導航與制導系統的案例
在 MATLAB 和 Simulink 中設計制導系統
圖窗：增益調度自動駕駛儀的 Simulink 實現
自動制導回路
完整的自動制導回路包括 Seeker/Tracker 子系統（返回導彈與目標之間的相對運動的測量值）和 Guidance 子系統（生成將傳遞到自動駕駛儀的法向加速請求）。自動駕駛儀現在是整體自動制導系統內的內環路的一部分。參考資料 [4] 提供了有關當前正在使用的不同制導形式的信息，還提供了有關用于量化制導回路性能的分析技術的背景信息。
Guidance 子系統
Guidance 子系統的功能不僅是在閉環跟蹤期間生成請求，還要執行初始搜索以定位目標位置。Stateflow? 模型用于控制這些不同操作模式之間的切換。模式之間的切換由在 Simulink 中或 Stateflow 模型內部生成的事件觸發。通過更改傳遞到 Simulink 的變量 Mode 的值，可以控制 Simulink 模型的行為方式。此變量用于在可以生成的不同控制請求之間切換。在目標搜索期間，Stateflow 模型通過向引向頭萬向節 (Sigma) 發送請求來直接控制跟蹤器。一旦目標位于引向頭的波束寬度范圍 (Acquire) 內，跟蹤器便標記目標獲取，并且在短暫延遲后，閉環制導啟動。Stateflow 是用于快速定義所有操作模式（無論正常操作還是異常情況）的理想工具。例如，此 Stateflow 圖中提供了當失去對目標的鎖定或在目標搜索期間未獲取目標時應采取的措施。
比例導航制導
當引向頭獲取目標后，使用比例導航制導 (PNG) 律來對導彈進行制導，直到命中。自 20 世紀 50 年代以來，這種形式的制導律一直在制導導彈中使用，并且可應用于雷達、紅外或電視制導的導彈。
展開 北斗星耀，導航天下：中國北斗衛星導航系統的發展歷程與應用現狀
2023年5月17日10時49分，中國在西昌衛星發射中心用長征三號乙運載火箭，成功發射第五十六顆北斗導航衛星。
北斗系統組成
北斗系統由空間段、地面段和用戶段三部分組成。
空間段由若干地球靜止軌道衛星、傾斜地球同步軌道衛星和中圓地球軌道衛星組成。
地面段包括主控站、時間同步/注入站和監測站等若干地面站，以及星間鏈路運行管理設施。
用戶段包括北斗及兼容其他衛星導航系統的芯片、模塊、天線等基礎產品，以及終端設備、應用系統與應用服務等。
北斗系統發展特色
北斗系統的建設實踐，走出了在區域快速形成服務能力、逐步擴展為全球服務的中國特色發展路徑，豐富了世界衛星導航事業的發展模式。
北斗系統具有以下特點：一是北斗系統空間段采用三種軌道衛星組成的混合星座，與其他衛星導航系統相比高軌衛星更多，抗遮擋能力強，尤其低緯度地區性能優勢更為明顯。二是北斗系統提供多個頻點的導航信號，能夠通過多頻信號組合使用等方式提高服務精度。三是北斗系統創新融合了導航與通信能力，具備定位導航授時、星基增強、地基增強、精密單點定位、短報文通信和國際搜救等多種服務能力。
北斗系統賦能各行各業提質升級
目前，北斗系統已經全面服務于交通運輸、公共安全、救災減災、農林牧漁等多個行業，加速融入電力、金融、通信等基礎設施，并為各行各業提供質量升級的賦能服務。北斗系統廣泛應用于民生領域，深刻改變著人們的生產和生活方式。
以大眾熟悉的手機為例，2021年，國內智能手機市場總出貨量中支持北斗系統的已達3.24億部，占比高達94.5%。這意味著，北斗系統已經成為了大眾消費產品定位功能的標準配置，無論是智能手機、可穿戴設備等，都可以通過北斗系統實現準確的定位和導航功能，為用戶帶來更加便捷和高效的體驗。
