捷联惯导/北斗高精度组合导航方法研究

提出采用紧组合方式进行捷联惯导/北斗组合导航设计,首先对捷联惯导与北斗系统进行误差分析与建模,将捷联惯导系统误差、北斗等效时钟误差相应的距离(伪距误差)以及等效时钟频率误差相应的距离率(伪距率误差)作为组合导航系统状态;利用捷联惯导位置输出与北斗接收机星历输出构造获得等效伪距,将其与北斗接收机测量的伪距对应相减作为量测,推导建立对应的量测方程,采用卡尔曼滤波设计捷联惯导/北斗组合导航滤波算法;仿真结果表明,该组合导航方法的速度精度达到±0.05 m/s,位置精度达到±3.2 m,水平姿态精度达到±0.4′,航向精度达到±1.6′。     

SINS/CNS/SAR组合导航系统中的信息融合算法研究

在SINS/CNS/SAR组合导航系统中,存在量测信息时间不同步及系统容错性差的问题,为了获得高精度滤波结果,设计了一种新的信息融合算法.首先对各子系统量测信息进行野值检测,并对处理后的量测信息进行时间同步处理;然后利用SINS/CNS和SINS/SAR子滤波器分别进行局部滤波得到局部估计值,经系统容错检测后,由主滤波器对局部估计值进行自适应融合,实现全局滤波.仿真结果表明,量测信息时间同步处理可以优化系统定位精度;当系统出现量测异常时,所提出的融合算法可以有效检测故障并进行处理,状态估计值始终维持在稳态附近.新的融合算法能改善导航系统的客错性能,提高导航精度,设计方案具有重要的理论参考价值.     

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。     

采用双状态传播卡方检验和模糊自适应滤波的容错组合导航算法

太阳能高空长航时无人机导航系统中,捷联惯导/北斗2κ全球卫星导航/星光导航(SINS/BD2/GPS/CNS)是一种可用的组合方案.针对常规容错组合导航算法故障检测类型单一,故障时滤波精度下降的问题,提出一种采用双状态卡方检验(TSPCST)和模糊自适应滤波(FAF)的容错组合导航算法.为了同时检测多种故障,将TSPCST应用于联邦滤波结构中;为了防止故障数据污染系统,利用FAF输出的高精度导航信息,对双状态传播器定期交替校正;进一步,FAF运用TSPCST检测得到的故障信息变量,定义量测子系统模糊有效域,将检测阈值模糊化,以弥补常规固定检测阈值算法难以选取阈值的不足;最后,通过计算信息分配因子,自适应处理多种故障数据.仿真结果表明,该容错组合导航算法性能优于常规固定检测阈值算法.     

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SAR辅助的惯导/星光组合导航系统研究

针对高空、长航时无人飞行器在对地观测成像期间对导航自主性和高精度的需求,研究了基于SAR辅助的惯导/星光姿态组合导航系统.针对SAR图像导航输出的间断性和多传感器组合导航系统中量测输出的不同步特性,设计了解决非连续性量测修正的多传感器组合导航滤波器模型.提出了解决多传感器量测不同步问题的异步集中滤波算法.仿真结果表明:...     

联邦滤波车载组合导航系统算法改进研究

精度和可靠性为车载组合导航系统重要的性能指标,基于输出校正的无重置联邦滤波算法在航位推算/惯性导航/GPS(DR/INS/GPS)车载导航系统中具有最高的容错性能,但长时间导航误差发散。采用局部反馈对无重置滤波算法进行改进,研究改进算法的主滤波器权值矩阵构造问题,两局部滤波器相互独立,可以实现容错性能最佳,局部反馈则可提高车载导航系统的子滤波器精度。三组车载导航试验结果证明,改进算法长时间导航精度优于基于输出校正的无重置联邦滤波算法。     

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.     

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DR/CNS的月球车位置估计方法

月球车自主导航系统是完成月球探测任务的基础和关键,文中针对月球车导航的特殊要求设计了一种基于CNS/DR组合的月球车自主导航方法;首先依据月球车运动模型建立了系统状态方程,然后利用太阳敏感器测量的太阳高度角、航位推算系统输出的航向角速率和单位时间间隔内月球车行进距离作为量测信息建立了导航系统观测方程,再用扩展卡尔曼滤波(EKF)对导航信息进行最优估计;最后,对基于CNS/DR组合的月球车自主导航方法在计算机上进行了仿真分析;通过仿真结果可以说明文中提出的方法能获得较好的位置和航向估计精度,证明了该方法的正确性,是解决月球车自主导航问题一种有效的方法.     

