SINS/CNS/SAR组合导航系统设计与高性能算法研究

在吸收SINS、CNS和SAR三者优点的基础上,设计了SINS/CNS/SAR组合导航系统,建立了该组合导航系统的非线性数学模型;然后,在研究抗差自适应滤波和粒子滤波优点的基础上,提出了一种新的抗差自适应Unscented粒子滤波算法和自主导航多源信息融合算法。将提出的算法应用于SINS/CNS/SAR自主导航系统中进行计算仿真,并与Unscented卡尔曼滤波和粒子滤波比较,结果表明:提出的新算法不仅解算精度明显高于Unscented卡尔曼滤波和粒子滤波算法,而且可靠性好,能提高组合导航系统的精度。     

基于UPF的GPS/SINS组合导航系统设计

建立了GPS/INS非线性误差模型,利用UPF滤波算法实现了该组合系统定位功能,一方面针对UKF估计误差协方差极易非正定的问题进行了正定化处理;另一方面在粒子滤波环节针对重采样导致的粒子多样性降低的问题,增加了MCMC移动步骤.实验结果表明:应用UPF实现的组合导航系统定位精度明显优于EKF和UKF,且定位误差波动幅度较小,既能够满足非线性系统的导航精度要求,又能够满足定位系统对滤波稳定性的要求.     

SINS/GNSS组合导航技术研究

本文分别介绍了SINS和GNSs的工作原理和系统误差.说明了组合导航的必要性;然后从组合导航的方式、信息融合技术等方面.分析了组合导航的相关技术.最后指出了组合导航的发展趋势。     

基于滑动窗口抗差自适应滤波的SINS/DVL组合导航算法

捷联惯性导航系统（SINS）/多普勒测速仪（DVL）组合导航时,需要考虑多普勒速度信息中出现的野值和噪声特性变化对导航精度的影响。针对上述问题,提出基于滑动窗口抗差自适应滤波的SINS/DVL 组合导航算法。首先建立状态变换漂移误差角系统误差模型,在速度误差方程中用重力常值项代替比力项,减少比力项引起的速度误差,提高模型的准确性。然后利用新息序列判别野值,若异常则采用滑动窗口数据修正错误新息,并使用带遗忘因子的自适应滤波在线估计量测噪声。实验结果证明,新的系统误差模型和滑动窗口抗差自适应滤波能有效减缓位置误差的累积。2 h 的SINS/DVL 组合导航中误差航程比优于1.05%,相比于传统卡尔曼滤波性能提升39.66%。     

双天线GPS/SINS组合导航系统设计

本系统作为浅组合导航系统的一种,利用了双天线定向GPS与光纤陀螺的组合,以基于DSP+FPGA多处理器结构作为导航计算机平台,在原有的位置与速度基础上加入了姿态作为第三个量测量,应用卡尔曼滤波算法将GPS姿态信息作为对惯性导航系统数据的初始值和修正。设计的系统通过跑车实验验证后表明达到了设计要求,具有实时性好,运算精度高等优点。     

一种容错分散滤波在组合导航中的应用

从提高联合滤波容错性的角度出发，通过自适应调节信息融合因子提高联合滤波的容错性对一般联合滤波方法做了改进，并把这种改进的滤波方法用在了SINS/GPS/TAN组合导航系统中，通过对组合导航系统的仿真表明此种方法大大提高了组合导航系统对软件故障的容错性。     

SINS/GNSS/CNS组合导航系统半物理仿真研究

本文构建了一个 SINS/GNSS/CNS 组合导航系统半物理仿真平台,通过模拟飞机的真实飞行轨迹,在综合考虑各导航源真实误差特性的基础上,采用基于联邦自适应卡尔曼滤波算法,对组合导航系统进行了半实物仿真。仿真结果表明,该方法具有很强的实用性,可以推广到其他组合导航系统的半物理仿真设计中。     