展開 導航衛星時頻系統發展綜述
衛星導航系統采用三球交會的定位體制，在統一的時間、空間基準中，將衛星作為位置已知的空間節點播發導航信號，用戶通過接收導航信號獲取衛星與用戶之間的偽距和多普勒頻移，實現用戶的定位、測速、導航和授時服務。衛星導航系統中，時間的穩定性和時鐘的同步是高精度測量的基礎。目前，GPS、Galileo、GLONASS以及我國的北斗衛星導航系統均在星上配置了高精度時頻系統，通過在每顆衛星配置高性能的星載原子鐘和功能豐富的時頻生成與保持設備，為衛星導航載荷提供高精度、平穩可靠的時頻參考信號。隨著衛星導航系統定位精度和自主運行能力的不斷提升，對星載時頻系統的性能也提出了更高的要求。
本文首先介紹了目前應用于各衛星導航系統中的星載時頻關鍵技術，然后討論了面向未來精度提升和系統自主運行能力提升需求下星載時頻系統關鍵技術和可能的發展路徑。
1 導航衛星時頻系統關鍵技術
導航衛星時頻系統由多臺原子鐘和時頻生成與保持單元組成。星載原子鐘輸出穩定度極高的頻率信號，時頻生成與保持單元將原子鐘的頻率轉換為衛星載荷需要的頻率，常為10.23MHz，并進行原子鐘主備份輸出信號間的高精度測量和鐘差參數精密調整，為導航衛星有效載荷提供性能優良、平穩可靠的基準時間頻率信號。
1.1 星載原子鐘
時間(頻率)是7個基本物理量中計量精度最高的，這得益于原子鐘技術的不斷發展。原子鐘是利用原子在微波、光波段的電子躍遷頻率作為基準產生的時間保持系統。原子鐘是現代導航衛星的基礎，各衛星導航系統均配置了星載原子鐘。考慮到原子鐘在星載應用中對體積、質量、功耗、可靠性和壽命的要求，以及需要非常好的頻率穩定度，目前的星載原子鐘仍以銣鐘、氫鐘和銫鐘為主，通常每顆衛星配置3～4臺原子鐘。
根據系統需求與技術發展基礎，各全球衛星導航系統使用了不同種類的星載原子鐘。
展開 什么是北斗導航農機自動駕駛系統
北斗導航農機自動駕駛系統，通常指農機自動駕駛2.0階段導航控制系統，系統集成衛星定位、慣性導航、機械控制、人機交互等關鍵技術，以農機為載體，對農機轉向裝置進行精準控制，使車輛嚴格按既定路線行駛，滿足農業場景的作業需求。給客戶提供便利，降低勞動強度，改善作業質量，增加客戶收益。
農機導航系統，按照控制方式，分為液壓控制自動輔助駕駛系統、電動方向盤控制自動輔助駕駛系統。因性價比高、安裝便捷、適配簡單等原因，當前電動方向盤控制自動駕駛系統占主導地位，該系統原理如下圖所示：
農機自動駕駛系統通常具備以下特征：
1.橫向控制：只控制車輛左右轉向，不控制加速、減速、剎車、換擋、農具起降等操作
2.精度要求：農機自動輔助駕駛系統的精度，通常指直線精準度、交接行精準度，并非天線相位中心的經緯度、高程。
3.載體：可用于方向盤式自走農業機械（拖拉機、噴霧機、收獲機等），通常不用于推桿式轉向車輛。
做為北斗產業國家級力量的千尋位置，推出的千耘導航系列，屬于目前國內常見的電動方向盤控制自動輔助駕駛系統。不僅安裝便捷，操作簡單，而且精度高，作業期間穩定性好。
掃描下方二維碼或點此查看更多北斗產業相關資訊、產品及解決方案。
展開 
無人機導航定位系統關鍵技術研究
為了解決這個問題，人們還提出加攝像頭生成雙目SLAM，或者加IMU生成耦合視覺慣性導航定位系統。初始粒子的位置可以通過視覺測量算法測量的運動變化來跟蹤，而不是在沒有測量的情況下隨機移動它們。使用視覺測量算法可以減少粒子集生成過程的搜索空間。圖2顯示了從圖像序列計算的變換。
圖2 視覺測量算法粒子跟蹤示意圖
