捷联惯性导航系统旋转调制技术研究

捷联惯性导航系统的旋转调制技术是一种自校正方法,它能在不使用外部信息的条件下,自动补偿陀螺漂移和加速度计零偏引起的系统导航误差.该技术在国外潜艇和舰船上已得到成功应用,旋转捷联惯性导航系统的误差传播方程是研究旋转捷联惯导系统初始对准、系统级标定等的基础.基于此,推导了以地理坐标系为导航坐标系的单轴旋转捷联惯性导航系统的导航方程和误差传播方程(位置误差方程、速度误差方程、姿态误差方程),给出了误差传播的仿真结果.仿真表明,若采用单轴旋转调制技术,陀螺仪常值漂移和加速度计零偏引起的导航误差都可以得到有效补偿,而初始位置误差、速度误差及姿态误差引起的导航误差得不到补偿.将旋转调制技术应用于捷联惯导系统,能极大地提高武器系统的长期工作精度.     

无源北斗/惯导两级滤波闭环组合算法

针对北斗卫星定位系统和惯性导航系统的组合设计组合导航卡尔曼滤波定位算法,引入伪距率作为观测量,基于高稳定度用户时钟,提出了双星下用两级滤波器对惯导进行闭环校正的闭环组合设计方案。其最大的优点是能根据收星情况稳定地在闭环和开环方式之间转换,这是采用惯导模型设计滤波器所不具有的。最后通过仿真说明本文方案有效地提高了丢星时组合导航系统的滤波定位精度,能够有效校正惯导的姿态误差角,并以较高的精度估计用户的三维速度。     

基于Matlab／Simulink的惯导系统静基座误差仿真

分析了指北方位惯导系统的误差，主要是速度误差方程、位置误差方程、姿态误差方程，并讨论了静基座条件下的基本误差特性，利用Matlab／Simlink强大的仿真开发功能，对这些误差进行了计算机仿真，阐述了各种误差对系统性能的影响，这对惯性导航系统的设计、主要元器件的精度要求和误差的补偿等具有一定的借鉴意义。     

惯性组合导航系统中基于BRISK的快速景象匹配算法

针对景象匹配/惯性组合导航系统对景象匹配算法精确性、实时性和鲁棒性的要求,提出惯性组合导航用基于二进制鲁棒不变尺度关键点(BRISK)特征描述符的高精度快速景象匹配算法。首先,结合惯性导航的误差特性设置BRISK特征检测子及描述子参数,提取参考图和实测图的BRISK特征和描述符;然后,根据最近邻汉明距离准则获取匹配的BRISK特征点对;最后,利用RANSAC方法和最小二乘算法(LSA),求得位置和航向参数。实验结果表明,本算法具备亚pixel级精度、ms级实时性以及优越的抗噪声、抗光照变化和抗旋转尺度变换能力。     

无源北斗/捷联惯导(SINS)紧组合导航技术的应用研究

针对北斗系统有源定位方式保密性差、用户数目有限,不能提供连续的位置、速度、姿态信息的问题,提出利用北斗系统3颗地球静止卫星的载波相位时间差分信息,与车载捷联惯导(SINS)构成紧组合导航系统,通过扩展卡尔曼滤波器估计并修正惯导系统的速度误差;引入载体的侧向和天向速度约束,改善了速度估计精度;结合北斗系统的伪距信息,消除了长航时条件下位置误差的积累;推导了滤波器观测方程,对组合导航滤波器进行了设计;通过车载实验进行了验证,实验结果表明,速度误差和位置误差的积累受到了有效地抑制,精度满足陆地战车导航的要求.     

多普勒计程仪辅助捷联惯导初始对准技术研究

针对捷联惯导系统初始对准精度问题,提出了一种采用多普勒计程仪辅助捷联惯导系统进行初始对准的方法。分析了多普勒计程仪测速误差的形式,建立了多普勒计程仪与捷联惯导系统的误差模型,通过输出校正的方法修正多普勒计程仪的速度信息,为惯导系统提供准确的载体速度信息,采用卡尔曼滤波进行捷联惯导系统的精对准。并对舰船匀速直航状态时,多普勒计程仪辅助捷联惯导系统的初始对准进行了仿真分析。理论分析与仿真结果表明:该方案能有效地解决舰船的初始对准问题,收敛速度较快,而且具有较高的精度。     

