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MEMS-SINS/GPS的组合导航系统设计

针对小型无人机导航系统低成本、微小型、高效性的特点,提出了基于捷联惯导(SINS)\卫星定位(GPS)的组合导航系统设计方案,深入研究了组合导航系统的关键技术;分析了MEMS传感器误差对导航系统的影响,建立了系统误差模型;采用利于工程实现的基于位置、速度误差作为状态向量,以松耦合方式进行集中式Kalman滤波,对SINS/GPS信息进行融合,避免了传统SINS系统状态模型非线性,滤波器设计困难的问题;最后对系统进行了仿真;仿真结果表明,该组合导航系统成功抑制了SINS系统的积累误差,提高了导航精度与可靠性,具有广阔的应用前景。     

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。     

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。     

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。     

自适应联邦卡尔曼滤波在机器人组合导航系统中的应用研究

利用里程计(OD)与全球定位系统(GPS)辅助捷联惯性导航系统(SINS)构成一种高可靠性的组合导航系统.推导并建立了局部滤波器的数学模型,并针对联邦滤波器在载体发生异常扰动时滤波精度较低的问题,设计了基于SINS/GPS/OD组合导航系统的自适应联邦滤波器,有效补偿了系统异常扰动或动力学模型误差.仿真模拟了机器人的全航线运行轨迹进行验证,仿真结果表明,SINS/GPS/OD组合导航系统的自适应联邦卡尔曼滤波算法与相同组合导航系统的非自适应联邦卡尔曼滤波算法相比,在保障机器人导航定位可靠性及容错能力的前提下,能有效抑制异常扰动的影响,导航精度得到进一步改善.     

GPS/SINS组合导航系统与实现

GPS/SINS(捷联惯性导航系统)组合导航系统是目前较为理想的导航定位系统并在许多领域得到广泛的应用;针对GPS/SINS组合导航系统的实际工程应用背景,建立了该组合导航系统的状态方程与量测方程,设计了组合导航系统的降阶卡尔曼滤波模型以及闭环修正卡尔曼滤波模型;为了验证上述模型,进行了相关的静态试验与动态试验,各导航参数的试验变化曲线证明:该系统模型可行,组合系统的精度完全满足实际需要.     

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.     

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。     

基于双DSP的SINS/GPS组合导航计算机系统

为满足SINS/GPS组合导航系统对实时性、精度的要求,设计了一种基于双DSP的高性能SINS/GPS组合导航计算机系统。本系统按功能划分为数据传输子系统和导航计算子系统。选用高性能数字信号处理器TMS320F28335(DSP1)和TMS320C6713(DSP2)分别作为数据传输子系统,导航计算子系统的核心处理器;两子系统之间通过双口RAM实现高速可靠通信。系统通过扩展外部接口实现对惯性组件数据,GPS数据实时采集,并输出导航参数,具有很强的实时性。     

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。     

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。     

SINS/GPS／陆标组合导航在平流层飞艇中的应用

针对平流层飞艇的飞行特点，本文提出了SINS／GPS／陆标组合导航方法，给出了SINS／陆标组合导航的观测模型，并将改进的Sage—Husa自适应滤波方法与联邦滤波相结合，用于SINS／GPS／陆标组合导航系统。数学仿真结果表明：新组合导航方法相对于SINS／GPS组合导航系统，可以有效改善平台误差角的估计精度，同时利用改进的自适应联邦滤波可有效提高全局滤波精度。     

基于ARM的移动机器人组合导航系统设计与实现

为了实现室外自主移动机器人的导航定位需求,利用微惯性测量单元(MIMU)和全球卫星定位系统(GPS)接收机,设计并实现了一种基于ARM Cortex M4内核的SINS/GPS组合导航系统。详细介绍了系统硬件组成、软件结构,并在此基础上实现了Kalman滤波的SINS/GPS组合导航算法。将该组合导航系统安装于旅行者II移动机器人,采用差分GPS对组合导航系统性能进行评估。实验结果表明:该系统具有较高的精度,达到了设计要求,具有良好的实用性。     

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。     

MEMS-SINS/GPS组合导航系统设计

针对我国军用和民用领域对微小型组合导航系统的迫切需求,提出了基于MEMS技术的SINS/GPS组合导航系统方案。为设计低成本、小体积、低功耗、高精度、高稳定性的组合导航系统,对微小型组合导航系统进行了研究,设计了传感器模块电路、数据处理电路和串口通信电路。基于ARM芯片STM32F401RE进行了硬件设计,根据卡尔曼滤波算法设计了组合导航系统的软件和位姿估计算法。测试结果表明,所设计的组合导航系统满足导航精度要求。     

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.     

基于MEMS技术的车载组合导航系统研究

针对当前车载GPS导航仪实时性和可靠性差的问题,设计出一种基于MEMS技术的低成本车载GPS/MIMU/GIS组合导航系统,建立了GPS/MIMU组合系统的误差模型,对该模型进行了计算机仿真研究,并运用地图匹配算法对GPS/MIMU/GIS导航信息误差进行修正;跑车试验表明,该组合导航系统成本低、精度高,可靠性强,特别适合于军用和民用车辆的导航定位。     

DSS/SINS组合导航实时滤波仿真

北斗双星定位系统的定位原理决定了其存在导航定位实时性较差的缺点。为了解决双星定位实时性差的问题，提出了一种新的北斗双星／SINS组合导航实时滤波方法，即对双星定位的静态误差进行建模，将静态误差模型作为其动态误差的残差模型与双星定位时间延迟随机常数一起扩充为组合导航滤波器的状态变量，然后对北斗双星／SINS组合导航系统进行状态估计的滤波方法。通过计算机仿真，结果表明该实时滤波方法能够更好地解决北斗双星／SINS组合导航在实际工程应用中定位实时性较差的缺点，从而提高了组合系统的导航精度，对北斗双星／SINS组合导航系统的实际应用有重要的参考价值。     

高动态GPS/INS组合导航中时间延迟软硬件 补偿算法研究

为了解决高动态条件下GPS/INS组合导航中由于两种导航系统时间异步,卫星导航信息滞后导致导航精度下降的问题,分别提出了利用GPS串口延迟时间段内SINS解算出的导航信息变化量来补偿延迟段内误差的硬件补偿方案和基于卡尔曼滤波对SINS频漂进行估计,采用多项式拟合得到融合点处的SINS计算伪距的软件补偿方案.通过建立模型完成了对SINS频漂量及其他误差量的闭环滤波估计及修正.设计了高动态飞行仿真试验,试验结果表明:补偿后的组合导航系统水平位置精度达到±0.12′;速度稳定后精度达到0.45 m/s.该方法缩短了误差的收敛时间,抑制了飞行状态突变的情况下滤波结果出现跳变剧烈等不利现象的发生,提高了组合导航系统的精度和性能.