始状态;最后,为了避免在编队控制律中使用邻船的加速度,设计一种改进的一致鲁棒精确微分器估计邻船的加速度信息.仿真结果验证了所提方案的有效性.

关键词：多水面船系统固定时间扩张状态观测器固定时间非奇异快速终端滑模控制器输入饱和一致鲁棒精确微分器

基于双通道Residual-LSTM的SINS/GNSS组合导航算法

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仪器仪表学报 2024年第4期45卷 325-333页

作者：奔粤阳王奕霏李倩魏廷枭周一帆哈尔滨工程大学智能科学与工程学院哈尔滨150001

针对全球导航卫星系统信号中断情况下SINS/GNSS组合导航系统无法持续进行误差校正的问题,提出一种基于双通道Residual-LSTM的SINS/GNSS组合导航算法。首先,考虑到SINS经度、纬度误差传播特性不同所导致的模型输入、输出信息之间的非线... 详细信息

针对全球导航卫星系统信号中断情况下SINS/GNSS组合导航系统无法持续进行误差校正的问题,提出一种基于双通道Residual-LSTM的SINS/GNSS组合导航算法。首先,考虑到SINS经度、纬度误差传播特性不同所导致的模型输入、输出信息之间的非线性相关性差异化,构建具有不同权重系数的双通道长短期记忆神经网络模型结构,并引入遗忘信息共享机制自适应地利用历史导航数据对经度、纬度信息进行拟合预测。其次,针对深层神经网络存在的模型退化和梯度消失问题,在多层双通道LSTM网络之间建立残差高速通道形成Residual-LSTM模型结构,以增加不同网络层次之间的信息传播路径。最后,通过实船数据验证本文所提算法的有效性。实验结果表明,与基于常规智能方法的SINS/GNSS组合导航算法相比,所提组合导航算法在GNSS信号中断期间经度误差降低了51.97%,纬度误差降低了31.45%。

关键词： SINS/GNSS组合导航 GNSS中断双通道结构残差长短期记忆神经网络深度神经网络

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BMFLC幅相补偿的舰船升沉测量方法

中国惯性技术学报 2024年第6期32卷 531-536,546页

作者：奔粤阳方时铮龚胜李倩哈尔滨工程大学智能科学与工程学院哈尔滨150001

在利用捷联式惯性导航系统进行升沉测量的过程中,引入数字高通滤波器可以很好地解决高度积分发散的问题,但随之会带来由高通滤波器固有特性导致的幅值衰减和相位超前。基于此,定量地分析了高通滤波器引起的幅相误差,提出一种基于带限傅... 详细信息

在利用捷联式惯性导航系统进行升沉测量的过程中,引入数字高通滤波器可以很好地解决高度积分发散的问题,但随之会带来由高通滤波器固有特性导致的幅值衰减和相位超前。基于此,定量地分析了高通滤波器引起的幅相误差,提出一种基于带限傅里叶线性组合(BMFLC)幅相补偿的升沉测量方法,并在BMFLC中引入遗忘卡尔曼滤波权值更新策略。在提高BMFLC拟合精度的基础上,进一步提高对数字高通滤波器输出信息的幅相误差补偿精度。最后利用六自由度运动平台和舰船实验验证所提方法,实验结果表明:所提方法测得的升沉位移均方根误差约为8.1 mm,具有较高的适用性和稳定性。

关键词：升沉测量带限傅里叶线性组合数字高通滤波器

基于大脑海马认知机理的主从式AUV协同定位方法

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中国惯性技术学报 2024年第1期32卷 27-33页

作者：李倩聂简黄鸿殿孔庆宇奔粤阳哈尔滨工程大学智能科学与工程学院哈尔滨150001

针对AUV协同定位系统中水声测距信息存在大量野值的问题,提出一种基于哺乳动物大脑海马体空间细胞认知机理启发的主从式AUV协同定位方法。首先,利用二维连续吸引子网络模型对网格细胞进行建模,并基于从艇速度与航向信息实现路径积分;其... 详细信息