捷联惯导开环导航算法与简化误差模型匹配性验证

惯导解算算法与误差模型相匹配是设计静态自对准或自标定卡尔曼滤波器的前提。给出了捷联惯导开环导航算法与简化的静基座捷联惯导误差模型;并从误差对比的角度验证了开环导航算法与简化误差模型的匹配性。基于捷联惯导开环导航算法与简化误差模型构建了闭环卡尔曼滤波器,将闭环卡尔曼滤波器应用于多位置对准半实物仿真试验,仿真结果表明,陀螺和加速度计零偏估计精度优于97%,进一步从应用的角度验证了开环算法和简化误差模型的匹配性。     

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。     

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。     

载体机动对惯性导航系统精度的影响分析

根据惯性导航系统的工作原理，利用VB语言与平台惯导系统部分的数学模型COM组件，完成了惯性导航系统在动机座条件下的误差仿真，并对仿真结果进行了分析，给出了惯性导航系统误差在载体机动阶段以及机动结束后短时间内的变化趋势。分析结果表明，在载体机动过程和机动结束后短时间内，惯导系统将产生较大的误差，影响惯导系统的精度。     

低成本无源北斗／INS组合导航系统研究

北斗双星定位系统(RDSS)采用有源定位体制存在一定的局限性,采用三星无源定位体制可以克服双星导航定位系统用户位置容易暴露和系统用户数量容易饱和两大缺点.同时,提出了无源北斗/惯导组合导航系统方案.仿真结果表明,组合系统可有效提高系统定位精度,降低对惯导精度的要求,从而降低整个组合导航系统的成本.     

惯性/地磁组合导航系统自适应卡尔曼滤波算法研究

针对惯性/地磁组合导航中遇到的滤波的发散问题,采用自适应卡尔曼滤波估计导航系统的误差.该算法通过实时估计和修正系统噪声以及观测噪声的统计特性达到降低模型误差、抑制滤波发散的目的.在Matlab环境下的仿真证实了该方案可以防止滤波器发散,缩小滤波误差,提高滤波精度.     

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,结合导航数据二维高斯分布特性,求解出标准误差椭圆。根据概率分布特性,将误差椭圆转换为95%概率误差圆,进而计算出ANP值。最后惯性/卫星组合导航数据进行仿真验证。结果表明,方法切实可行,且便于工程实践。     

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。     

新型自适应Kalman滤波算法及其应用

为防止滤波发散和提高系统的实时性,提出了一种新的自适应Kalman滤波算法.该算法利用滤波异常判据获得一个滤波状态因子,通过滤波状态因子确定量测噪声协方差阵的值,在线调整噪声的统计特性实现自适应滤波.将该算法应用到惯导/双星组合导航系统中,并和常规Kalman滤波和简化的Sage-Husa自适应滤波算法进行仿真比较.仿真结果表明,在滤波精度与简化Sage-Husa自适应滤波相当的情况下,新算法简化了运算,提高了实时性.     

基于粒子滤波的INS/TAN组合导航

将粒子滤波应用于INS／TAN组合导航系统中。仿真证明,该滤波方法有效地克服了地形的非线性特性和惯导误差对组合导航结果的影响。     

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。     

INS/GPS组合导航下机载PD雷达DPCA性能分析

惯导测速误差随着时间逐渐积累,积累误差会导致载机运动补偿失效,从而使得DPCA检测性能下降。针对这一问题,提出采用INS/GPS组合导航系统对载机速度进行测量,能大大提高载机测速精度,有利于DPCA检测低速动目标。在建立雷达回波信号模型和INS/GPS组合导航系统模型的基础上,结合机载PD雷达背景,仿真分析了惯导系统、INS/GPS组合导航系统各自的测速精度以及不同测速精度下的DPCA检测性能。仿真结果表明:采用惯导测速时,测量精度较低,DPCA在此精度下不能检测低速动目标;采用INS/GPS组合导航测速时,测量精度较高,DPCA在此精度下能够检测出低速动目标。     

一种组合导航系统的探讨

本文简要说明了导航设备的发展现状,并介绍了一种组合导航系统（惯性导航/多普勒导航/全球定位组合导航系统）,同时给出了它的一种实现方案,并对其应用前景作了简单的讨论。     

一种高精度的BDS/INS紧耦合测姿算法

针对"北斗"卫星姿态测量系统在测姿过程中测姿精度和稳定性不高的问题,提出了"北斗"卫星导航系统(BDS)/惯性导航系统(INS)紧耦合姿态测量算法.该算法首先利用BDS观测量设计了BDS系统测姿误差模型;然后以INS状态误差方程为滤波系统状态方程,以载波相位为主要观测量设计了扩展卡尔曼滤波器,利用滤波器的输出实现对惯性导航测姿系统的辅助校正;最后采用静态测试、动态测试和遮挡测试验证该算法.该系统可以有效提高BDS测姿精度与输出频率,并且在静态条件下航向角测量精度可以达到0.15°.