SINS/GPS组合导航系统Kalman滤波仿真研究

为提高捷联惯导系统SINS和全球定位系统GPS的精度和可靠性,研究了SINS和GPS的原理,建立了SINS/GPS系统的状态方程和位置速度误差量测方程;并采用卡尔曼滤波算法实现了SINS/GPS的组合导航.Matlab仿真结果证明,采用Kalman滤波实现SINS/GPS组合导航,其精度得到大大提高;且采用SINS/GPS组合导航系统,克服了SINS惯性导航难以长时间独立工作的缺点,解决了GPS易失锁、难以实时控制的不足,保证了导航系统的实时性及较高的精度和可靠性.     

基于GPS/SINS/里程计的车载组合导航研究

GPS/SINS组合导航系统虽然能很好地解决惯导系统的误差累积问题,但当GPS信号失效时,GPS/SINS组合导航系统不能正常工作或导航能力急剧降低。为提高车载松组合导航系统的精度和完整性,提出在GPS失效时采用OD(里程计)辅助SINS实现导航,推导出所需的GPS/SINS组合导航滤波方程和OD/SINS组合导航滤波方程,并进行地面车载试验。实验结果显示在GPS短时失效时,OD/SINS组合导航具有较高导航精度。     

GPS/SINS/Odometer组合导航系统的研究

针对全球定位系统(GPS)和捷联惯性导航系统(SINS)组成的车载导航系统在GPS失效时精度会快速下降的问题,提出了GPS/SINS/Odometer(里程计)组合导航定位系统,采用联邦卡尔曼滤波对SINS进行误差估计并作反馈校正。当GPS无效时,就可以使用里程计辅助SINS。实验结果表明,在GPS失效的时间段内,该组合系统可以有效地抑制SINS的误差发散,并将其误差限制在较低的水平,保证了组合导航系统的精度与可靠性。     

SINS/GLONASS/GPS组合导航系统的故障检测研究

为了避免由于应用过多的卡尔曼滤波器在组合导航系统中所带来的一系列问题,提出了一种应用SINS/GLONASS/GPS组合导航信息进行故障诊断的新方案。在总体设计了SINS/GLONASS/GPS组合容错导航系统方案的基础上,从理论上证明了该方案的可行性。SINS/GPS/GLONASS容错导航系统大大增强了系统的可用性和自主完备性,同时,提高了系统的联合定位精度。     

一种应用磁强计提高导航系统航向精度的方法

针对静止与匀速运动状态下低成本SINS/GPS组合导航系统航向角可观性差的问题,采用磁强计与低成本SINS/GPS构成新的组合导航系统,以提高系统的航向精度.给出了完整的组合导航系统卡尔曼滤波模型,利用Simulink进行了仿真实验.仿真结果表明:在静止与匀速运动状态下,SINS/GPS组合导航系统航向角误差发散,而SINS/GPS/磁强计组合导航系统的航向角有效收敛.利用某型系统进行了静态实验,实验表明:在传感器精度较差的条件下,SINS/GPS/磁强计组合系统航向角仍可以有效收敛,收敛后姿态角误差标准差小于0.2.静态实验验证了该方法在实际应用中的有效性.     

卫星信号失效条件下SINS/GPS不同组合方式的性能比较

为了研究卫星信号失效对SINS/GPS松组合导航系统和紧组合导航系统导航性能的影响,在分析惯导系统误差方程的基础上,给出了基于卡尔曼滤波的松组合和紧组合数学模型,构建了两种组合方式的仿真平台。仿真结果显示,SINS/GPS紧组合导航系统的精度要明显优于松组合导航系统,且在卫星信号失效导致可见星数目少于4颗甚至仅有1颗时,SINS/GPS紧组合依然能够保持组合模式,并可提供高于单一惯性导航系统的导航精度,说明了SINS/GPS紧组合方式具有较高的精度和可靠性。     

低成本SINS/GPS组合导航系统方案

低成本捷联惯性导航系统SINS、GPS硬件和相应的组合导航算法已经开始成熟,但仍然缺少简单可行的、完整的组合系统方案.针对低成本SINS\GPS组合导航设计了一套完整的方案.首先利用GPRS和TCP/IP通信链路实时传输GPS差分数据,提高GPS定位精度.用计算机串口接收SINS\GPS数据,并利用计算机时间使SINS和GPS数据同步.然后给出了SINS速度和位置更新的简化算法,由于低成本SINS无法确定航向角,所以使用SINS自带的姿态和航向参考系统输出的航姿信息.最后阐述了方案采用的组合导航数据融合卡尔曼滤波模型,并以RTK定位数据为参考真值进行了车载实验,实验表明组合系统更加稳健,定位精度明显提高.     