针对AUV协同定位系统中水声测距信息存在大量野值的问题,提出一种基于哺乳动物大脑海马体空间细胞认知机理启发的主从式AUV协同定位方法。首先,利用二维连续吸引子网络模型对网格细胞进行建模,并基于从艇速度与航向信息实现路径积分;其次,引入竞争性Hebb网络对多个网格细胞板自组织编码,从而基于多尺度网格细胞板加权生成具有单个放电活动包的位置细胞板;最后,将主从艇之间的水声测距量测信息转化为位置细胞放电活动,并利用其对位置细胞放电进行更新,从而校正从艇路径积分累积误差。由于位置细胞能够通过多次放电更新逐渐逼近真实位置,从而可以有效降低单一量测野值对于系统定位精度的影响。仿真实验结果表明,在水声测距量测噪声含有大量野值点而不满足高斯分布的情况下,所提出的类脑协同定位算法对量测噪声野值具有更高的鲁棒性,与有阈值判断的扩展卡尔曼滤波(EKF)协同定位算法相比定位精度提高28%。

关键词：自主水下航行器协同定位大脑海马体位置细胞网格细胞

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冲击下铁的各向异性对晶界附近相变的影响

物理学报 2024年第3期73卷 217-224页

作者：张学阳胡望宇戴雄英湖南工程学院计算科学与电子学院湘潭411104 湖南大学材料科学与工程学院长沙410082

由于铁在国防和工业领域扮演着重要的角色,因此研究其动态高压下的行为有着重要的意义.本文拟采用大规模非平衡分子动力学方法研究冲击加载下铁的各向异性在双晶铁中对相变的影响,通过追踪模型的局域结构、剪切应力分布和冲击后的形貌特... 详细信息

由于铁在国防和工业领域扮演着重要的角色,因此研究其动态高压下的行为有着重要的意义.本文拟采用大规模非平衡分子动力学方法研究冲击加载下铁的各向异性在双晶铁中对相变的影响,通过追踪模型的局域结构、剪切应力分布和冲击后的形貌特点,分析影响晶界两侧冲击响应的因素.研究表明,沿非中心对称晶向冲击可造成对称晶界两侧的相变阈值、相变路径和相变模式出现较大的差异,考虑到该类型晶界两侧微观结构的对称性,这种不对称的冲击响应与人们的惯性认知存在着偏差.本文揭示了晶格的各向异性对冲击加载下晶界两侧的相变有重要的影响,可以为多晶金属和合金的冲击实验提供一定的理论支持.

关键词：非平衡分子动力学相变晶界

高压下快凝Pd_(82)Si_(18)非晶合金中二十面体结构分析

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物理学报 2024年第2期73卷 216-224页

作者：陈贝邓永和祁青华高明文大东王小云彭平吉首大学物理与机电工程学院吉首416000 湖南工程学院计算科学与电子学院湘潭411104 湖南大学材料科学与工程学院长沙410082

采用分子动力学方法对6种不同压强下Pd_(82)Si_(18)高温熔体快速凝固形成非晶固体的过程进行模拟,并采用团簇类型指数法和逆向追踪法对其进行微结构特征和遗传演化分析.研究结果表明:加压能够提高体系的玻璃转变温度,在高压条件下,凝固... 详细信息

采用分子动力学方法对6种不同压强下Pd_(82)Si_(18)高温熔体快速凝固形成非晶固体的过程进行模拟,并采用团簇类型指数法和逆向追踪法对其进行微结构特征和遗传演化分析.研究结果表明:加压能够提高体系的玻璃转变温度,在高压条件下,凝固形成的结构中存在大量的二十面体,中心原子为Pd的二十面体与中心原子为Si的二十面体更易形成嵌套共享联结中程序.遗传分析结果表明加压有利于提高团簇的遗传起始温度和遗传分数,以Si原子为中心的团簇比以Pd为中心的团簇具有更强的遗传能力,对玻璃形成能力的影响更大.

关键词：分子动力学高压遗传二十面体

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