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。     

极区机载SINS/CNS组合导航算法研究

针对极区“两高两低三复杂”特殊地理环境下,单独使用惯性导航系统无法满足载机全球长航时自主飞行导航精度要求的问题,提出基于格网框架的极区捷联惯性导航系统(SINS) / 天文导航系统(CNS)组合导航方案,并对SINS/CNS组合导 航系统在中低纬度与极区环境下的飞行进行仿真分析。仿真结果表明:中低纬度地区SINS/CNS组合方案同极区SINS/CNS组合方案导航精度基本一致,而且SINS/CNS组合导航在精度和性能等方面明显优于单独子系统,组合导航系统不仅有效抑制了陀螺漂移引起的误差,并且及时修正了系统输出的各项导航参数。     

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.     

基于偏振光辅助定向的车辆自主式导航方法研究

针对车载惯性导航系统运动学辅助算法中, 航向角误差发散,无法长时间得到高精度、高可靠性导航参数的问题,提出一种基于大气偏振光分布规律高精度定向的运动学辅助惯导精度提高算法。通过车载偏振光传感器系统测量解算获得的航向角信息和车辆动态数学模型提供的虚拟位置与速度观测量,与惯性导航系统的输出一起,利用多源信息融合技术进行导航参数的滤波估计,结果能实时反馈校正惯性导航系统和车辆动态数学模型。通过计算机仿真与分析表明,该改进的惯性导航系统辅助方法能够有效抑制航向角误差发散,定位精度较纯惯导及传统惯导运动学辅助方法显著增强,且对最终实现陆地作战车辆精确可靠的自主导航定位具有一定的工程应用价值。     

嫦娥三号着陆器动力下降的自主导航

嫦娥三号着陆器的月球动力下降过程是完全自主的,导航系统需要向制导与控制系统实时提供着陆器的位置、速度和姿态信息.考虑到月表起伏的不确定性,嫦娥三号采用了惯导组合激光测距仪和微波测距测速仪的自主导航方案.通过激光和微波测距的信息融合来修正惯导高度误差,通过微波测速的多波束组合来修正惯导的速度误差.在滤波方法设计上,从工程实用出发,采用了用函数近似的变系数滤波方法,并设计了随高度变化的门限对测量数据进行有效性检验.实际飞行数据表明该导航方法可靠、有效,保证了任务的圆满完成.     

组合导航中低成本磁航向系统的神经网络补偿

根据组合导航的特点,设计了低成本磁航向系统神经网络补偿方法。研究了磁航向系统的误差和补偿技术;在全球定位系统信号良好情况下,以捷联惯导/全球定位组合导航系统的航向信息为参考,使用卡尔曼滤波作为学习算法,建立多层前向神经网络模型补偿磁航向系统。实验结果表明,神经网络补偿方法将磁航向系统的航向角误差由±15°减小到约±1°,取得了明显的效果。     

基于单轴光纤陀螺的车载组合导航系统设计

针对陆上车辆导航定位设计了一种基于单轴光纤陀螺的简化惯导系统(Reduced Inertial Sensor System,RISS),该系统由一个单轴光纤陀螺、三个加速度计和一个倾角传感器组成。为获得较高精度的航向信息利用双天线GPS和RISS进行组合,构成双天线GPS/RISS组合导航系统,应用卡尔曼滤波技术实现数据融合,并进行仿真实验和跑车试验验证所设计系统的合理性。仿真实验结果证明双天线GPS/RISS组合导航系统与GPS/RISS组合导航系统相比,航向精度得到显著提升。跑车实验结果表明,设计双天线GPS/RISS组合导航系统的位置误差小于2m,航向角误差小于1°,能满足车载导航定位定向需求。     

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。     

长航时无人机惯性/天文组合导航算法研究

针对捷联惯导/GPS组合导航系统的抗干扰性差、捷联惯导/星敏感器组合系统不能解决惯导位置发散的问题,提出了一种采用捷联惯导与基于间接敏感地平的天文导航相组合的长航时无人机导航新方案。分析了最小二乘微分校正天文定位方法对无人机的定位原理,设计了组合导航的滤波器,推导了系统的观测矩阵。仿真结果证明,组合方法能较好地实现无人机的定位定姿,具有较强的抗干扰性和较高精度,可以满足长航时无人机导航系统的要求。     

基于卫星／平流层飞艇的区域导航系统设计

针对卫星/捷联惯导组合导航系统中卫星信号易受干扰的问题,为提高导航的精度和可靠性,提出了一种新的基于卫星和平流层飞艇的区域导航系统.根据区域导航平台,利用组合导航的模式,建立了同步卫星/捷联惯导/平流层飞艇组合导航的状态方程和量测方程,选取自适应联邦滤波算法作为组合导航的信息融合算法,形成联合滤波器,要以弥补卫星导航中信号易受影响的问题.最后设计开发了区域导航仿真系统,通过数字仿真表明,与卫星/捷联惯导组合导航系统相比,区域导航系统具有较高的导航精度和较好的可靠性.     

