基于内嵌微小型惯性测量单元的浮标定位方法研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61374206
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    81.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0303.系统建模理论与仿真技术
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2013
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2014-01-01 至2017-12-31

项目摘要

Making use of the one-off buoys to compensate the navigation and positioning error of the underwater inertial navigation system is an effective way to solve the contradictions between the long-term and concealment of the submersible underwater vehicle. However, the movement of the buoy relative to the sea is generally determined through its underwater motion equation without power, which can lead to large errors in the complex sea areas. Moreover, the attitude of the buyo on the surface of the sea can't be determined through the traditional method.To this end, the project have sought to build the MEMS based micro IMU, embedding which into the buoy to record the accleration and angle rate inforamtion of the vehicle. Performancing the forword and backword navigation algorithm on the accleration and angle rate inforamtion to determine the buoy's trajectory which can be used to compensate the errors between the buoy in the sea surface and the underwater vehicle. The dynamic model of the buoy under the surface has also been studied, which can be used as the integrated information for the MIMU copuattion. Meanwhile, some dynamic filtering algorithms with high precision and robustness have been developped to determined the position and attitude of the buoy. The methodology proposed in this project can reduce the relative error of the actual location of the buoy location and the submersible caused by the ocean currents, the motion state of of submersible vehicle and other factors, thus improve the accuracy of the vehicle's position. Moreover, the methodology can provide a more accurate position reference for correction and readjustment of the underwater vehicle, with a significant military benefits.
利用内嵌卫星接收模块的抛弃式浮标在海面接收卫星信号获取浮标位置信息对潜器惯导累积误差进行修正是解决潜器水下航行长期性与隐蔽性矛盾的有效方法。然而目前应用的抛弃式浮标自潜器发射出至运动到水面完成卫星定位过程位置误差一般通过其水下无动力运动方程来确定,这在复杂海域条件下存在较大误差。为此,本课题提出在现有浮标腔体内加装低成本的微惯性测量单元(MIMU)的方案,对浮标水下短时定位技术展开研究。首先根据浮标运动位置误差信息不需要实时处理的特点,提出了基于逆向导航解算技术的水下短时定位方法;其次研究了结合海流数据库的浮标水下运动无动力数学模型,并将其与MIMU解算信息进行融合以进一步提高浮标的定位解算精度;同时针对所研究的内容设计相应的精度高、鲁棒性强的动态滤波算法。该方法能够减小因洋流、水下运载体和浮标运动等因素引起的相对误差,提高浮标的位置解算精度。从而为潜器惯导系统校正提供更为精确的修正信息。

结项摘要

由于潜艇抛弃式浮标在海况较为恶劣的情况下存在较大定位误差,从而影响对潜艇位置的修正精度。针对该问题,本项目利用微小型惯性测量单元(MIMU)体积小,价格低,短时定位精度适中的特点,提出了在浮标腔体内加装MIMU的方案,深入研究与项目特点紧密结合的正逆向导航解算、快速初始对准、直接式组合导航标定等,力图从算法角度,在不显著增加系统成本前提下,达到提高浮标定位精度的目标。.(1)根据本课题实际应用中对浮标内MIMU测量信息解算处理的实时性要求不是很高的特点,将MIMU的采样数据当作一组时间序列看待,提出了逆向导航的浮标定位方法,通过利用浮标在水面上较为精确的导航信息,使得相应的逆向导航过程有更精确的初始值,进而提高其解算精度。.(2)研究了适用于低精度惯导系统的快速惯性系初始对准方法。本项目借鉴现有惯性系初始对准坐标系分解的思想,提出了一种基于姿态估计的惯性系初始对准方法,在进行姿态确定的同时实现了陀螺常值漂移的估计补偿。同时结合基于矢量观测的观测方程的特点推导了一种基于四元数的伪观测线性方程,从而可以直接应用线性卡尔曼滤波进行状态估计,降低了算法计算量。.(3)为了对浮标内嵌MIMU中加速度计常值零偏进行建模估计补偿,利用海面上接收到的卫星信息和MIMU进行组合导航。针对浮标在海面上受较大风浪干扰的实际应用特点,提出了基于惯导基本方程的直接式组合导航方法,该方法能够有效处理外界干扰及MIMU自身较大器件误差所引起的非线性和鲁棒问题。为了进一步抑制海平面风浪干扰带来的量测信息不确定性,在无味卡尔曼滤波框架内引入了基于Huber方法的鲁棒算法,进一步提高了滤波精度。.(4)针对研究方案中所涉及的基于姿态估计的惯性系初始对准方法以及基于惯导基本方程的直接式组合导航方法,研究了相应的非线性滤波算法。对其在姿态估计问题中所涉及的一系列问题,如四元数规范性约束以及抗野值干扰的鲁棒性处理,展开改进研究,提出适用于本项目研究内容实际特点的改进算法。

