SINS/EC组合导航系统研究

利用电子罗盘辅助捷联惯导系统构成一种完全自主式的组合导航系统。本文推导了电子罗盘的姿态误差方程，用捷联惯导系统和电子罗盘输出的姿态误差的差值作为组合模式的测量值，利用卡尔曼滤波技术进行误差估计，给出了系统仿真结果。仿真结果表明组合导航系统可有效地减小姿态误差累积。     

空地制导弹药的MIMU/GPS组合导航系统研究

针对空地精确制导弹药对低成本、高精度和高可靠性导航系统的需求,设计了MIMU/GPS组合导航系统.该系统采用了MEMS的IMU和GPS进行组合,利用位置、速度组合模式,采用渐消自适应Kalman滤波器估计并修正惯导的误差.通过地面跑车试验进行了验证,试验结果表明:组合导航系统误差得到了有效的抑制,导航精度满足空地制导弹药的导航要求.     

捷联惯导/航位推算组合导航算法研究

当捷联惯组(SIMU)安装到载车上存在安装误差时,航位推算误差与安装误差、里程计刻度系数误差、初始对准误差有关。利用捷联惯导系统和航位推算系统构成组合导航系统可实现对上述误差的估计。为此,推导了惯组和载车间存在安装误差时的惯导/航位推算组合导航系统的系统方程。仿真分析表明,组合导航系统可有效估计出安装误差、水平陀螺随机常值漂移和加速度计随机常值偏置。     

基于改进神经网络增强自适应UKF的组合导航系统

基于微机电系统(MEMS)的惯性器件和全球定位系统(GPS)的组合导航系统在卫星信号失锁时存在误差发散的问题,该文提出一种基于人工蜂群算法(ABC)改进的径向基函数(RBF)神经网络增强改进的自适应无迹卡尔曼滤波算法(AUKF)。在GPS信号失锁的情况下利用训练好的神经网络输出预测信息来对捷联惯导系统进行误差校正。最后通过车载半实物仿真实验验证该方法的性能。实验结果表明该方法在失锁情况下对于捷联惯导系统的误差发散有较为明显的抑制效果。     

加速度计/磁强计无陀螺捷联惯导姿态解算研究

针对无陀螺捷联惯导系统姿态解算随时间不断积累的问题,提出一种磁强计辅助无陀螺捷联惯导的组合方案,利用磁强计测量的地磁信息来修正无陀螺惯导系统的姿态角误差,提高了姿态角的解算精度。推导了磁强计输出和姿态角之间的关系,在此基础上提出了一种姿态优化算法,介绍了算法的基本原理;建立了误差四元数的姿态组合模型,并采用反馈校正完成动态条件下姿态的确定;最后对姿态误差角进行了仿真研究,仿真结果表明该方法有效地抑制了误差的发散。     

无源北斗/惯导两级滤波闭环组合算法

针对北斗卫星定位系统和惯性导航系统的组合设计组合导航卡尔曼滤波定位算法,引入伪距率作为观测量,基于高稳定度用户时钟,提出了双星下用两级滤波器对惯导进行闭环校正的闭环组合设计方案。其最大的优点是能根据收星情况稳定地在闭环和开环方式之间转换,这是采用惯导模型设计滤波器所不具有的。最后通过仿真说明本文方案有效地提高了丢星时组合导航系统的滤波定位精度,能够有效校正惯导的姿态误差角,并以较高的精度估计用户的三维速度。     

无源北斗/捷联惯导(SINS)紧组合导航技术的应用研究

针对北斗系统有源定位方式保密性差、用户数目有限,不能提供连续的位置、速度、姿态信息的问题,提出利用北斗系统3颗地球静止卫星的载波相位时间差分信息,与车载捷联惯导(SINS)构成紧组合导航系统,通过扩展卡尔曼滤波器估计并修正惯导系统的速度误差;引入载体的侧向和天向速度约束,改善了速度估计精度;结合北斗系统的伪距信息,消除了长航时条件下位置误差的积累;推导了滤波器观测方程,对组合导航滤波器进行了设计;通过车载实验进行了验证,实验结果表明,速度误差和位置误差的积累受到了有效地抑制,精度满足陆地战车导航的要求.     

