多传感器组合导航系统性能评估

在民航基于性能的导航(PBN)运行中,组合导航系统的导航性能决定飞机是否可以在相应导航规范要求下的航路上飞行,是实施PBN的关键。以DME/DME/IRS组合导航系统为例,提出机载组合导航系统导航性能的评估思路与方法,利用卡尔曼滤波及二元高斯分布概率计算的手段确定导航系统的定位性能,并对该方法进行仿真验证。结果证明,该方法实时性好,可以评估不同完好性要求条件下的导航定位精度,方法切实可行,便于计算。     

基于多假设解分离算法的BDS/SINS紧组合完好性监视

完好性是民航基于性能的导航（PBN）运行的关键性能要求,是导航安全性的重要支撑。北斗导航系统（BDS）/惯性导航系统（SINS）紧组合导航系统将SINS信息加入到完好性监视中,增加了冗余信息,通过多假设解分离算法进行故障卫星的检测与隔离,满足民航特定飞行阶段高完好性要求。论文利用BDS接收机接收到的BDS卫星数据,通过设置飞行轨迹,模拟卫星故障,对BDS/SINS组合导航系统的完好性算法进行测试验证。实验结果表明,基于多假设解分离方法的BDS/SINS紧组合导航系统可以较好地实现故障卫星的检测与隔离,保护限计算符合预期。     

惯性基高精度组合导航方法研究与仿真

研究了一种基于捷联惯性导航系统(SINS)的高精度组合导航方法;选取SINS的系统误差作为组合导航系统状态,利用天文导航系统(CNS)输出的姿态矩阵和SINS输出信息计算得到的等效姿态矩阵来构造量测,设计SINS/CNS组合导航算法;利用SINS与北斗卫星导航系统(RDSS)各自的位置输出构造量测,设计SINS/RDSS组合导航算法,从而,利用联邦卡尔曼滤波技术设计SINS/CNS/RDSS组合导航算法;仿真结果表明,惯性基SINS/CNS/RDSS组合导航方法具有较高的导航定位精度,工程应用前景良好。     

基于半实物仿真平台的组合导航评估系统设计

导弹弹载组合导航系统的测试评估实现难度大,现有数字仿真和实弹飞行试验难以兼顾准确度、有效控制开发成本和研制进度要求.设计了一套基于半实物仿真平台的组合导航评估系统,通过仿真计算得到导弹运动轨迹数据,控制GNSS模拟器仿真生成GNSS信号,利用三轴转台和加速度计电流注入技术模拟角运动和线运动环境,在对采集到的真实IMU和GNSS接收机输出数据进行同步的基础上,实现实时组合导航算法并对导航结果进行分析评估.该系统可以获得最接近真实情况的测试效果,大幅降低研制成本,是一种理想的弹载组合导航评估系统.     

多导航传感器系统实时在线性能评估算法研究

从实际工程应用的角度出发,提出了多套导航系统存在情况下的导航系统性能实时在线评估算法。对同类测量导航系统采用加权最小二乘算法以得到一套更高精度的测量信息,在此基础上,利用开环卡尔曼滤波分别对惯导系统实现实时信息融合,再对单独融合后的导航结果进行加权处理得到最终的融合导航结果,并以此作为导航系统性能评价的基准和实现对导航系统的在线故障检测。通过实时仿真结果表明:应用该算法对导航系统进行评估,能够在不增加系统本身负担的情况下,具有较高的性能评价精度,是一种切实可行的方法。     

实时图像匹配辅助无人机导航研究

针对GPS/INS组合导航系统在抗干扰性和精度上不能完全满足无人机导航系统要求的问题,利用实时图像匹配辅助无人机导航的方法进行仿真研究.首先,对输入图像进行目标识别定位,为了满足系统的实时性要求,研究采用光电混合联合变换相关器进行实时图像匹配,仿真结果表明,目标的识别定位精度小于两个像素,能够为无人机提供精确的导航信息;再根据摄影测量原理计算导航信息中的位置和姿态角信息;最后,将匹配定位得到的导航信息通过Kalman滤波器与惯导系统解算的导航信息进行信息融合,仿真结果表明,滤波后导航信息的误差均获得了较明显的收敛,提高了无人机导航系统的抗干扰性和导航精度.     

天文-惯性组合导航技术在高空飞行器中的应用

综述了天文-惯性组合导航在高空飞行器中的应用和发展概况,在分析了国内外装载天文导航系统(CNS)/惯性导航系统(INS)的航空飞行器基础上,从工作环境、组合模式、导航解算等方面分析了CNS/INS的技术性能,指出CNS-INS组合导航更适用于执行长航时、高空飞行的航空飞机,能够满足航空飞行器对高精度导航系统的需要.概括了CNS/INS导航的特有优点,提出了发展CNS-INS组合导航的必要性,讨论了今后机载CNS-INS组合导航技术的研究发展方向.     