改进的粒子滤波算法在车辆组合导航中的应用

针对目前粒子滤波粒子贫化、计算量大等问题,提出了基于自适应迭代重采样的粒子滤波计算方法。改进的粒子滤波算法在不损失对系统状态估计精度的前提下,缓解了粒子贫化,降低了计算量,缩短了计算时间,同时保证了状态的估计性能。通过实际算例分析,验证了该算法的有效性。最后将该算法应用于GPS/DR车辆组合导航中,仿真结果验证了该算法的可行性和有效性。     

基于改进ESKF和自适应滤波的组合导航算法研究

针对传统滤波算法中忽视了误差方程中的高阶量所引起的导航结果不够准确的问题,提出了一种改进ESKF算法,将基于误差状态建模的滤波算法同EKF相结合。针对组合导航的鲁棒性与适应性,提出了一种将卡尔曼滤波算法与自适应滤波算法相结合的滤波算法,并进行仿真验证。仿真结果表明：当组合导航系统受到较大扰动时,改进算法较传统滤波算法使组合导航系统在经度精度上提高了49.48%,纬度精度上提高了34.21%,有效提高了组合导航系统的精确性和鲁棒性。     

捷联惯导/航位推算组合导航算法研究

当捷联惯组(SIMU)安装到载车上存在安装误差时,航位推算误差与安装误差、里程计刻度系数误差、初始对准误差有关。利用捷联惯导系统和航位推算系统构成组合导航系统可实现对上述误差的估计。为此,推导了惯组和载车间存在安装误差时的惯导/航位推算组合导航系统的系统方程。仿真分析表明,组合导航系统可有效估计出安装误差、水平陀螺随机常值漂移和加速度计随机常值偏置。     

INS/CNS/GPS组合导航数据融合算法与仿真研究

研究了INS/CNS/GPS组合导航系统的原理和特点,建立了组合导航系统的数学模型。分别利用集中卡尔曼滤波和联邦滤波数据融合原理对此系统进行了仿真研究,并指出了集中滤波器的不足之处。仿真结果表明采用全球定位系统和天文导航系统对惯导系统误差进行修正不仅可以大幅度提高导航精度,而且通过比较和分析可知联邦滤波可以有效地提高导航系统的可靠性和复原能力,是理想的容错型信息融合算法。     

鲁棒的DME/DME/SINS组合导航算法

测距机（DME, distance measuring equipment）/DME/捷联惯导系统（SINS, strap-down inertial navigation system）的组合导航系统是区域导航（RNAV, area navigation）中常用的导航源。本文提出了一种鲁棒的DME/DME/SINS组合导航算法。首先以SINS误差方程为基础建立起卡尔曼滤波的状态方程;其次推导斜距误差与系统状态变量间的数学关系,并以此建立量测方程;最后针对DME输出的斜距中的野值影响导航精度这一问题,采用一种鲁棒性能较好的基于Huber的卡尔曼滤波算法实现信息融合。实验结果表明：所设计的组合导航算法可以满足RNAV-1的导航需求,由于采用了基于Huber的卡尔曼滤波算法,算法鲁棒性较好,能有效应对量测野值对系统的干扰。     

考虑磁差的鲁棒DME/VOR/SINS组合导航算法

测距仪（Distance Measuring Equipment,DME）/伏尔（Very High Frequency Omnidirectional Range,VOR）/捷联惯导系统（Strap-down Inertial Navigation System,SINS）的组合是实现区域导航的重要导航源,国内针对其开展的理论研究未考虑VOR台站磁差的影响;此外,当飞机飞行至台站上空附近时,方位测量中的野值将导致组合导航精度迅速恶化。针对上述问题,提出了一种改进的DME/VOR/SINS组合导航算法。首先,在建立状态空间模型过程中将磁差扩维进状态变量,以解决已有研究中存在的理论缺陷;其次,推导了DME斜距测量误差与位置误差间的数学关系,结合方位误差量测方程,建立卡尔曼滤波的量测方程;最后,采用一种鲁棒的基于M估计的卡尔曼滤波算法实现信息融合。测试结果表明,所设计的DME/VOR/SINS组合导航算法可以准确地估计出VOR台站磁差,显著提高了组合导航精度和算法的适用性;能有效应对方位测量值中的野值,具备较高的工程应用价值。     

