MEMS-IMU/GPS组合导航系统仿真研究

微电子机械系统(MEMS)是指可以批量制造的,集微型结构、微型传感器以及信号处理电路、接口、通信和电源于一体的微型器件.MEMS惯性测量单元是采用MEMS技术研制的加速度计和陀螺组合器件,它具有体积小、成本低、可靠性高等优点.首先介绍了微机电惯性测量单元(MEMS-IMU)的发展情况,总结了IMU的基本工作原理;随后对IMU中的主要误差源微机电陀螺进行了统计建模;最后以位置和速度信息为观测值将MEMS-IMU与GPS进行组合导航,并进行了仿真实验,由实验结果可以得出结论:MEMS-IMU不能单独构成导航系统,而与GPS组合后的导航系统精度可以满足一般的导航需求.     

DNS／GPS组合导航系统研究

本文阐述ＤＮＳ与ＧＰＳ组合导航的必要性、可行性及组合方法，给出了误差模型和卡尔曼滤波模型。选取观测量不同可有三种组合方式，通过模拟计算给出了相应曲线。当采用伪距及其变化率作为观测量时，其组合方式最佳，定位精度可达米级，航向精度可提高到０．２°。     

惯性技术的发展与组合导航系统

惯性技术是一门精密复杂的尖端技术。本文介绍了惯性技术的现状和发展趋势，并对组合导航系统进行了探讨，指出了组合导航系统的发展方向。     

考虑目标主动防御的空地弹药微分对策制导

针对攻击弹如何在地面目标发射防御弹的情况下对目标进行有效打击的问题,建立了三方博弈交战运动学模型,构造了融合脱靶量和需用过载的目标函数,提出了一种考虑一阶自动驾驶仪动力学的微分对策制导律。在防御弹采用三点法制导拦截的前提下,分别对攻击弹以比例导引和微分对策制导的制导策略进行仿真验证,最后通过分析过载约束和终端条件证明了所提方法的有效性。     

INS/GPS多传感器车载组合导航系统算法研究

理论分析光纤陀螺和石英挠性加速度计的传感原理,对组合导航系统中的惯性测量单元(IMU)建立相应的误差模型,其误差模型包含了IMU传感器的标度因数的非线性模型、零偏的漂移模型、交叉耦合误差模型和标度因数、零偏的温度模型等。针对建立的误差模型进行误差补偿,同时针对车载环境设计了IMU传感器信号的数字滤波器,提高组合导航系统在车载环境下的适应性。GPS、高度计、里程计等多传感器信息的引入克服了惯性传感器独立长时间导航的发散问题。针对车载组合导航系统的非线性误差模型,设计了UKF组合导航算法,进行仿真和跑车试验,该方法能有效改善组合导航系统在劣等路面跑车试验效果。     

球载捷联惯性/GPS组合导航系统及动态对准技术

为了实现系留气球载雷达系统天线的空域稳定,球载航姿系统是不可缺少的重要设备.文中阐述了用捷联惯性/全球定位系统组合导航系统实现球载航姿系统的设计技术,针对系留气球平台系统在空中漂浮不定的特点,提出了在动态条件下,小型系留气球载捷联惯性/GPS组合导航系统的对准技术.     

全捷联小型弹药制导系统设计

围绕适用于小型无人机、单兵等平台的微小型弹药制导化需求,提出了基于捷联导引头和捷联惯导的全捷联制导控制方案。针对全捷联体制无法直接提供有效制导信息的问题,导出了惯性视线速率的理论方程及滚转稳定条件下的实用形式,设计了非线性微分器以实现稳定的视线信息数值微分。给出了作为内回路的PI 校正两回路过载驾驶仪。分别进行了机载平台和单兵发射的仿真。结果表明:全捷联技术可以有效解决小射程条件下制导弹药的小型化、精确化,多约束条件下的制导控制系统设计是应用的关键。     

低成本MIMU/编码器组合的高精度航姿系统

高精度惯性传感器的昂贵价格在一定程度上限制了惯性导航系统的进一步推广应用,根据某型雷达车的需要,该文提出了一种低成本微型惯性测量单元(MIMU)/编码器组合的高精度航姿系统的结构与方案,并给出了初始对准和组合导航系统的数学模型,初始航向对准通过接收挠性陀螺寻北仪的寻北结果来完成,考虑到雷达车的工作方式,扣除杆臂效应后,2个速度误差观测量和3个位置误差观测量都为0,采用卡尔曼(Kalman)滤波将捷联惯导解算和航向编码器数据进行信息融合,得到对载体导航参数的最优估计。设计了工程样机,并进行了实验室测试与用户工程使用测试,结果表明,静态下产品的俯仰≤0.015°,滚动≤0.015°;动态下产品的俯仰≤0.025°(1σ),滚动≤0.025°(1σ)。     