组合导航系统模拟器中的卡尔曼滤波设计

组合导航系统模拟器是飞行训练模拟系统的关键部件,在分别设计了惯性导航系统模拟器以及卫星导航模拟器的基础上,为了提高模拟器的真实性,针对如何实现两个系统最优组合,为其它系统提供准确可靠的导航数据的问题,参照现代飞机组合导航系统的组成结构及工作原理,设计了组合导航卡尔曼滤波器,建立了松组合和紧组合两种组合导航方式的方程和量测方程,并与纯惯性导航系统的结果进行对比分析,证明了所设计的组合导航系统卡尔曼滤波器的有效性.     

Nonlinear observer design for GNSS-aided inertial navigation systems with time-delayed GNSS measurements

Global navigation satellite system (GNSS) receivers suffer from an internal time-delay of up to several hundred milliseconds leading to a degeneration of position accuracy in high-dynamic systems. With the increasing interest in GNSS navigation, handling of time-delays will be vital in high accuracy applications with high velocity and fast dynamics. This paper presents a nonlinear observer structure for estimating position, linear velocity, and attitude (PVA) as well as accelerometer and gyro biases, using inertial measurements and time-delayed GNSS measurements. The observer structure consists of four parts; (a) attitude and gyro bias estimation, (b) time-delayed translational motion observer estimating position and linear velocity, (c) input delays for inertial and magnetometer measurements, and (d) a faster than real-time simulator. The delayed PVA and gyro bias estimates are computed using a uniformly semiglobally exponentially stable (USGES) nonlinear observer. The high-rate inertial measurements are delayed and synchronized with the GNSS measurements in the state observer. The fast simulator integrates the inertial measurements from the delayed state estimate to provide a state estimate at current time. The sensor measurements are carefully synchronized and the estimation procedure for the GNSS receiver delay is discussed. Experimental data from a small aircraft are used to validate the results.     

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.     

GPS多功能车载自主动态导航系统的研究与设计

GPS多功能车载自主动态导航系统是近几年得到飞速发展的新型的车载导航系统，文章介绍了GPS多功能车载自主动态导航系统的基本概念，阐述了车载路径导航系统的分类，对车载导航系统的组成进行了研究，对车载导航系统的主要模块进行了分析，提出了一种以GSM和集群方式复用信道进行通信，以GPS和DR组合导航形式导航的新型车载导航系统。     

基于移动长基线的多AUV 协同导航

基于扩展卡尔曼滤波（EKF）理论研究了多AUV 协同导航定位的移动长基线算法．移动长基线多AUV 协同导航结构中,主AUV 内部装备高精度导航设备,从AUV 内部装备低精度导航设备,外部均装备水声装置测量 相对位置关系,利用移动长基线算法融合内部和外部传感器信息,实时获取从AUV 的位置信息．建立了协同导航 系统数学模型,设计了EKF 协同导航算法,在各种测试情况下通过仿真验证了所推导的分析结果,对EKF 和几何 解方程算法的导航效果进行了比较．研究结果表明,以主AUV 作为移动的长基线节点时,通过EKF 算法可以显著 提高群体的导航定位精度．     

Image-based homing navigation with landmark arrangement matching

Many insects and animals exploit their own navigation systems to navigate in space. Biologically-inspired methods have been introduced for landmark-based navigation algorithms of a mobile robot. The methods determine the movement direction based on a home snapshot image and another snapshot from the current position. In this paper, we suggest a new landmark-based matching method for robotic homing navigation that first computes the distance to each landmark based on ego-motion and estimates the landmark arrangement in the snapshot image. Then, landmark vectors are used to localize the robotic agent in the environment and to choose the appropriate direction to return home. As a result, this method has a higher success rate for returning home from an arbitrary position than do the conventional image-matching algorithms.     

一种车道导航的方法

本文发明了一种车道信息导航的方法。该方法首先从导航路线的引导信息中提取车道信息,然后根据目标引导点和关联引导点之间的位置关系,向用户推荐最合适的车道。     

基于ARM9处理器的GPS车载导航系统终端

针对传统的车载导航系统终端大多采用单片机为主控处理器,存在处理速度慢,功耗高等问题,提出了采用32位ARM9的嵌入式系统进行控制,研制了新一代的GPS车载导航系统终端。给出了详细的系统硬件电路图,介绍了导航地图的实现。该系统以较少的硬件资源,实现了较高的性能,使得系统具有处理速度快、功耗低、可靠性高等特点。     

海底地形辅助导航系统仿真技术研究

文章提出了一种适于水下应用的海底地形匹配方案。介绍了该系统的原理及匹配算法。建立了海底地形辅助导航系统仿真模型,并进行了计算机仿真,仿真结果表明,海底地形辅助导航系统可以有效地掏惯导系统的位置误差,提高导航精度 。