全球定位系统

摘要:
地球自然矢量场定位导航具有很强的独立性与自主性，是卫星导航系统应用发展的一个重要辅助支撑和有效补充，能更好地提高多传感器融合定位导航效果. 论文研究了重力场、地磁场、地形地貌高程场、偏振场、静电场等地球自然矢量场的形成机理以及用于定位导航的理论与方法模型，并针对地球自然矢量场定位导航的技术发展与国内外研究历史进行了系统梳理，形成完整的理论技术体系，对深化地球自然矢量场定位导航理论模型与技术方法研究，促进多源定位导航技术发展提供重要的理论借鉴与研究支撑.

地球重力场定位导航方法研究

汲万峰, 李程, 刘思远, 徐遵义

2023, 48(6): 17-26. doi: 10.12265/j.gnss.2023215

[摘要](360) [HTML全文] (99) [PDF 2749KB](41)

摘要:
本文针对当前惯性导航系统(inertial navigation system，INS)存在的定位误差随运行时间增长而积累的问题，利用重力辅助导航技术进行位置校正，研究了动基座重力传感器、动基座海洋重力实时测量、重力场图匹配理论与匹配算法以及与之相关的INS误差模型等问题，分析了基于无迹卡尔曼滤波(unscented Kalman filter，UKF)的重力/捷联式惯性导航系统(strapdown inertial navigation system，SINS)组合导航方法，为进一步研究重力辅助导航匹配算法和提高导航定位精度提供技术支撑.

水下辅助导航的重力异常随机场分形插值研究

高伟, 鲁国瑞

2023, 48(6): 27-31. doi: 10.12265/j.gnss.2023132

[摘要](202) [HTML全文] (109) [PDF 2309KB](25)

摘要:
针对重力异常数据匮乏的地区，本文提出采用分形布朗运动(fractional Brownian motion，FBM)分形插值方法对重力异常随机场进行重构，实现可用于水下重力辅助导航的重力异常基准图生成. 实验结果表明：分形插值方法作为一种粗插值是可行的，可为水下重力辅助导航系统的实现提供理论参考.

地磁导航定位技术原理与方法综述

林沂, 孙晶京, 闫旭

2023, 48(6): 32-41. doi: 10.12265/j.gnss.2023134

[摘要](1237) [HTML全文] (245) [PDF 3895KB](193)

摘要:
地磁导航定位是多源融合导航定位技术体系中重要的技术手段之一，具有适用范围广、抗电磁干扰能力强、可全天时全天候工作等优点，为运动载体特别在地下、水下等卫星信号接收受限的场景提供一条无源被动的自主导航定位技术途径. 然而地磁场导航定位的实现过程通常因其应用的载体和场景不同而存在一定差异，本文将根据地磁导航定位的不同应用场景进行分类阐述，对其相应的原理与方法进行综述，以期助力地磁导航定位技术领域的后续推进.

地磁定位导航应用和效能分析

李素敏, 王刚刚, 申志飞

2023, 48(6): 42-51. doi: 10.12265/j.gnss.2023141

[摘要](489) [HTML全文] (155) [PDF 3504KB](51)

摘要:
地磁定位导航作为多源融合导航定位技术体系中重要的技术手段之一，具有适用范围广、抗电磁干扰能力强、可全天时、全天候工作等优点，为运动载体特别在地下、水下等卫星信号接收受限的场景提供了一条无源被动的自主定位导航技术途径. 本文对地磁定位在不同的场景和平台下的应用、实现过程进行了详细描述，分析了影响地磁定位应用的关键技术并给出了技术途径，对地磁定位技术的应用效能进行了评估和验证.

地形导航多波束测深综合效应的邻域改正技术

于家成, 姜凯文, 赵红颖

2023, 48(6): 52-57. doi: 10.12265/j.gnss.2023131

[摘要](219) [HTML全文] (97) [PDF 3051KB](23)

摘要:
针对多波束声纳测深系统中波束角效应和地形效应对水深测量的影响，提出了一种基于地形平均坡度水深数据改正的方法，以解决不同地势情况下造成的水深数据失真问题. 首先根据多波束系统的测量原理建立了水深测量模型，与测量点周围8个点之间平均坡度估计该点处地形倾斜角，通过测量水深与海底地形之间的关系进行不同程度的水深改正，以获得测深处的真实水深. 仿真过程中通过计算测点周围邻域8个方向的平均坡度，对地形平均坡度进行估计，并用实际某海域地形进行检验. 结果标明：该技术应用性强，对水深测量中波束角与地形效应的影响具有明显的改正效果.

基于3D Zernike矩的快速地形匹配算法

王可东, 周俊杰

2023, 48(6): 58-66. doi: 10.12265/j.gnss.2023130

[摘要](214) [HTML全文] (115) [PDF 2868KB](20)

摘要:
针对当前基于3D Zernike矩的地形匹配算法存在计算量大、实时性差的问题，通过分析3D Zernike矩的计算过程和构成地形特征向量的奇偶阶描述子的性能，提出了适用于地形匹配的3D Zernike矩快速计算方法和只使用奇数阶描述子构成特征向量的匹配方式. 仿真实验表明：本文所提快速算法不仅能大幅降低计算量，还提高了匹配精度.