基于粒子濾波的定位方法可以達到更好的定位精度。定位算法采用迭代過程不斷更新粒子，在長時間飛行過程中可能導致位精度不穩定。為了進一步提高定位魯棒性，可以嘗試結合機載傳感器設備定位系統和視覺算法的優勢。
<完>
不同光照條件下的無人機視覺導航系統
視覺導航系統可以實現無人機在不同光照條件下的自主定位。
智慧物流的重要推動力量：北斗衛星導航系統
在諸多促進智慧物流發展的高新科技中，北斗導航系統定位技術的應用更是為智慧物流賦予了全新的可能性。
發布于2014年的《道路運輸車輛動態監督管理辦法》就要求，進入運輸市場的總質量12噸及以上重型載貨汽車和半掛牽引車，應當于2015年12月31日前全部安裝、使用北斗衛星定位裝置，并接入道路貨運車輛公共平臺
對于貨車司機來說，安裝、使用北斗衛星定位裝置可使運輸更加安全。對比其他定位系統，“北斗”系統不僅提供位置、導航等基本功能，還提供通信功能，提供全球獨家的短報文服務，北斗三號每次可短信1000個漢字，還可以傳圖像、打語音電話。而且，北斗系統最突出的特點是增加了高軌道衛星，衛星越高抗遮擋能力就越強，尤其在低緯度地區性能更有優勢。
以上只是北斗定位技術在物流行業的眾多應用案例之一。接下來，本文將探討北斗在智慧物流領域的應用，以及它對于物流行業的深遠影響。
北斗在智慧物流中的應用
1.實時跟蹤與監控
借助北斗系統，物流企業可以實時獲取貨物的位置信息，進行遠程跟蹤和監控。無論貨物何時何地，只要接入北斗系統，物流企業就能夠通過指定的軟件或平臺查看貨物的實時位置，提高物流運輸的安全性和可靠性。
2.路線規劃與導航
作為全球衛星導航系統之一，北斗不僅可以提供精確的定位服務，還能夠為物流車輛提供最佳路線規劃和導航服務。物流企業可以根據貨物的重量、體積等參數，結合交通狀況和路線優勢，選擇最佳路線，減少運輸時間和成本。
3.貨物管理與倉儲優化
北斗系統可以與物流倉儲管理系統進行無縫對接，實現對貨物的管理與控制。物流企業可以通過北斗系統，實時掌握貨物的出入庫情況、庫存量等信息，提高倉儲效率和貨物管理水平。
4.運輸安全保障
通過接入北斗系統，物流企業能夠提高運輸安全和警示能力。
展開 掃地機器人拆解和主要導航系統技術對比
介紹掃地機器人的拆解和系統構成。
掃地機器人是智能家用電器的一種，可憑借人工智能技術自動在房間內完成地板清理工作，通常采用刷掃和真空方式，將地面雜物先吸納進入自身的垃圾收納盒，從而完成地面清理的功能。
掃地機器人大概可以分為以下核心部分：
? 控制系統：AUTO-MCU智能芯片，為掃地機器人的核心
? 感知系統：超聲波測距儀/接觸傳感器、紅外線傳感器、激光雷達/CCD攝像
? 移動系統：驅動輪和萬向輪，決定掃地機器人的運動空間
? 清潔系統：濾塵袋、集塵袋、排氣管、吸口、邊刷、滾刷、抹布、水箱
? 移動電源：電池、連接部件、充電器，電池容量在2000毫安到3000毫安之間
掃地機器人一般分為主機和充電座兩部分，主機包括：
掃地機器人的充電座包括：
軟件系統是上層建筑，核心競爭力體現在地圖構建和路徑規劃能力，軟件（算法）通常包括：隨機式、激光SLAM、VSLAM、以及多傳感器融合等。
LDS SLAM和vSLAM在掃地機器人導航系統中的應用對比
早期掃地機器人采用隨機清掃路徑，通過陀螺儀對物品進行定位，經常出現反復清掃或大面積漏掃的情況，清掃效率較低，2010年起，隨著導航系統和路徑規劃等技術不斷創新，使用體驗逐漸提高。
在導航系統方面，從陀螺儀導航升級至LDS激光導航、vSLAM 視覺導航。