基于MEKF的捷联惯导初始对准算法研究

在某些对精度要求不是很高的领域微机电系统(MEMS)等低精度捷联惯导系统因其造价低等特点而得到广泛应用。由于传统的初始对准方法不能估计除姿态以外的任何量,故不适用于MEMS等低精度捷联惯导系统。该文研究了一种基于姿态估计的初始对准方法,并使用乘性扩展卡尔曼滤波进行对准,在姿态对准的同时实现对惯性器件误差的建模估计。在实现初始对准的基础上显著降低了计算量。     

SINS/GPS/罗兰C／双星多传感器组合导航系统研究

惯导（INS）被认为是自主性最强、隐蔽性最好、应用最广泛，不受外界干扰的导航系统，而捷联惯导（SINS）以其诸多优点，成为惯性导航的一个主要发展方向。本文研究基于集中和联邦滤波的捷联惯导与GPS、罗兰C、双星组合导航系统，利用双星、罗兰C等子系统提供的参数信息对组合导航系统进行集中和联邦卡尔曼滤波，校正捷联惯导系统的误差。在对系统进行了理论仿真、比较的基础上，进行了海上试验，给出了动态试验的结果。理论仿真和基于实测数据的试验结果表明，本文介绍的滤波器是可行的，具有较高的滤波性能和精度，很好地提高了导航系统的可靠性和性能。     

四旋翼飞行器导航系统的数据融合方法

以时间戳对准和故障诊断技术为核心,根据四旋翼飞行器在执行任务时的实际需要,设计了组合导航系统。该系统搭载微机电系统(MEMS)的加速度计和陀螺仪,MEMS气压计和GPS传感器。首先设计预测器对GPS的数据进行时间戳对准,使得GPS的数据和惯导(INS)的数据同步;其次用量测数据(GPS和气压计)与INS数据进行故障诊断,防止量测数据跳变以及惯导数据误差的持续增大;最后采用基于时间戳对准和故障诊断的扩展卡尔曼滤波器设计组合导航系统,从而估计出四旋翼飞行器的位置和速度信息。     

G NSS／INS 组合导航接收机技术

全球导航卫星系统（GNSS ）的一个非常重要的应用是与惯性导航系统（INS ）进行组合导航。介绍了GNSS／INS组合导航接收机的工作原理,对接收机的关键技术进行了重点分析,并对其应用前景进行了展望。     

基于MEMS振动陀螺的旋翼无人机组合导航算法设计

旋翼无人机需要惯导提供准确的角速度和加速度测量信息,而由于无人机的振动会对陀螺输出噪声产生影响,进而影响无人机的飞行平稳性。因此,该文提出了一种面向旋翼无人机的组合导航算法,基于扩展卡尔曼滤波,结合全球导航卫星系统/惯性导航系统(GNSS/INS)组合导航算法和无地磁传感器的航姿参考系统算法,在一定程度上解决了GNSS失效情况下的姿态稳定问题。针对旋翼无人机对导航系统输出信息平稳性的要求,采用自适应陀螺采样平滑方法,在少量增加数据处理复杂度的前提下,降低了航姿和角速度信息的噪声,在无人机应用中实现了良好的飞行轨迹重复性和控制平稳性。     

Use of Deeply Integrated GPS/INS Architecture and Laser Scanners for the Identification of Multipath Reflections in Urban Environments

This paper investigates the constructive use of multipath reflections of Global Positioning System (GPS) signals for navigation in urban environments. Urban navigation applications are generally characterized by a significant presence of multipath signals. In order to maintain reliable and accurate navigation capabilities, it is critical to distinguish between direct signal and multipath. At the same time, multipath reflections can be exploited as additional measurements for those cases where the number of direct path satellites is insufficient to compute the navigation solution. The paper develops a method for the identification of multipath reflections in received satellite signals: i.e., multipath is separated from direct signal and a line-of-site between the GPS receiver and a multipath reflecting object is determined. Once multipath reflections are identified, they can be used constructively for navigation. The method presented in the paper exploits an open-loop batch-processing GPS receiver, laser scanner and inertial navigation system (INS) to identify multipath reflections in received satellite signals. Experimental GPS, inertial and laser scanner data collected in real urban environments are applied to demonstrate identification of multipath reflections.     

基于FPGA的MEMS捷联惯性导航系统设计

针对石油、煤矿等特殊环境中对小型化捷联惯性导航系统的需求,设计并实现了基于现场可编程门阵列(FPGA)单芯片控制的微机电系统-惯性测量单元(MEMS_IMU)小型化捷联惯性导航系统。系统采用ADI公司的MEMS_IMU作为惯性器件,主控芯片使用Cyclone III系列FPGA,采用可编程片上系统(SOPC)工作模式,最终制成尺寸4cm×11cm的捷联惯导系统。系统实现了数据采集、误差补偿、导航解算以及与上位机通信等功能。实验结果表明,系统能满足在钻井等小尺寸测量环境中使用,连续姿态变换过程中姿态误差小于2°,实现稳定工作。     