基于熵差的海底地形匹配导航算法

晏泽翌, 沈体雁, 于家成

2023, 48(6): 67-71. doi: 10.12265/j.gnss.2023137

[摘要](233) [HTML全文] (89) [PDF 2264KB](16)

摘要:
利用信息熵原理进行海底地形匹配导航，建立地形差异熵，设计了包括搜索和定位两个阶段的地形熵差匹配算法，通过搜索与定位的转换逻辑，省却传统算法的跟踪阶段，提高匹配速度，利用粗匹配和精匹配两个阶段的匹配，以及设计误差匹配处理策略，以校正惯性导航系统(inertial navigation system，INS)随时间积累的位置误差，提高匹配效率及匹配定位精度，并使用实际海底数据进行仿真. 结果表明，经度和纬度的位置匹配都具有较快的收敛速度，能够有效校正INS的位置误差，有精度高，稳定性好的优点，具有一定实用价值.

偏振导航云计算支持系统与时空分布规律模型研究

张羽, 汲万峰, 隋江波, 杭伟, 陈瑞

2023, 48(6): 72-80. doi: 10.12265/j.gnss.2023139

[摘要](253) [HTML全文] (71) [PDF 2608KB](16)

摘要:
采用云计算技术解决天空偏振模式图受环境影响导致的信息源误差以及载体自身测量产生的误差以提高仿生偏振导航的精度及实用性. 基于仿生偏振导航单体测角误差，给出多导航单元误差分析的云计算支持系统；依据多导航单元云计算结构提供的信息，确定偏振模式图在不同信息源误差条件下的时空分辨率模型；利用云计算技术对确定时空区域内满足信号源误差范围的多单体测量误差进行分析研究，可以有效辅助偏振导航多单元系统进行高速运算，提高仿生偏振导航的精度及实用性.

可用于天空偏振场导航的超分辨光学相机

姚东, 张飞舟, 晏春回, 张子晗, 秦鑫, 李延飞

2023, 48(6): 81-90. doi: 10.12265/j.gnss.2023135

[摘要](264) [HTML全文] (92) [PDF 4190KB](18)

摘要:
天空偏振光场可以用于导航，但目前尚未出现一款可应用于实际的偏振导航系统，其原因之一是用于采集天空偏振光场的成像相机尚未有统一规格. 本文设计了一款可以兼顾天空偏振场导航的超分辨成像的偏振光学相机. 应用分焦平面偏振探测器实现快速偏振图像信息获取，采用快速移动平台与光学系统融合设计的方法满足对特殊高分辨率要求, 给出了相机系统的设计结果，介绍了超分辨偏振相机的标定方法并实现了精准标定，获取了用于图像与探测器之间位移控制的精准电压曲线. 应用该数据准确实现了对目标场景的偏振图像获取，同时高质量获取了天空偏振场分布数据. 本文所给出的研究结果具有达到衍射极限的成像能力，光学相机具有小于50 μm的场曲、小于0.7‰的畸变，同时又具有优于2倍及以上的超分辨成像能力，以高质量线偏振图像数据的获取为后续偏振精准导航和偏振特征测量提供原始数据基础.

基于万有引力的普适定位

张涛, 邹进贵

2023, 48(6): 91-97. doi: 10.12265/j.gnss.2023064

[摘要](197) [HTML全文] (85) [PDF 2785KB](40)

摘要:
万有引力由质量引起，不容易受到干扰. 在地球及其周围空间中，对物体的万有引力影响最大的是地球，其次是地球附近的天体. 因为不同位置所受到的万有引力的大小和方向是随时间规律变化的，而物体受到的万有引力的大小和方向是可以被测量的. 因此，存在通过物体所受万有引力反推其所在位置的可能. 本文探讨了通过测量物体所受万有引力变化进行普适定位的方法，通过正演和反演仿真，证明通过万有引力进行普适定位是可行的. 并且验证了基于万有引力定位的定位误差与观测误差之间的数值关系.

静电场定位导航基础与技术系统

尚可, 晏磊, 周成当

2023, 48(6): 98-106. doi: 10.12265/j.gnss.2023133

[摘要](251) [HTML全文] (137) [PDF 3742KB](23)

摘要:
从上世纪50年代起，惯性技术逐步在导航领域占据主导地位，在80年代开始的组合导航系统中，惯性技术仍占主导地位，但惯性导航技术一直受到设置初始值和随时间精度下降的困扰，且价格昂贵. 本文首先对静电陀螺及其支承原理进行阐述，处于高度真空的球形电极碗中的球形转子与碗电极之间的间隙很小，在电极与球形转子之间加上支承高压，形成强电场，当球形转子受到的静电力平衡时，球形转子就被支承起来. 又通过对静电场支承系统(electrostatic suspension system，ESS)转子位移测量电路误差进的定量分析和单项测试，阐述电路各元件在总漂移误差中的分离方法和结果. 在此基础上，归纳了提高精度指标的方法与途径，研制了全屏蔽、模块化结构电路，并装入了陀螺本体.