固定单站无源定位可观测性及仿真分析

针对强非线性系统固定单站无源定位可观测性分析困难的问题,提出基于线性系统可观测理论的分析方法并进行了仿真验证。首先以目标角度、角速度和多普勒频率变化率为观测量,通过对观测方程的伪线性化处理,避免求解复杂的雅克比矩阵,而后对匀速、匀加速直线运动和匀转弯运动进行可观测分析,得出可观测条件,为进一步研究提供了理论前提。最后通过仿真实例检验了可观测性理论分析的正确性。     

基于空频域信息的单站无源定位可观测分析

对利用空频域信息的单站无源定位方法进行可观测性分析。针对非线性系统的可观测性理论需要计算复杂的雅克比矩阵的问题,提出把观测方程先经过伪线性化处理,然后运用线性系统的可观测性分析的理论,对匀速、匀加速直线运动进行了具体分析,得出只要目标不朝观测站作径向运动都是可以对其进行观测的。实验结果也验证了分析结论的正确性。     

二维TOA定位中的最小GDOP问题

基于二维TOA定位的Cramer?Rao下界,对传感器测量精度不尽相同的一般情形,推导获得了最优GDOP值及其充要条件,并利用GDOP等值线图进行了验证。结果表明,最佳的GDOP 值是传感器测量精度的简单表达式,或一个带约束条件的组合优化问题的最优值。     

基于方位角和多普勒的机动目标无源定位跟踪可观测条件

可观测性分析是无源定位与跟踪系统的前提和基础,只有满足可观测条件才能对系统进行正确求解。应用线性系统理论,以目标方位角和多普勒频率为观测量,对匀加速和匀转弯这两类最常见的机动目标进行了可观测分析,为进一步研究机动目标的无源定位与跟踪提供了理论前提。最后给出了仿真实例,验证了理论分析的正确性。     

基于自适应卡尔曼滤波的联合RSS/TOA/INS无人机定位算法

针对在全球导航卫星系统信号拒止环境下(如山地、隧道、峡谷)无人机集群常规定位方法受限问题,提出通过集群之间的协同定位,对卫星信号拒止的低成本无人机进行导航恢复的滤波方法,从而有效抑制纯惯性导航系统(INS)定位发散。在获取定位数据方面,首先采用基于超宽带(UWB)和Zigbee设备分别通过到达时间差(TOA)和接收信号强度(RSS)的测距方式得到测距信息,然后进一步利用最小二乘方法解算得到定位局部坐标。考虑到RSS测距远、精度低,而TOA测距精度高、测距范围小的特点,提出一种基于TOA/RSS/INS的序贯扩展卡尔曼滤波算法,通过引入自适应因子,为短程定位信息提供TOA/RSS两路定位冗余的同时,在长程TOA定位失效时仍可利用RSS定位来抑制惯性导航的发散。实验结果表明,该算法在近程可由RSS/TOA提供冗余测距信息,通过自适应因子可将定位精度改善至2m;在长程,尤其TOA定位失效的范围外,同样可以提供误差约为5m的定位信息。相对于传统扩展卡尔曼滤波,所提出的自适应序贯卡尔曼滤波算法有效提高了定位精度,为解决传统定位受限条件下的基于无人机无线电定位研究提供新的思路。     

一种NLOS环境下TOA与惯导信息的融合定位方法

针对基于TOA(time-of-arrival)的无线定位系统中信号容易受到非视距传播的影响等问题,提出了一种非视距条件下TOA测量与惯导信息的融合定位方法。该方法利用TOA定位结果对惯导系统进行误差抑制,同时利用惯导系统的定位结果对TOA测量进行滤波处理,进而有效地减小了非视距传播对定位结果的影响。仿真实验结果表明:该方法能提高定位精度,是NLOS环境下一种有效的定位方法。     

基于MVEKF的单站无源定位跟踪方法研究

单站无源定位是电子战中的一项重要技术。采用基于到达方向(DOA)和到达时间差(TOA)测量信息,可以实现固定观测站对运动辐射源的无源定位和跟踪。讨论了扩展卡尔曼滤波(EKF)及其改进形式修正协方差的扩展卡尔曼滤波(MVEKF)2种算法的原理,指出了应用场合和适用条件,并运用EKF和MVEKF对无源定位进行滤波估计。通过仿真,说明了2种算法的有效性,并验证了MVEKF对定位性能的改善。     

粒子滤波算法在单站无源定位中的应用

单站无源定位是目标跟踪领域的一个研究热点问题.首先介绍了采用增加观测信息量的方法来实现单站无源定位的技术,即方位/多普勒频率联合定位方法,对其定位原理以及实现进行分析讨论.引入一种新的滤波器-粒子滤波器方法(Particle Filter,PF)探讨了海面上运动的观测平台对远距离运动目标定位的应用背景,对目标的原始定位结果进行滤波处理,以减弱测量噪声的影响,提高定位的精度.仿真结果表明了这一处理算法的有效性以及高精度.     

基于纯方位量测的三维运动目标可观测性研究

通过建立纯方位量测系统的状态方程和测量方程,利用伪线性化方法,将非线性测量方程转换成线性形式,再利用奇异矩阵的性质,获得一种基于可观测性定义和特征值分解法相结合的定量确定纯方位量测系统可观测性的方法,得出可观测的充要条件.此项成果对于分析运动目标跟踪的机动策略具有重要意义,可推广到对多种运动目标的三维被动跟踪研究中.     