Performance Enhancement of MEMS-Based INS/GPS Integration for Low-Cost Navigation Applications

The relatively high cost of inertial navigation systems (INSs) has been preventing their integration with global positioning systems (GPSs) for land-vehicle applications. Inertial sensors based on microelectromechanical system (MEMS) technology have recently become commercially available at lower costs. These relatively lower cost inertial sensors have the potential to allow the development of an affordable GPS-aided INS (INS/GPS) vehicular navigation system. While MEMS-based INS is inherently immune to signal jamming, spoofing, and blockage vulnerabilities (as opposed to GPS), the performance of MEMS-based gyroscopes and accelerometers is significantly affected by complex error characteristics that are stochastic in nature. To improve the overall performance of MEMS-based INS/GPS, this paper proposes the following two-tier approach at different levels: 1) improving the stochastic modeling of MEMS-based inertial sensor errors using autoregressive processes at the raw measurement level and 2) enhancing the positioning accuracy during GPS outages by nonlinear modeling of INS position errors at the information fusion level using neuro-fuzzy (NF) modules, which are augmented in the Kalman filtering INS/GPS integration. Experimental road tests involving a MEMS-based INS were performed, which validated the efficacy of the proposed methods on several trajectories.      

一种用于InSAR/INS组合导航的姿态角反演方法

平台的姿态信息对导航十分重要,但合成孔径雷达辅助惯导系统无法获得平台的姿态信息,单天线GPS（Global Positioning System）无法完成姿态测量的需求.针对以上问题提出基于条纹匹配的干涉合成孔径雷达辅助惯导的组合导航方法,该导航方法中干涉合成孔径雷达系统对平台的姿态角比较敏感,可以高精度地反演平台的姿态信息.本文通过分析平台的姿态误差对定位误差的影响,建立姿态角反演模型,根据条纹匹配得到的定位偏移结果,利用Levenberg-Marquardt（LM）算法求解非线性方程组完成平台姿态角的反演.最后通过仿真和干涉合成孔径雷达实际数据验证了姿态角反演模型的有效性.     

Experimental study on the estimation of lever arm in GPS/INS

Lever-arm uncertainty can be an important error source in the integration of the Global Positioning System (GPS) and inertial navigation system (INS). This paper presents both numerical and experimental studies on the estimation of the lever arm in the integration of a very-low-grade inertial measurement unit (IMU) with an accurate single-antenna GPS measurement system. Covariance simulation results showed that maneuvers play an important role on the estimation of the lever arm and attitude. The length of the lever arm has a rather insignificant effect on the estimation of these. Experimental tests conducted with a low-cost microelectromechanical system (MEMS) IMU and a carrier-phase differential GPS (CDGPS) measurement system showed that the lever arm can be estimated with centimeter-level accuracy. The test results confirmed that angular motions and horizontal accelerations improve the estimates of the lever arm and yaw angle, respectively.     

惯性/卫星导航系统实际导航性能评估算法

针对惯性/卫星组合导航进行实际导航性能(Actual Navigation Performance,ANP)评估,是保证飞机所需导航性能(Required Navigation Performance,RNP)及航空运行安全的关键。提出了惯性/卫星组合导航系统实际导航性能评估算法,从卡尔曼滤波器位置协方差矩阵开展分析,结合导航数据二维高斯分布特性,求解出标准误差椭圆。根据概率分布特性,将误差椭圆转换为95%概率误差圆,进而计算出ANP值。最后惯性/卫星组合导航数据进行仿真验证。结果表明,方法切实可行,且便于工程实践。     

基于MEMS惯导的机载两轴稳定平台方案

动中通天线平台往往基于不同姿态数据输入的解算直接影响天线伺服控制系统的响应速度,最终影响天线系统最终的跟踪精度,惯导设备欧拉角、角速度的精度、输出频率、系统转发延迟等均对最终的跟踪精度有较大影响。文章针对卫星天线基于载机惯导的稳定模型分析,构建了基于自带惯导的基于MEMS陀螺的两轴稳定平台,并对稳定平台模型、控制进行分析,实验验证。     

火箭弹MEMS陀螺捷联惯导系统

火箭弹正朝着远程化、精确制导化方向发展,制导装置是其中的核心.该文采用微机电系统(MEMS)陀螺、石英挠性加速度计、高动态GPS接收机、高速导航计算机等硬件及捷联惯性导航和卡尔曼滤波算法,研制了小型捷联惯性/GPS组合导航系统.该组合导航系统具有体积小,精度高,成本低等特点,试验表明该惯导系统可以满足增程火箭弹制导要求.