一种新型GPS/DR组合导航系统

利用三个陀螺仪和一个里程计提出一种新型GPS/DR组合导航系统。首先推导了这种组合导航系统的状态方程,然后给出了松组合方式的滤波方程。最后用实测算例对这种新型组合导航系统进行了验证,结果表明,相比于SINS系统、传统的DR系统,这种DR系统在车载系统应用中具有更好的优势;而且这种组合导航系统能够很好地提高单一导航系统的导航精度。     

SINS/GNSS组合导航系统中激光多普勒测速仪参数估计

为了提高SINS/GNSS组合导航系统的全局性能,考虑加速度与高斯包络对激光多普勒测速仪的影响,提出SINS/GNSS组合导航系统中激光多普勒测速仪参数估计方法。通过分析SINS/GNSS组合导航系统工作原理,明确SINS/GNSS组合系统状态;采用预先梯度评估方法,对梯度方向进行估计迭代,以提高导航定位精度,将获取的方位偏差代入卡尔曼滤波器中进行处理,保证SINS/GNSS组合导航系统实际应用的可靠性;获取对应费希尔信息矩阵,采用正弦信号的圆频率估计方差获取CRLB;分析激光多普勒测速仪测速过程中存在的问题;在信号成分参数分解前提下,将各距离门回波近似看作多个Chirp分量合成信号,对距离压缩后的数据实施自适应Chirplet分解,完成激光多普勒测速仪参数估计。实验结果表明:所提方法能够得到准确的参数估计数值,为SINS/GNSS组合导航系统的有效应用提供理论参考。     

基于Sage-husa自适应滤波算法的AUV组合导航系统设计

文中针对水下自主航行器提出了一种新型的基于捷联惯导(SINS)和GPS的组合导航系统设计方案。该方案以捷联惯导作为主系统,同时利用GPS重调捷联惯导系统,建立了该组合导航系统的卡尔曼滤波模型,设计了输出校正间接法的卡尔曼滤波算法和Sage-husa自适应卡尔曼滤波算法。仿真结果表明由于GPS位置和速度信息的引入,一定程度上克服了捷联惯导系统误差状态发散现象,提高了导航精度。同时通过两种算法的对比,Sage-husa自适应卡尔曼滤波算法则具有更高的滤波精度和稳定性,能够更好的满足长时间远距离导航的要求。     

惯性/卫星导航系统实际导航性能评估算法

针对惯性/卫星组合导航进行实际导航性能(Actual Navigation Performance,ANP)评估,是保证飞机所需导航性能(Required Navigation Performance,RNP)及航空运行安全的关键.提出了惯性/卫星组合导航系统实际导航性能评估算法,从卡尔曼滤波器位置协方差矩阵开展分析,...     

用于组合导航系统的三轴地磁导航传感器设计

文章针对仿生偏振光/地磁/惯导多源信息组合导航系统中的地磁导航需求,设计了一种三轴地磁导航传感器。介绍了应用背景、设计需求与实现方法,进行了系统的误差分析,并针对不同误差来源,进行了标定测量与补偿,实现了三轴姿态角的动态测量,为多信息源融合下的导航系统提供了一种获取地磁导航信息的有效手段。     

基于DSP／BIOS多线程的小型组合导航系统设计

将GPS与SINS组合起来可以充分发挥二者的优势,是一种实用的导航方式。但是传统的设计方案都是在双端15／RAM的基础上进行数据存储与传输的,因此会带来体积大、成本高、功耗大等问题。基于小型化GPS／SINS组合导航系统的目的,本设计采用DSP／BIOS多线程编程技术对TMS320F28335数字信号处理器进行程序设计。工程实现的结果证明,所设计的系统不仅导航功能完整、性能稳定,更具有成本低、体积小和功耗低的特点,在普通的导航领域有一定的应用价值。