With the full completion and opening of China's BeiDou-3 navigation satellite system(BDS-3),the BeiDou navigation satellite system has entered a new stage of development.The all-around,multi-level and high-precision application based on BDS-3 has become a basic task in geo-logical research.10 MGEX tracking stations evenly distributed around the world are used to com-prehensively evaluate the global availability of BDS-3 in terms of the number of satellites in 24 h,position dilution of precision(PDOP),satellite data solution completeness rate and dual-frequency uncombined precise point positioning(PPP)static/dynamic positioning solution.The results show that the satellite tracking capability of the station is strongly correlated with the type of equipped receiver and the regional location,the single BDS-3 satellite has strong continuous positioning ca-pability worldwide,and the data solution completion rate can reach 100％when using the SEPT POLARX5 and JAVAD TRE_3 receiver.The horizontal and vertical direction positioning accuracy are better than 2 cm and 3 cm,respectively.Besides,under the condition of combining BDS-2 and BDS-3 positioning,the static positioning accuracy is further improved by 37.6％,25.3％and 38.9％in the east,north and elevation directions.
由多个航天器组成的编队系统对复杂的环境往往具有较高的适应性和容错性,能更高效率地完成单航天器难以完成的任务.因此主要针对多航天器系统的姿态协同控制问题,提出一种基于旋转矩阵的预设时间控制算法.首先,为了避免航天器姿态建模的奇异性和模糊性问题,采用旋转矩阵对航天器的姿态进行统一描述,同时结合有向的通信拓扑对航天器姿态协同控制系统进行建模.其次,为赋予系统可控的收敛速度,提出一种基于滑模的预设时间控制算法.该算法的引入使得航天器编队系统的收敛时间可以在合理的范围内任意给定.此外,为了实现系统对参数摄动和外部干扰的鲁棒性,采用神经网络和自适应算法对不确定性进行在线估计与补偿.最后,通过理论分析和数值仿真验证了所提预设时间控制算法的有效性.
双频多星座(DFMC)服务已成为星基增强系统(SBAS)未来能力提升的重要方向之一,相关国际标准也将在2023年11月正式发布.北斗星基增强系统(BDSBAS)是全球范围内唯一持续播发DFMC增强服务测试信号的星基增强系统.在详细介绍SBAS DFMC服务可用性和保护级计算方法的基础上,利用实测的BDSBAS B2a增强电文对BDSBAS DFMC增强服务的一类垂向引导进近(APV-I)/垂向导航信标性能(LPV)和决断高度200英尺垂向导航信标性能(LPV-200)等级的服务覆盖率进行了初步评估.评估结果表明,当前BDSBAS DFMC增强服务能够实现对中国及周边广大区域的服务覆盖,且双系统(BeiDou navigation satellite system和global positioning system,BDS+GPS)增强服务的APV-I和LPV-200等级99％可用性覆盖率比单系统(BDS)增强服务的覆盖率分别提升16％和32％.
相比于传统的长基线和超短基线等导航方式,水下单信标导航具有布放简单的优点,但其导航精度有待进一步提高.为此,提出了单信标导航的航路规划方案,通过泰勒级数展开推导了水平位置精度因子的表达式,并分析了导航点和声信标的相对几何位置关系对导航精度的影响,最终提出了航路规划方案.在此基础上,还提出了 自主水下航行器(autonomous underwater vehi-cle,AUV)从其他位置接近最优航路的方法,包括两部分:一是建立以时延为观测量的滤波模型,利用滤波算法实时获取AUV的位置估计值;二是基于可观测度分析结果对最优航路接近过程的轨迹进行了设计.二者的结合使得AUV高效率且高精度地逼近最优航路.仿真证明了采用所提出的航路规划方案和最优航路接近方法可以提高导航精度,航路规划方案使得AUV位置估计的均方根误差近似为2 m.