组合导航后验方差异步融合算法

当组合导航系统在工作中对各个导航系统提供的信息进行融合计算时会出现导航数据异步到达的现象,传统的组合导航异步融合算法在处理这种情况时会产生较为明显的误差.针对这一问题,设计基于组合导航后验方差异步融合算法解决组合导航系统中出现的信息异步融合计算问题.首先改进系统噪声和量测噪声,使其在数学表达上满足互不相关性要求;然后通过求解后验均值计算出后验方差,建立状态一步预测值计算方法;最后基于上述结果设计组合导航系统的后验方差异步融合算法方程组.仿真结果表明,相比传统的组合导航融合算法,提出的组合导航后验方差异步融合算法可以有效减少因导航系统信息异步到达而引起的融合计算误差,有效提高组合导航系统的导航精度.     

BDS/SINS紧耦合组合导航技术仿真研究

研究北斗卫星导航系统定位精度优化问题.由于单一北斗系统不能满足飞行器导航要求,为了增强系统可靠性、实时性和抗干扰能力,针对卫星系统导航信号通视性差、易失锁和数据更新频率低等问题,提出了机载紧耦合BDS/SINS组合导航技术.对BDS和SINS的误差模型进行分析,构造了利用伪距和伪距率的状态方程和量测方程.仿真结果表明,紧耦合组合导航系统精度和可靠性更高,在少星条件下仍能满足载体导航需求,并弥补了BDS单一导航的不足.     

弹道导弹惯性/双星/天文组合导航系统研究

弹道导弹飞行特点对其导航系统提出了较高的技术要求,因此提出一种惯性/双星/天文组合导航方案对弹道导弹实时估计和修正导航误差,提高导航精度,该组合导航方案以惯性导航系统与天文导航系统的姿态角差值、惯性导航系统与双星定位导航系统的位置差值作为观测量,建立弹道导弹导航系统的数学模型和观测方程,以无反馈模式联邦滤波器在线估计弹道导弹导航参数误差值.通过计算机仿真并分析仿真结果:和惯性导航系统相比较,这种组合导航系统可以提高弹道导弹导航精度,适合弹道导弹组合导航.     

卫星导航定位误差仿真分析

卫星导航定位系统被广泛应用于军事、工业和民用等各领域。计算机仿真方法是研究导航系统性能的一种重要手段。文章从卫星导航测量原理出发,介绍了使用最小二乘估计方法来进行单点定位的卫星导航的仿真定位方法。完成了汽车、飞机、轮船三种载体的运动轨迹的建模,并针对载体的位移、速度的定位误差进行仿真分析。为探索位移误差变化规律,并验证定位误差仿真模型有效性,对卫星屏蔽角、电离层误差、对流层误差多径效应等因素变化进行仿真。并对汽车、飞机和轮船三种载体在运动状态下,可观测到的卫星数量、电离层和对流层延迟以及多径效应引起的误差对卫星导航精度存在影响,进行了仿真对比。结果表明,可观测到的卫星数量、电离层和对流层延迟以及多径效应对卫星导航精度影响较大,载体运动对卫星导航精度影响较小。     

惯导/里程仪组合导航系统算法研究

惯导系统误差随着导航时间而增长,而里程仪测量误差一般随着运载体行驶距离而增加,惯导系统和里程仪具有互补性,推导了简化的惯导/里程仪组合导航系统的卡尔曼滤波方程,研究了里程仪刻度系数误差校正的方法,并提出了里程仪打滑和滑行故障的判断准则,仿真结果表明：经过里程仪刻度系数校正后,组合导航系统能有效提高定位精度,并且具备一定的容错能力.     