SLAM（同步定位與地圖構建），指運動物體根據傳感器的信息，一邊計算自身位置，一邊構建環境地圖的過程，有效解決掃地機器人在未知環境下運動時的定位與地圖構建方式。
展開 不同光照條件下的無人機視覺導航系統
視覺導航系統可以實現無人機在不同光照條件下的自主定位。
來源：飛思實驗室
美推出中小無人機三層韌性導航系統
軍事宇航網站2022年1月10日報道，近日，霍尼韋爾公司推出兩款新型韌性導航系統：霍尼韋爾緊湊型慣性導航系統和霍尼韋爾雷達測速系統，用于中小型無人機的商業和軍事航空應用，特別是超視距任務。
這些系統與霍尼韋爾合作伙伴InfiniDome的抗干擾系統GPSdome一起，專為需要尺寸小、重量輕和功耗低的可靠導航解決方案的商業和軍事用戶而設計。這些系統將提供多層保護，即使在全球導航衛星系統（GNSS）受到挑戰或被拒止的環境中也能持續運行。
在全球范圍內，基于GNSS的系統已經成為空中、陸地和海上載具的主要導航手段。然而，這導致有意、無意干擾（包括干擾和欺騙）顯著增加。現在的系統必須能夠處理信號中斷，并保持關鍵導航授時能力隨時可用。霍尼韋爾的韌性導航理念旨在通過結合GNSS抗干擾、慣性導航和替代導航系統實現多層韌性。
InfiniDome公司的GPSdome是一款小型附加設備，可提供第一層抗GNSS干擾保護，確保低功耗干擾條件下持續運行，并能夠在GPS受到挑戰的環境下實現至關重要的首次GPS鎖定。GPSdome與任何現用GNSS接收機和天線兼容。霍尼韋爾在2021年8月與InfiniDome簽署了合作協議，共同開發和交付GPS信號保護系統。
新的霍尼韋爾緊湊型慣性導航系統大約有一副撲克牌大小，使用戰術級慣性傳感器向商業和軍事用戶提供精確位置信息。這第二層韌性提供了在較短GNSS中斷期間進行導航的能力。這在GNSS可用性時斷時續的城市峽谷或抗干擾系統不足的強干擾環境中特別有用。
霍尼韋爾雷達測速系統是一種小型、輕型、低功耗雷達導航輔助系統。
展開 Cradle CFD助力WayRay公司進行全息AR導航冷卻系統開發
公司已經掌握了從產品概念到原型測試的整個研發過程，WayRay從一家初創公司蛻變為全息光學系統、硬件和軟件的全周期制造商。通過這些努力，WayRay公司順利完成了與原始設備制造商的合作項目，向主要汽車制造商提供了先進全息AR技術，在全球汽車行業站穩了腳跟。
強大的、緊湊的、電子驅動的性能
WayRay開發的全息AR導航系統的關鍵部件之一是一個帶有激光冷卻系統的激光裝置。激光冷卻系統的設計過程需要選擇保持激光器運行的熱電元件、熱管和風扇，以及解決鑒于熱和質量傳遞過程的計算氣體動力學問題。
圖1：通過擋風玻璃投射在路上的虛擬圖像
為了在道路上投射出高質量的虛擬圖像(圖1) ，激光裝置的二極管必須有一個恒定的溫度。為了保持這種穩定的溫度，WayRay使用了帶有電流控制的Peltier元件。二極管被安裝在Peltier元件的冷面，而其溫度保持不變。熱電元件熱側的溫度是變化的，取決于環境溫度、激光二極管晶體的散熱情況、冷卻空氣的流速等。
Peltier元件本質上起著“熱泵”的作用：Peltier元件熱側產生的熱量超過冷側產生的熱量，這是由恒定電流流過半導體熱電對時產生的電阻引起的。Peltier元件是用熔點約為138°c的低熔點焊料組裝的，因此，在過熱的情況下，由于熱電對的焊接連接被破壞，該元件(以及昂貴的激光器)變得完全無法使用。
由能量產生的熱、壓力、變形
圖2：激光裝置的模型
因此，激光裝置(圖2) 必須有一個相當強大和復雜的冷卻系統，由散熱器、風扇和熱管組成，能夠從Peltier元件中減少和散去熱量。像這樣的冷卻系統的計算是不可能用傳統的分析方法的。因此WayRay研發中心的專家旨在解決這個問題。