MIMU／GPS组合导航模糊自适应卡尔曼滤波研究

针对组合导航初始对准中存在模型误差时常规卡尔曼滤波容易发散的问题,提出了一种模糊自适应卡尔曼滤波算法。该算法采用模糊控制规则,根据新息的方差和均值变化自适应调整量测噪声权值矩阵。此算法运用于MIMU/GPS组合导航初始对准中,获得了较高的导航精度。仿真结果表明,该算法能够有效防止滤波发散,减少模型误差对滤波结果的影响,提高了滤波精度,实现了参数的在线调整。     

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。     

基于自适应滤波器的MIMU/GPS组合系统的研究

设计了微惯性测量单元/卫星导航(MIMU/GPS)组合导航系统原理样机。针对低成本MIMU/GPS组合导航中的Kalman滤波器设计滤波参数(包括系统噪声方差阵Q和测量噪声协方差阵R)影响的问题,系统的分析了Kalman滤波器参数的选取对系统状态变量的估计精度和收敛性能的影响。根据分析设计了自适应估计技术的Kalman滤波器。试验结果表明:对于低成本MIMU/GPS组合导航采用自适应估计技术估计可得到满意的性能,在静态条件下,位置精度优于5 m(标准差),速度精度优于0.1 m/s;系统提供水平姿态角精度优于0.2°;航向角精度优于0.5°(磁罗盘辅助)。     

模糊自适应估计器在INS/GPS组合导航中的应用研究

研究了一种模糊自适应神经网络状态估计器的工作原理及结构,并讨论了用其代替传统扩展卡尔曼滤波在导航参数估计中的实现方法。利用扩展卡尔曼滤波来构造模糊推理系统,通过神经网络对模糊推理系统进行训练,根据输入输出样本自动调整模糊系统的设计参数,从而实现对INS/GPS组合导航系统导航参数的最优估计。通过仿真验证表明,用模糊自适应状态估计方法进行导航系统的初始对准,能够大大提高系统的实时性。     

民机试飞空地一体化综合监控网络系统技术研究

以ARJ21适航审定试飞工程为背景,针对民机适航审定试飞的需求和测试特点,从优化系统架构和平衡系统性能等方面,对机载和地面各系统关键技术进行了分析。解决了新型多路网络化数据采集对机载和地面综合监控带来的一系列问题。提出了一套适合民机适航审定试飞的空地一体化综合监控网络系统解决方案。经过飞行试验证明,完全能够满足适航审定试飞空地一体化综合监控的要求,为今后大型飞机试飞测试及综合监控方法的研究提供了借鉴。     

基于MIMU/GPS组合导航的箭载姿态测量系统

为了满足探空火箭箭载综合服务系统模块化、小型化的要求,提出了一种基于MIMU/GPS组合导航的箭载姿态测量系统设计方案,并完成系统的软硬件设计.该系统的硬件部分主要采用微型惯性测量单元（MIMU）测量箭体的3轴角速率和3轴加速度,并采用ARM芯片LPC3250作为导航计算机进行系统控制和姿态解算.软件部分采用嵌入式C语言在操作系统uC/OS-Ⅱ上进行编程,能够完成对角速率、加速度和GPS信号的采集,并通过卡尔曼滤波和四元数法实时解算出探空火箭的姿态角、位置和速度.实际测试表明该系统具有集成度高、初始对准速度快、动态范围广、系统误差小、功耗低、重量轻、体积小和可靠性高等特点,能够满足探空火箭应用的要求.     

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。     

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。     

GPS/DR组合导航性能增强技术

为了提高全球定位系统(GPS)信号短时中断时地面车辆自主导航精确度,提出了GPS信号中断时采用车辆不完全约束条件和里程仪速度信息作为量测,辅助惯性导航系统实现车辆航位推算(DR)自主导航的方案;推导了该方案的GPS/DR组合导航的卡尔曼滤波方程;并进行了计算机仿真研究和地面车载试验,结果显示GPS信号中断90 s,DR自主导航误差为20 m,能够满足部分地面车辆短时高精确度自主定位要求。     

GPS/INS组合导航评价系统数据采集装置设计

为了有效采集多种接口、不同协议的导航设备数据,完成对组合导航设备性能的评价验证,提出了一种基于ARM的组合导航评价验证系统数据采集装置的硬件设计方案。该采集装置以ARM处理器LPC2292为硬件平台,通过串口扩展芯片TL16C554扩展串口,完成多种接口的数据采集和数据预处理,并将数据组帧通过串口传输到评价验证计算机。给出了组合导航评价验证系统数据采集装置的硬件设计电路图。实验应用结果表明,该系统运行稳定可靠,能够准确采集各种导航信息,实现对组合导航性能的监测评价。