运动载体的惯性／天文导航系统仿真研究

对惯性/天文组合导航系统在运动载体上的应用进行了研究.在分析天文导航系统测姿原理的基础上,建立了组合导航系统的数学模型,介绍了一种姿态角误差转换矩阵的求取方式,针对运动载体姿态相对变化较快而存在的输出延迟问题,研究一种在采用卡尔曼滤波进行信息融合过程中,进行延迟误差补偿的数据处理方法.基于建立的数学模型,运用卡尔曼滤波方法对延迟补偿前后的系统进行了仿真比较,仿真结果表明文中所设计算法可以较好地满足运动载体的定姿定位要求.     

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。     

间接Kalman滤波器在航天器CNS/SINS组合导航中的应用

为了利用最优估计法实现捷联惯导系统和天文导航系统的组合,讨论了捷联惯导和天文导航两子系统的组合方式,初步建立了针对Kalman滤波的组合导航模型,在此基础上对比了直接法Kalman滤波和间接法Kalman滤波,并采用反馈校正法针对即得模型设计了间接Kalman滤波器.分析仿真结果表明,间接Kalman滤波器能较好实现两个子系统的组合,使两系统间的信息相互渗透,起到性能互补的作用.     

星光折射定位辅助的惯性/星光全组合导航算法

常规的惯性/星光组合导航多基于姿态信息组合,对位置、速度修正效果较差.针对上述问题,在惯性/星光姿态组合算法基础上,通过引入基于星光折射原理后获得的天文定位信息,设计了惯性/星光姿态、位置全组合导航方案,并提出了基于地心惯性坐标系下的捷联惯性/星光全组合导航算法.仿真结果表明:由于利用星光折射间接敏感地平的方法,在系统中引入了位置相关的观测信息,可确保组合导航系统获得较高的位置、速度和姿态精度.     

北斗双星／SINS组合导航中的捷联惯导算法研究

摘要针对北斗双星／SINS组合导航系统,研究了捷联惯导的姿态和速度更新算法。将等效旋转矢量算法应用与姿态解算,消除了传统的四元数算法存在的不可交换性误差对导航精度的影响,并对速度解算中的划浆误差进行了补偿。将算法应用到北斗双星／捷联惯导组合导航系统,通过实际的跑车实验验证算法的有效性。     

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.     

组合导航系统滤波器截断误差抑制方法

组合导航系统作为重要的定位和姿态测量的技术手段,其基本设计思想是将GPS和SINS等导航设备输出的信息经过滤波器进行最优估计。但在采用Riccati方程更新协方差矩阵和计算Kalman增益过程中,截断误差随着迭代次数的增大而累积,破坏协方差矩阵的正定性和对称性,降低滤波器计算的数值稳定性,严重时导致组合系统故障发散。本文建立了Riccati方程一阶误差模型,从理论上分析截断误差对滤波器估计性能的影响,引入基于Bierman算法和Thorton算法的Kalman滤波器进行更新方法,解决了截断误差引起的滤波器数值稳定性的问题。通过强实时半物理仿真系统验证表明,相比于基于Kalman滤波器的系统,基于Bierman-Thorton算法的组合导航系统有更强的数值稳定性和较高的导航精度。     

基于INS/GPS/COMPASS的AUV组合式导航定位算法

导航定位问题是自主式水下机器人研究(AUV)的主要内容之一,本文针对一种开架式AUV设计了一种采用间接反馈校正的捷联惯性导航与GPS、罗盘相组合的导航方案,其中采用卡尔曼滤波器接收两套导航子系统对同一导航参数输出值的差值,经过滤波计算估计出各误差量。仿真实验的结果表明,SINS/GPS/COMPASS组合导航对SINS误差随时间不断加大的现象起到了很好的抑制作用,能够满足AUV定位精度的要求。     

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。