展開 
現代合作WayRay 推全球首個全息AR導航系統
蓋世汽車訊 據外媒報道，韓國現代汽車集團（Hyundai Motor Group）與瑞士高科技初創公司WayRay AG合作，在2019年CES展上推出了全球首個全息增強現實（AR）導航系統，該系統搭載在現代捷恩斯G80（Genesis G80）車型上。
去年9月份，現代集團開放創新業務現代CRADLE決定對WayRay公司進行戰略投資，并且認可WayRay公司在全息AR技術方面的領先地位以及未來發展潛力。在此次投資之前，早在2017年，現代汽車集團就已經開始初步研究如何將全息技術應用到汽車上，隨后其與WayRay合作生產高質量部件。并且兩家公司在量產車輛上研發了全息AR導航技術，在韓國進行了長時間的道路測試，以盡量減少系統錯誤。
嵌入汽車的全息AR導航系統的最大優點是，可將立體圖像顯示在真實道路上，并可根據駕駛員的具體視角適當進行調整，從而提供準確的駕駛指導。駕駛員無需配備頭部設備就可獲得生動、精確的全息圖像。該技術可根據車速精準的顯示車輛行駛方向，并通過安裝在儀表板上的顯示器將導航的指示箭頭投射到道路上，讓司機在不分心的情況下使用導航，進而實現了安全駕駛。
此外，傳統抬頭顯示器（HUD）單元會通過安裝在儀表板上的LCD屏幕間接投射反射圖像，而全息AR顯示器通過擋風玻璃投射圖像。
WayRay的顯示器不僅具有增強現實導航功能（如車道導航、目標點和當前車速），還包含了車道偏離預警和前方碰撞警告等ADAS功能。投射的虛擬圖像大小為1,310mm x 3,152mm，并且被投射到離駕駛員眼睛15m處；現代汽車集團翻新了其HUD，以適應WayRay的系統，并為駕駛員提供優化解決方案。
兩家公司將繼續合作，以擴大全息AR技術在顯示人、物、公共汽車、自行車道、人行橫道等領域的應用，并且將進一步研發汽車后側預警系統和公路駕駛輔助系統（HDA）等ADAS功能。
展開 設計仿真 | Cradle CFD助力WayRay公司進行全息AR導航冷卻系統開發
Cradle CFD提供了一個概念設計和工程分析系統，使WayRay的專家能夠迅速進行參數化設計變化研究。通過改變晶體的散熱、材料特性、風扇速度、散熱器尺寸和其他參數，可以比較各種設計方案，排除試錯，這大大減少了準備和調試物理模型的時間和金錢。
此外，這些計算實驗允許進行設計敏感性分析，以了解哪些幾何參數或材料屬性對計算結果和設計目標有最大的影響。圖6顯示了WayRay公司為一家日本汽車制造商開發的全息導航系統的激光塊的熱設計計算結果。
圖6：Peltier元件的熱電參數
計算出的網格由2400萬個元素組成，在溫度變化較大的區域(激光二極管晶體所在的位置) 進行了微調。這種高分辨率網格對于更精確地近似結構元素及其之間的間隙是必要的。然而，盡管有大量的網格元素，在穩態條件下的計算時間只有2個小時(作為比較，使用非結構化網格的類似計算時間為18小時！)。同時，與實驗結果相比，計算誤差小于3%。
"CFD從來沒有如此精確和強大。由于scSTREAM的高性能，我們現在能夠快速創建超過1000萬個網格元素的詳細模型，并每天進行許多設計驗證和優化迭代，"- (Maksim Aleksandrov先生) 。
基于仿真結果，對冷卻系統的熱負荷和效率進行了評估。確定了風扇、Peltier元件和散熱器在溫度分布和氣流方面的最佳布置，消除了停滯區和局部熱區。確保帕爾貼元件穩定功能的最高環境溫度、激光二極管的溫度以及整個激光冷卻系統運行也是如此。