在双偏振干涉式光纤陀螺的发展过程中,光纤环上的应力、扭转等会造成正交偏振态之间的交叉耦合,降低陀螺系统的稳定性.提出了一种基于双偏振干涉式光纤陀螺的六态方波调制技术并进行了理论推导.该技术与传统的方波和四态方波调制相比,降低了偏振交叉耦合误差,提高了信噪比,大大增加了信号解算精度.通过实验对比测试了干涉式光纤陀螺在不同调制技术下的偏置稳定性.实验结果表明六态方波调制技术的偏置稳定性达到了 9.85×10-4(°)/h,验证了六态方波提高信号解算精度的效果.
多 目标跟踪算法是实现无人机自主导航的关键技术,为解决现有方法存在的小目标检测能力弱、计算能耗大、鲁棒性差等问题,提出一种基于注意力机制和特征匹配的多 目标空对地跟踪算法,以实现航拍视角下对目标的精准高效跟踪.首先,引入通道可分离卷积,实现目标检测模型的轻量化;其次,构造融合空间注意力机制的小目标检测分支,提高对小微目标的检测精度,最后,优化目标跟踪算法的外观重识别网络,提高多 目标跟踪效率.使用Visdrone2019-MOT数据集对所提算法进行验证,实验结果表明,所提算法的MOTA值提高了 0.6％,FPS值为21.31帧/s,在模型大小和跟踪精度上实现了较好的平衡.
模糊度固定(ambiguity resolution,AR)能在一定程度上加快精密单点定位收敛并提高定位精度.但是模糊度固定率和计算效率会随模糊度数量的增加而降低,因此部分模糊度固定(partial ambiguity resolution,PAR)备受关注.PAR技术的关键在于模糊度子集选取,提出了一种改进的模糊度子集选取法,将高度角、信噪比以及模糊度方差联合作为模糊度子集选取的指标.实验结果表明:静态模式下,相比于全模糊度固定(full ambiguity resolution,FAR)和基于高度角的PAR方法,该方法的固定率分别提升9.65％和2.56％,首次固定时间分别缩短6.86％和3.43％,收敛时间分别缩短15.57％和5.13％,当三种方法固定率大致相同时,定位精度分别提升4.74％和5.39％;动态模式下,该方法的固定率分别提升22.75％和0.92％,首次固定时间分别缩短12.44％和0.44％,当三种方法固定率大致相同时,定位精度分别提升3.50％和4.89％.总体而言,无论是在静态还是动态模式下,该方法相比于FAR和基于高度角的PAR方法,性能均有所提升.
相较于传统线圈,原子磁强计作为低频电磁波通信信号磁传感接收器具有体积小、灵敏度高的优势.基于射频-光双共振原理实现原子的宏观极化和相干进动,并通过探测磁矩横向分量来获得待测磁场信息,最终实现一台灵敏度500 fT/Hz1/2@1～5 Hz,响应带宽3.5 kHz的原子磁强计.并利用该原子磁强计作为磁传感器对频率200 Hz、磁场分量幅度10 nT的电磁波开展了通过探测磁场分量接收通信信号的实验,实现码率200/s的电磁波通信信号的接收,验证了该磁强计作为接收机接收低频电磁波通信信号的能力.
定位导航与授时(positioning,navigation and timing,PNT)体系是支撑人类社会发展的基础设施.当前以卫星为核心的天基PNT应用广泛,但在卫星拒止环境下面临严峻挑战.通过总结天基PNT在国民经济发展与国防建设中的重大作用,分析天基PNT的脆弱性与依赖风险,明确了对不依赖卫星的PNT体系的迫切需求.提出了不依赖卫星的PNT体系概念与特征,即以"惯导+时钟"为核心增强基础PNT能力,利用外源传感器多源融合提高精度保持能力,在卫星拒止条件下为用户提供可承载的高性能PNT服务.基于现有技术基础重点发展微小型、高精度、低成本惯导技术,微时钟技术以及智能融合技术是有效途径,能够实现不依赖卫星的PNT覆盖性、精确性与可承载性的全面提升.
随着海上作业任务的 日渐复杂以及水面无人艇控制理论的发展,单水面无人艇航行控制能力的局限性逐渐显现,集群编队控制技术得到了广泛关注.针对水面无人艇集群编队控制技术,分析了当前国内外应用情况与技术研究现状,重点从典型编队队形适用性、编队控制系统结构形式、编队协同控制方法、编队控制通信技术及异构条件下协同控制技术等方面分析了水面无人艇集群编队控制技术的研究进展.最后,进行了总结和展望,以期为水面无人艇集群编队控制技术的研究提供有益的参考.