GPS/SINS紧组合导航系统信息融合技术研究

为了提高复杂环境条件下导弹的导航精度,以GPS/SINS紧组合导航系统为研究对象,首先研究了GPS/SINS紧组合导航系统的数学模型;然后对扩展卡尔曼滤波和无迹卡尔曼滤波的算法进行了详细的分析;最后将这两种滤波算法应用到GPS/SINS紧组合导航系统中。系统仿真结果表明,UKF在位置、速度的估计精度上均优于EKF,并且UKF具有更好的稳定性和收敛性。     

SINS/GPS/BDS紧耦合系统研究

随着北斗卫星组网的推进,SINS/GPS/BDS组合导航系统应用前景广阔。针对SINS/GPS/BDS紧耦合系统,首先研究了紧耦合系统的卡尔曼滤波算法,在此基础上与松耦合系统、纯惯导进行比较,对SINS/GPS/BDS紧耦合系统性能进行仿真研究,最后利用残差检验法对紧耦合系统的故障检测性能进行了仿真;结果表明,紧耦合系统具有优越的性能,采用紧耦合系统能扩大组合导航系统的应用范围,便于故障检测。     

SINS/GPS组合导航系统自适应扩展Kalman滤波

对于低成本SINS/GPS组合导航系统,由于惯性器件的精度较低,通常情况下的SINS误差模型估计不准确,甚至使滤波器发散,为此提出根据姿态四元数的SINS误差估计模型,该模型不需要对初始姿态进行赋值。为在观测噪声未知的情况下估计SINS误差,通过结合序贯处理与Kalman滤波算法,提出一种自适应扩展卡尔曼滤波方法,该方法可以同时进行序贯处理和观测噪声估计。仿真实验结果表明,该方法可以消除过程噪声方差和观测噪声方差不确定造成的影响,提高了SINS/GPS导航系统的性能。     

MEMS SINS-GPS组合导航系统设计

为实现满足中低精度要求的低成本导航系统,选用MEMS惯性传感器研制了捷联式惯性导航系统(SINS);针对MEMS惯性传感器噪声较大和惯性导航系统误差随时间迅速累积的问题,利用小波对MEMS陀螺信号进行了降噪处理,并采用SINS-GPS卡尔曼滤波组合导航系统以消除惯导系统的误差累积,输出较高精度的速度、位置信息.对SINS和组合导航系统进行了仿真实验,实验结果表明所建系统的长时间导航性能有一定改善.     

基于神经计算的GPS／SINS组合导航滤波器设计

将线性二次型最优化方法与Ｈｏｐｆｉｅｌｄ神经网络相结合，研究了一种基于神经计算的滤波算法。而且，将算法应用于全球定位系统（ＧＰＳ）与捷联惯导系统（ＳＩＮＳ）的组合导航，通过计算机仿真，与卡尔曼滤波算法结果进行了比较，说明了该滤波算法的有效性和实用性。     

一种基于TMS320 C6713的捷联惯导系统设计

为适应目前捷联惯性导航系统（ SINS）实时性好、速度快、精度高、小型化、低功耗发展需求,设计一种DSP＋FPGA的捷联惯导系统平台,采用FPGA完成传感器数据采集与控制;采用高性能TMS320C6713 DSP为核心处理器完成航姿解算;介绍了FPGA与DSP数据交互关系;DSP程序采用C语言和汇编语言编写,FPGA设计采用VHDL语言描述;实验证明：设计可行,姿态角误差在0.05°范围内,精度符合设计要求。     