低成本IMU/GPS组合导航系统设计

纯惯导数据自主性强、更新率高、实时性好,但系统误差会随时间积累。GPS将误差限制在一定范围内,但数据更新较慢,易受外界干扰。以IMU、GPS和磁航向计构成的低成本组合导航系统已成为目前研究的热点。本研究构建了低成本小型航姿系统。为了更好地满足工程需要,增强系统的实时性,考虑到时间延迟对系统的影响,设计10维卡尔曼滤波器用于导航计算,实测跑车并对数据进行仿真。初步结果表明,所构建的组合导航系统精度和稳定性均满足导航要求。     

基于单领航者相对位置测量的多AUV协同导航系统定位性能分析

自主水下航行器 (Autonomous underwater vehicle, AUV) 的协同导航是解决水下导航定位问题的重要方法, 其中导航系统的定位误差增长特性是衡量其定位性能的关键指标. 本文针对单领航者相对位置测量的多 AUV 协同导航系统, 利用扩展卡尔曼滤波方法建立了导航系统的整体定位误差关于相对位置量测误差的传递方程. 在此基础上, 通过求解系统定位误差随时间演化的代数黎卡提方程, 得到了其在稳态情形下的方差上界估计. 理论分析表明, 单领航 AUV 协同导航系统的整体定位误差有界收敛且与初始化滤波方差无关, 具有良好的综合性能. 最后, 仿真实例验证了文中理论分析结果的正确性.     

基于地球坐标系的全球惯性导航与组合导航方法

包含高纬度极区的全球导航是现代民用和远程军用飞机对导航系统的重要要求。极区地理环境的特殊性导致常规的指北方位惯导算法在极区不适用。针对全球导航中极区与非极区惯导算法不统一的问题,提出了以基于地球坐标系的惯导机械编排为内核,导航参数在地理坐标系和格网坐标系输出的全球导航方法。针对长航时惯导系统存在的误差累积问题,设计了基于地球坐标系的惯性/卫星紧组合导航滤波器。仿真实验表明,基于地球坐标系的惯导算法在极区与非极区的算法性能分别与格网算法和指北算法一致,惯性/卫星紧组合导航有效提升了导航精度。     

基于NARX神经网络辅助组合导航方法研究

为解决短时全球导航卫星系统(GNSS)失效造成车载组合导航系统导航精度下降的问题,提出一种NARX神经网络辅助的组合导航方法。对神经网络辅助导航的原理进行了分类,并分析了神经网络可利用的输入输出信息,提出一种根据惯性测量单位(IMU)测量信息和惯性导航解算信息对GNSS位置速度增量进行预测的方法。通过实测数据实验验证了方法的有效性,GNSS失效60 s期间,导航最大位置误差5.1 m、最大速度误差0.15 m/s。     

无人机多传感器组合导航系统仿真研究

惯性导航系统受到陀螺和加速度计误差的影响,导航定位误差随着时间累积甚至发散.解决惯导系统误差累积的有效方法是采用组合导航系统.随着其他导航系统性能的不断提高,以惯导系统为中心,其他导航系统为辅助的组合导航系统是目前的研究热点.给出了一种以惯导系统为主,GPS和磁航向传感器为辅的多传感器组合导航系统,并对该组合导航系统进行了仿真研究.通过对仿真结果进行分析,验证了所提出的组合导航系统能够满足无人机导航任务的要求并且具有良好的稳定性.     

惯导系统辅助CSS的室内定位方法

提出一种惯性导航系统INS(Inertial Navigation System)辅助线性调频扩频CSS(Chirp Spread Spectrum)的高精度室内定位方法.首先设计了基于MPU9250多轴传感器的惯性测量单元IMU(Inertial Measurement Unit),利用数字运动处理(DMP)数据库经四元数解算可求得准确稳定的航向角,由于MPU9250自带的磁力计,规避了航向角的累积误差问题.随后在分析CSS非视距定位误差基础上,提出了基于三角形三边准则的选星方法,有效降低了室内复杂环境下非视距的影响;最后利用扩展卡尔曼滤波对惯导系统与CSS定位进行融合,以输出稳定、准确的定位结果.通过在50 m×20 m的地下车库实验分析比较,结果表明:惯导与CSS单独定位的平均误差分别为0.3456 m、0.3659 m,本文组合导航方法平均误差为0.158 l m,较前两种单一的定位方式性能提高了50%以上,该方法降低了定位的成本,系统实现复杂度降低,定位精度提高.     

基于加权几何精度因子(WGDOP)的地基导航系统评价方法

为了评价卫星导航系统中位置估计的性能,GDOP作为一种衡量测量误差和定位误差之间几何关系的评价方法被广泛应用;由于地基导航系统各个单元的测量误差不同,且受用户距离影响不可忽略,需要对与距离有关的评价标准进行研究;因此,提出使用WGDOP代替GDOP作为评判标准,从分析地基导航系统误差方差入手,对WGDOP表达式进行详细分析,通过系统比较两种定位因子,说明采用WGDOP作为地基导航系统基站布设评价标准,准确性高;研究结果表明,采用加权几何精度因子作为评价标准,可以更适应地基导航系统的实际使用环境,对系统定位性能进行更精确的评价,对精度因子评估有明显改善。