水下多 目标跟踪是水声信号处理领域研究的热点和难点问题.高斯混合概率假设密度(Gaussian mixture probability hypothesis density,GM-PHD)滤波器以其高效的计算效率为解决水下多 目标跟踪问题提供了保证.然而,GM-PHD滤波器在跟踪目标时需要先验已知新生目标的强度,否则其性能会出现严重退化.针对该问题,提出一种滑动窗两步初始化高斯混合概率假设密度(sliding window two step initialization GM-PHD,SWTSI-GMPHD)滤波器.将提出的滑动窗两步初始化方法嵌入GM-PHD滤波器,利用滑动窗两步初始化方法估计新生目标强度,减少杂波干扰导致跟踪结果中出现的虚假目标.仿真实验表明,在杂波密集环境下,相较于其他跟踪方法,提出方法将跟踪精度提高69.84％,52.62％和41.05％.
在高斯白噪声下,使用交互式多模型算法融合主动站和被动站量测信息,在各类机动状态模型切换,完成对机动目标的定位跟踪.根据主动站到达目标然后到达被动站的距离和以及目标到达主被动站的方位角和俯仰角信息建立量测模型;在交互式多模型算法的基础上,在常规直线机动模型基础上引入Singer模型,模拟目标机动运动;以几何关系求解得到的目标位置作为 目标初始解,相较于其他初始模型,算法具有更好的收敛性.仿真实验表明,在主被动站间距几十千米,目标与主被动站间距几百千米,到达角误差2°左右,到达时间误差20 m左右的情况下,使用交互式多模型算法跟踪目标,收敛误差在百米级别.
针对非合作慢旋卫星的模型重建问题,提出基于飞行时间(time-of-flight,TOF)相机和同时定位与制图(simultaneous localization and mapping,SLAM)的稠密重建方法.基于预先检测与 自适应阈值方法提高旋转提取与描述(oriented fast and rotated brief,ORB)的特征尺度适应性.利用运动度量方法选取关键帧.利用子模型拼接方法加快重建效率.利用仿真环境制作非合作慢旋卫星的数据集.仿真实验结果表明:该方法能够实现长时间稳定地工作,可在3 min内重建出卫星模型的稠密点云,点云密度大于5 000,重建误差小于5 cm.利用机械臂、卫星模型及光学暗室搭建半物理实验系统,表明算法的精度及抗噪声能力基本满足非合作目标感知的任务的需求.
时间应用的广泛性以及授时战的提出,使国家更加重视授时服务体系的完备性以及灵活性.为顺应授时战要求,从我国整体授时体系出发,简单介绍授时系统的工作原理,从多方面对比各类授时系统;主要分析了我国陆基无线电授时系统的发播程序以及信号格式等,对BPM短波呼号以及时码结构进行补充与修正,并讲解对陆基无线电授时信号的解算过程,利用实际试验验证解算方法的可行性;最后根据我国 目前授时体系的现状以及授时战的要求,给出应对授时战的技术路线,对未来我国授时体系发展方向提出建议.
采煤机是井下综采工作面的重要设备,采煤机精确定位技术是煤矿生产装备自动化的关键技术之一.为了实现高精度定位满足井下综采自动化作业需求,提出了基于惯性导航/无线传感器网络组合的采煤机定位方法.采用锚节点安置于液压支架上,移动节点与惯导固定安装于采煤机上的配置方案,利用位置已知的锚节点测距信息估计和修正惯导误差,同时实施对安置于推进过程中的液压支架上锚节点(未知节点)位置信息的实时校准,从而达到采煤机高精度定位、无线传感器网络节点动态自动调节的目的.通过试验对所提方法的有效性进行了验证,结果表明,所采用方法对采煤机轨迹具有良好跟踪性能,水平定位误差不超过1.57 cm/h.