展開 BBC：中國北斗導航系統走向全球 它真能匹敵GPS嗎
9月25日消息，據BBC報道，中國雄心勃勃、希望快速擴張的北斗衛星導航系統已經能夠為世界許多地方（不僅僅是亞洲）提供服務，但它真的能與美國已經成熟的全球定位系統(GPS)匹敵嗎？
圖：隨著2018年十多顆衛星發射升空，北斗衛星導航系統的覆蓋范圍正在迅速擴大
達林太（Dalintai）是中國北方的一名牧民，他以前每天騎摩托車跑好幾公里路為牲畜送水。現在，他要做的就是發送一條短信來操作自動供水系統。達林太說：“我可以通過這個系統隨時隨地為牛羊送水。”這條短信是通過中國正在擴大的北斗衛星導航系統發送的，它已經被用于運輸、農業甚至精確導彈。
最初，北斗衛星導航系統是為軍方設計的，目的是減少對美國GPS系統的依賴。隨著覆蓋范圍的擴大，北斗系統逐漸成為巨大的商業機會。上個月，北京市政府要求3.35萬輛出租車(約占出租車總數的一半)安裝北斗系統，同時還設定了一個目標，即到2020年所有新車都將由北斗系統引導。
華為、小米和一加等國內手機品牌現在都與北斗系統兼容，不過蘋果在9月12日的發布會上表示，其新款iPhone系列不支持北斗系統。中國越來越熱衷于向世界其他地區推廣自己技術實力。北斗衛星導航系統的首席設計師楊長峰直言不諱地表達了中國吸引更多海外客戶的雄心。他去年曾表示：“中國的北斗系統也是世界的北斗，全球衛星導航市場肯定也是北斗追尋的市場。”
太空絲綢之路
北斗衛星導航系統以北斗七星(西方大熊星座)命名，已經有20多年開發歷史，但直到2000年、2012年才分別在中國和亞太地區投入使用。到2020年完成時，它將擁有35顆衛星，以提供全球覆蓋。僅今年一年，中國就發射了10多顆北斗衛星，上周又發射了兩顆。此外，中國官方媒體報道稱，更多衛星將以“前所未有的密集度發射”。
展開 中國北斗導航系統走向全球 它真能匹敵GPS嗎
據BBC報道，中國雄心勃勃、希望快速擴張的北斗衛星導航系統已經能夠為世界許多地方（不僅僅是亞洲）提供服務，但它真的能與美國已經成熟的全球定位系統(GPS)匹敵嗎？
圖：北斗衛星導航系統擴張的時間線，中國計劃到2020年在軌道上擁有35顆北斗衛星
到2018年底，北斗衛星導航系統將覆蓋“一帶一路”沿線國家。“一帶一路”是中國主導的大規模基礎設施和貿易項目，而北斗系統則被稱為“太空絲綢之路”。北斗衛星導航系統已經覆蓋了包括巴基斯坦、老撾以及印度尼西亞在內的30個國家。英國皇家聯合軍種防務與安全研究所的亞歷山德拉·斯蒂金斯（Alexandra Stickings）表示:“這期間肯定有涉及擴大影響力的因素，但更多則是關于經濟安全的。”
斯蒂金斯表示，能夠與全球定位系統(GPS)匹敵的全球導航系統，是中國成為太空領域全球領導者雄心的一個重要組成部分。他說：“擁有自己系統的主要優勢在于可保證訪問的安全性，從某種意義上說，中國不需要再依賴其他國家提供類似服務。美國可以禁止用戶訪問某些特定地區，特別是在沖突時期。”
圖：隨著覆蓋范圍的擴大，北斗衛星導航系統的商業應用也越來越多
但是，盡管北斗衛星導航系統擁有先進的技術，但它也有個所謂的缺陷，即使用雙向傳輸方式，包括衛星向地球發送信號，以及設備向衛星發回信號。這可能會降低精度，并占用更多的頻譜帶寬。相比之下，GPS設備不需要將信號傳回給衛星。世界安全基金會(Secure World Foundation)主任布賴恩·維登(Brian Weeden)表示：“開發和運行全球衛星導航系統非常困難。”
來源：網易科技
展開 