卫星导航定位连续运行参考站(continuously operating reference stations,CORS)系统作为GNSS与网络通信技术结合发展出的新兴导航定位CORS系统，具有快速高效、高精度、网络化等优点，不仅可以测量地表位置及运动，还可以借助GNSS信号的折射与反射特征监测地表环境参数变化情况.本文提出一种将CORS站用于“积雪深度、土壤湿度、大气水汽、地表形变”的地表环境多参数综合监测体系，用以拓展CORS站在生态环境中的广泛应用.以齐齐哈尔市CORS站BFQE为实验案例，首先获取实验时段中CORS站接收的GNSS观测数据(含信噪比(signal to noise ratio,SNR)数据)、星历数据及气象数据对其进行预处理；其次对重采样的SNR数据采用非线性最小二乘及Lomb-Scargle谱分析方法解译特定时间段的浅层土壤湿度及地表积雪深度；然后通过联测远距离国际地球动力学服务机构站(International GPS Service for Geodynamics,IGS)采用相对定位技术获取测站的地表形变序列与大气水汽序列；最后，结合上述多种地表环境参数...

针对冻土区管道易受融沉、冻胀等地质灾害的影响而发生管道位移、形变的问题,开发了一种高精度的惯性导航系统对管道实施内检测,从而获得检测器的位置、姿态信息,并在此基础上,提出了管道弯曲应变及位移的计算方法。在计算位移时,针对管道计算轨迹发散的问题,提出了使用外部特征点修正误差的方法;在计算管道位移或弯曲应变的变化量时,针对重复检测中存在里程差的问题,提出了将固定长度管道数据对齐后再做对比的方法。通过现场实际应用验证了该系统及方法的可行性及检测精度,为管道事故的预防和合理维护提供了科学依据,对保证冻土区长输油气管道的安全运行具有现实意义。

针对月球探测器定点着陆任务的需要,研究了基于三维地形匹配的导航方法。对三维地形匹配问题,将高程方差图局部极值点作为三维地形特征,在构建地形特征之间的相对位置与角度不变量的基础上,提出了基于投票的三维地形匹配策略。针对测量噪声统计特性的不确定性,将Sage-Husa噪声估计算子与迭代卡尔曼滤波相结合,通过对测量噪声进行在线估计有效避免滤波精度下降甚至滤波发散的出现。数字仿真结果表明所研究的导航方法能够有效地实现探测器相对位置和姿态的精确估计。

(北京工业大学电子信息与控制工程学院,北京100124)摘要:针对月面环境弱地磁、高粉尘、慢自旋、无卫星及月球车超低速,大多传统导航方法失效的问题,设计了以航位推算确定位移、太阳罗盘确定航向角的月球车DR/CNS组合导航方案;分别从航位推算的系统误差和非系统误差来源研究,并建立了里程计误差模型;在充分考虑到月面环境特殊性的基础上,自主研制了太阳罗盘;实验证明了该组合导航方案的可行性和有效性。

针对惯性测量单元(IMU)存在误差积累的特点,提出了利用探测器上的光学敏感器,通过对预先选定的特征点的测量得出探测器的相对位置,根据这些光学导航信息再结合惯性导航输出轨迹,通过多模自适应滤波完成对IMU导航的修正。对整个导航系统的可观性进行了分析,并通过数值仿真验证了所提出的自主导航方法的可行性。

随着我国月球探测工程的开展,为弥补地面测控的局限性,月球卫星的自主导航技术已成为一项亟待解决的关键技术。本文提出了一种基于天文和陆标观测的月球卫星自主导航新方法,该方法利用星上姿态敏感器和有效载荷相机获得天体观测信息和陆标观测信息,通过非线性Unscented滤波方法进行信息融合,实现了二者的优势互补,在提高精度的同时也提高了可靠性。同时针对传统导航姿态估计方法中欧拉角存在奇点,四元数及其误差滤波更新后不能同时满足约束条件的问题,采用了先进的四元数-广义Rodrigues参数姿态估计方法,该方法用四元数描述姿态,用广义Rodrigues参数描述姿态误差,自适应跟踪误差变化,尤其适用于初始姿态误差大且误差特性不确定的姿态估计问题。仿真结果表明该方法可提供包括位置、速度和姿态在内的全部导航参数,且具有较高的估计精度,是一种非常适于月球卫星的高精度自主导航方法。

针对月球车自主导航系统的特殊要求,设计了一种月球车长距离自主导航方法。该方法首先依据惯性导航和天文学的基本原理建立月球环境下惯性导航系统的姿态、速度和位置误差方程,然后针对捷联惯性系统平台失准角较大的问题,引入里程计测量的速度信息与球面天文三角公式,共同构建量测方程,由于建立的系统状态方程和量测方程均为线性方程,所以采用卡尔曼滤波实现月球车位姿信息的最优估计。最后,对这一导航方法进行了仿真研究,仿真结果表明,该方法具有更高的位置和姿态估计精度,同时可有效提高系统的稳定性和可靠性,是解决月球车自主导航问题的一种有效而实用的自主导航方法。

研究了绕月卫星自主导航方法,提出了由星敏感器、紫外月球敏感器和测高仪组成的多源信息组合导航方案。将Unscented Kalman滤波(UKF)应用于非线性导航系统,采用信息融合技术设计了相关的联邦滤波算法,实现了系统的信息互补,完成了卫星轨道的最优估计。利用数学仿真对这种导航系统的有效性进行了验证,并与基于扩展Kal man滤波(EKF)的信息融合算法进行了比较。仿真结果表明,所提出的UKF融合算法具有良好的稳定性,可进一步提高导航系统的精度。

月球车全息摄像机转向杆装置是一个可伸展开的结构。它支撑着一装有数个摄像机的较高的平台[1]。转向杆装置由几个机构组成,这些机构可转动摄像机使其指向任意方向。就是关于全息摄像机转向杆驱动器的设计与分析。其中包括:驱动器的结构设计,力学分析,电动机和减速器的选择。

为了满足月面巡视探测器的自主导航要求。提出一种新的基于先验知识的特征点提取算法。首先,根据先验知识对原始图像进行预分割成危险区域和安全区域,然后在危险区域里面进行特征点的选取工作,对特征点用于以后的匹配和目标定位,进而用于视觉系统的导航工作。与传统算法相比,提取方法可以有效减少计算量,使选取特征点更加准确,提高后续匹配阶段的处理速度和匹配精度。在模拟试验场的双目视觉照片中,通过实验取得较好的效果。