在传统Kalman滤波中,卡方检测方法简单地将量测划分为正常和异常两种,针对其不足之处,改进并提出了一种新的软卡方检测方法.新方法根据卡方检测结果构造连续变化的量测,利用权重系数,充分挖掘处于正常值与异常值之间的可疑量测新息,同时还将该方法推广成多维量测的多分量卡方检测形式,建立了全面完整的软卡方检测Kalman滤波量测更新方程.最后,通过惯导/卫导组合导航仿真,验证了软卡方检测Kalman滤波的优势:无需任何参数调整且具有比Sage-Husa自适应滤波更小的统计误差波动.
智能铁路装备是一个典型的分布式物联系统,具有大量复杂的数据交互共享的需求与场景,装备及其产生的数据信令在系统中的数字身份标识是其重要安全基础.应用基于区块链去中心化的分布式数字身份标识技术,结合北斗时空信息,设计了铁路装备身份标识(rail way decen-tralized identifier,RDID)可信数字身份服务,包括服务架构、生成流程、流转流程和验证流程,并进行了应用模型实现与效能分析.服务可以有效提升装备及其产生的数据信令的规范安全性,保证标识身份全局唯一,可追溯认证,从而提高智能装备系统通信过程数据的完整性与可靠性.
面向基于全球导航卫星系统的铁路列车定位实施欺骗干扰的主动检测,在卫星定位解算层次,运用深度学习建模学习方法的优势,提出一种基于变分贝叶斯高斯混合模型-深度卷积神经网络(variational Bayesian Gaussian mixture model-deep convolutional neural network,VB-GMM-DCNN)的列车卫星定位欺骗干扰检测方法.该方法首先提取能够充分体现欺骗干扰对定位解算过程作用影响的卫星观测特征参数,构建干扰检测特征矢量;然后,采用VBGMM模型拟合经过预处理的特征向量的概率分布,得到二维概率密度图;最后,将概率密度图用于DCNN模型实施欺骗干扰的检测决策.结合现场实验所得运行场景数据,利用实验室搭建的欺骗干扰测试环境实施了干扰注入测试与检验,结果表明,欺骗干扰检测性能随着DCNN网络深度的增加而提升,相对于常规有监督决策方法F1值最高提升44.68％.基于VBGMM-DCNN的欺骗干扰检测能够适应测试验证中运用的列车运行特征及定位观测条件,所达到的检测性能优于对比算法.
In order to meet the needs of precise and reliable remote time transfer， a real-time precise common-view time transfer method based on BDS-3（BeiDou Navigation Satellite System） PPP-B2b orbit is proposed. The method utilizes the precise orbit corrections provided by BDS-3 PPP service to estimate the relative clock difference of the remote receiver according to the real-time carrier phase single difference technology， and achieve the high-precision time transfer. Based on the multi-day BDS-3 observation data of six tracking stations in China and surrounding areas， the performance of the time transfer method is verified. The test results show that the standard deviation of the zero-baseline time transfer result is better than 0.03 ns. Compared with the PPP time transfer， the standard deviation of difference between the long baseline time transfer results is better than 0.3 ns， and the day-boundary continuity of the time transfer is better. The real-time precise common-view time transfer method based on BDS-3 PPP-B2b orbit does not rely on precise satellite clock， and can reach sub-nanosecond accuracy. It has the advantages of easy implementation and well continuity. The test results can provide some reference for BDS precise time service.
惯性技术广泛应用于海、陆、空、天各种载体的导航、定位与控制.通过对2022年的IEEE惯性传感器与系统会议、DGON惯性传感器系统会议、MEMS国际会议和圣彼得堡组合导航会议等惯性技术相关会议文献以及惯性技术领域相关机构披露的动态信息进行的详细梳理,总结了光学陀螺、微机电(MEMS)陀螺、半球谐振陀螺(HRG)、加速度计以及新兴的量子惯性传感器等惯性仪表及惯性导航系统(INS)的发展现状,并对惯性技术领域的发展趋势进行了分析与展望.当前,惯性技术领域相关研究主要侧重于小型化、提高精度和降低成本等方面.其中,光学陀螺较为成熟,更为侧重于小型化相关研究;微机电陀螺正在致力于向导航级性能突破和发展;半球谐振陀螺主要着力于探索降低高端产品的制造成本.