基于DSP与FPGA的嵌入式组合导航计算机系统设计

为了满足SINS/GPS组合导航系统高精度、低功耗、小型化的需求,设计出基于DSP和FPGA架构的嵌入式导航计算机平台。首先,描述了导航计算机系统的总体架构,提出了导航计算机硬件总体设计方案,并阐述了导航信息处理模块和数据采集通信模块;其次,设计了Kalman组合滤波器,描述了组合导航系统软件流程;最后,进行样机实证试验。实验结果表明,该系统可以实时高效完成外围传感器信息数据采集、实时导航解算、Kalman滤波、上位机的指令读取等任务,满足SINS/GPS组合导航系统对导航计算机的性能需求。     

基于ARM和DSP的组合导航系统设计

设计并实现了基于ARM和DSP的SINS/GPS组合导航系统;该系统采用DSP作为导航解算计算机,完成导航数据的快速的融合与解算处理;采用ARM处理器作为上位机,完成导航系统的数据存储、显示与输入输出接口控制等功能;重点完成了光纤陀螺和加速度计的高精度数据采集以及ARM与DSP之间的通信接口的设计,并根据系统的硬件配置,设计并实现了组合导航系统的卡尔曼滤波器;最后进行了车载试验,试验数据分析结果表明该组合导航系统可以获得理想的导航精度,验证了导航系统软、硬件设计的正确性和可靠性.     

微机械陀螺在组合导航系统中的应用

介绍了基于iMEMS技术的速率陀螺芯片ADXRS300,研究了以ARM处理器为核心的GPS/SINS组合导航系统的结构及其各部分功能,给出了基于角速度测量、加速度测量和GPS定位的组合导航系统设计方案。     

扩展卡尔曼滤波在组合导航中的应用

松组合导航中,采用组合导航系统(SINS)误差作为状态量,用SINS解算的位置和速度与全球定位系统(GPS)测量的位置速度之差作为量测信息.为了提高组合导航的精度在松组合导航中应用扩展卡尔曼(EKF)滤波算法,通过仿真对载体轨迹的速度、姿态、位置进行跟踪.仿真结果表明:在仿真进入8 min之后系统进入稳态,能准确跟踪载体.因此,采用基于EKF的非线性滤波能有效跟踪载体的位置、速度和姿态.     

基于DSP的光纤捷联惯导系统设计与实现

介绍了一种基于DSP的光纤陀螺捷联惯导系统的设计与实现方法;系统采用DSP+MCU的体系结构,DSP主要完成导航计算,利用单片机实现对数据采集模块的控制,并通过双口RAM实现单片机和DSP的数据通信,构成了一套小型捷联惯导系统,同时给出了一种捷联惯导算法编排,简要介绍了SPI通信和TMS320C6713的二次bootloder方式;经测试,系统速度和精度都满足了设计要求,已应用于实际系统。     

基于双CPU的多传感器组合导航系统研究

以单片机+DSP双CPU导航计算机构成的嵌入式硬件平台为基础,开展了磁航向辅助的捷联惯导/GPS组合导航系统的研究。采用八位置标定算法消除环境磁场对磁航向计的干扰,提高输出精度;多传感器的信息融合采用低阶卡尔曼滤波器,以满足导航系统导航精度和实时性的要求。针对双CPU导航计算机的特殊结构,设计出了整个导航程序时序控制流程,以实现多传感器数据采集的同步性和实时性。给出了数据采集周期和导航解算周期的时序控制以及双CPU之间的实时数据通信的实现流程,最后,通过实物联调验证了该方案设计是完全可行的。     

基于IIR的数据同步方法在组合对准中的应用

为了解决捷联惯性导航系统(Strapdown Inertial Navigation System,SINS)与全球定位系统(Global Positioning System,GPS)的组合对准过程中两者提供数据不同步问题,提出一种利用数字滤波器实现运载体高精度组合对准新方法。根据SINS解算速度的误差特性和GPS离散输出的速度信息,利用IIR高通滤波器滤除SINS与GPS提供的速度差值中存在的舒勒周期、傅科和地球周期,并将滤波后的速度与GPS提供的速度进行再次叠加得到载体准确速度。将载体准确速度与捷联惯导系统解算速度作差后视为系统观测量,采用卡尔曼滤波技术实现系统的组合对准。仿真结果表明了该方法的有效性。