项目成果

期刊论文数量(29)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
In-Motion Initial Alignment for Odometer-Aided Strapdown Inertial Navigation System Based on Attitude Estimation
基于姿态估计的里程表辅助捷联惯性导航系统运动初始对准
  • DOI:
    10.1109/jsen.2016.2633428
  • 发表时间:
    2017-02-01
  • 期刊:
    IEEE SENSORS JOURNAL
  • 影响因子:
    4.3
  • 作者:
    Chang, Lubin;He, Hongyang;Qin, Fangjun
  • 通讯作者:
    Qin, Fangjun
捷联惯性组合导航系统联合自适应滤波器设计
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    计算机与数字工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    董文庆;高敬东
  • 通讯作者:
    高敬东
Iterated Multiplicative Extended Kalman Filter for Attitude Estimation Using Vector Observations
使用矢量观测进行姿态估计的迭代乘法扩展卡尔曼滤波器
  • DOI:
    10.1109/taes.2016.150237
  • 发表时间:
    2016-08-01
  • 期刊:
    IEEE TRANSACTIONS ON AEROSPACE AND ELECTRONIC SYSTEMS
  • 影响因子:
    4.4
  • 作者:
    Chang, Lubin;Hu, Baiqing;Li, Kailong
  • 通讯作者:
    Li, Kailong
Huber's M-Estimation-Based Process Uncertainty Robust Filter for Integrated INS/GPS
Huber 用于集成 INS/GPS 的基于 M 估计的过程不确定性鲁棒滤波器
  • DOI:
    10.1109/jsen.2014.2384492
  • 发表时间:
    2015-06-01
  • 期刊:
    IEEE SENSORS JOURNAL
  • 影响因子:
    4.3
  • 作者:
    Chang, Lubin;Li, Kailong;Hu, Baiqing
  • 通讯作者:
    Hu, Baiqing
基于极大似然估计的鲁棒信息滤波算法研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    舰船电子工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    薛博阳;胡柏青;常路宾;高敬东
  • 通讯作者:
    高敬东

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其他文献

基于小波变换域的实时估计噪声特性算法研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    计算机与数字工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李昂;李安;胡柏青;罗银波;覃方君
  • 通讯作者:
    覃方君
一种基于水平精对准的阻尼网络设计
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    计算机仿真
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李开龙;高敬东;胡柏青;覃方君
  • 通讯作者:
    覃方君
一种新的混合迭代UKF
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    武汉大学学报(信息科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    常国宾;许江宁;胡柏青;纪兵
  • 通讯作者:
    纪兵
基于改进四元数阻尼误差模型的SINS初始对准算法
  • DOI:
    10.12305/j.issn.1001-506x.2021.11.34
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    系统工程与电子技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    赵仁杰;李开龙;胡柏青;田佳玉
  • 通讯作者:
    田佳玉
基于时间序列建模的组合导航系统故障诊断
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    哈尔滨工程大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    韩斌子;胡柏青
  • 通讯作者:
    胡柏青

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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