基于频率和波达角无源定位及其滤波算法研究

为了解决机动模型的无源定位问题,在二维平面机动模型的基础上提出了利用频率和波达角进行无源定位的方法,进行了可观测分析,给出了可观测分析结果。同时将EKF(extended Kalman filter),UKF(unscented Kalman filter),PF(particle filter)等非线性滤波方法应用到无源定位系统模型中。仿真结果表明,EKF滤波方法用时最短,PF滤波方法精度最高。     

平台式惯导系统初始对准最佳可观性分析

首先应用线性系统的奇异值分解理论对静基座初始对准的可观性及可观度进行了深入地分析.给出了不同奇异值下系统状态可观性状况的直方图,并且计算出不同状态组合时系统奇异值的大小及对可观性的影响.理论分析表明选取(△)N、(△)E、εE为不可观测时,系统的估计效果最好.其次采用卡尔曼滤波器对可观阵的秩为7的三种状态组合进行最优估计,仿真结果验证这种论断的正确性.最后从误差分析的角度阐述了这种论断的合理性.     

水下无线传感器网络的节点精确定位

以无线传感器网络(WSN)水下应用为背景,针对特定的环境要求,提出了一种可实现网络规模升级的分布式无锚点网络节点自定位机制。该定位算法通过距离误差估计和分布式坐标计算方法,有效地减少了由于测量距离误差所带来的坐标计算误差和节点坐标计算所带来的通信开销,有利于网络节点能量的合理使用和大规模的WSN布放。通过试验仿真计算,验证了该定位机制的合理性,为水下WSN应用提供了有力的技术支持。     

离散线性系统部分可观测性测试配置

不可观测系统的部分状态可观测性对于大系统故障检测具有十分重要的意义.研究了基于部分可观测性的不可观测离散线性系统测点优化配置问题,证明了采用有限次观测值构造一个矩阵,可以给出部分可观测性成立的充分必要条件,并进一步证明了部分可观测性的度量可以用一个矩阵的秩的特性来刻画.最后,给出了离散线性系统部分可观测性测试优化配置的度量指标.算例表明,提出的部分可观测性度量指标具有简单实用的特点.     

纯方位角目标运动分析的可观测性研究

纯方位角目标运动分析的可观测性是纯方位角观测系统中的一个基本问题.只有解决了系统的可观测性,才能进行有效的目标定位及跟踪.从随机系统的角度分析了纯方位角观测系统的可观测性,引入状态参量的Fisher信息矩阵作为判断系统可观测性的依据,提出了完全不同于判定确定性系统可观测性的随机观测系统可观测性的判定方法.最后给出了一个静止目标纯方位角观测系统的实例,说明了该方法的有效性.     

线性系统的降维状态观测器参数化设计方法

在线性系统可观测的情况下,研究了降维状态观测器设计问题。通过非奇异线性变换,得到代数等价系统的同时分离出需观测的部分状态。基于Sylvester矩阵方程的参数化解,给出降维观测器的增益矩阵的参数化表达形式,从而给出了线性系统的降维状态观测器设计的一种参数化方法。数值算例表明：所提降维状态观测器的参数化设计方法是简单有效的。     

基于约束条件的无源雷达部署优化及应用研究

提出了四站时差定位无源雷达系统的探测威力模型及覆盖度指数评估模型,分析了系统在实际部署应用中面临的辅站站址的选择、主辅站高度优化配置等问题.论述了系统在实际运行中可能出现2种故障模式,并定量仿真分析了目标位置变化对辅站故障时系统探测能力的影响.分析方法及所得结论对系统的实际部署使用具有理论指导意义,且可作为一种实用方法用于具体部署优化决策.     

SINS/DR组合导航系统可观测性研究

对SINS/DR组合导航系统的误差方程进行了介绍。将陀螺漂移、加速度计零偏和里程仪刻度系数误差扩展为卡尔曼滤波器的状态,建立了19维状态的组合导航滤波模型。采用分段线性定常系统(PWCS)分析了载车在各个不同运动特性下SINS/DR组合导航系统的可观测矩阵;利用奇异值分解(SVD)分析法定量地分析了SINS/DR导航系统的可观测度。通过系统仿真预测了位置误差、姿态误差和速度误差的滤波效果,仿真结果表明,位置误差、姿态误差和速度误差的估计效果较好。     

星光大气折射观测导航方法可观性研究

针对星光大气折射观测导航方法的可观性展开研究,利用局部弱可观理论分析了方法的可观性,根据构造的可观性矩阵的条件数考察了不同观测方式对导航系统的可观性影响,据此找到了最佳的折射观测方向,为实际选择折射星提供了参考方向。     

基于循环子空间理论的线性系统测试矩阵优化

研究了线性定常系统在循环指数大于1(即其约当标准形不同的约当块有重根)的情况下测试矩阵的优化方法.以循环子空间相关定理的证明为基础,根据根向量链的相关特性,得到了测试向量的线性和与系统观测性的直接关系,给出了在保证系统可观测性的同时,使得测试代价最小的测试矩阵优化方法.算例表明,提出的方法简单直观,对配置测试向量具有良好的工程价值.