改进量测的车载捷联惯导/里程计组合导航算法

针对车载SINS/Odometer速度量测和位置量测组合导航算法的潜在缺陷,提出了改进量测算法.在分析里程计输出误差模型的基础上,将里程计标度因数误差和惯导系统安装偏差均列入状态变量,并将1 s内惯导位置增量和航位推算位置增量之差作为量测值进行组合导航.车载试验使用精度为0.02°/h的激光陀螺捷联惯导系统,采用该算法后行驶54 km,定位精度可达行驶里程的0.08％.离线分析进一步证实,改进算法可以快速估计出各项传感器误差、安装偏差和初始对准误差,从而保证系统的定位和定向精度.     

基于捷联惯导和里程计的井下机器人定位方法研究

针对现有煤矿井下移动机器人定位方法存在定位难、精度低的问题,提出了一种基于捷联惯导和里程计的井下机器人定位方法。该方法利用卡尔曼滤波对捷联惯导进行初始对准,以此确定定位的初始坐标,得到初始姿态转换矩阵;利用捷联惯导独立完成机器人位置解算,同时利用里程计输出的速度信息与捷联惯导输出的实时姿态转换矩阵进行航位推算解算,再次得到机器人的位置信息;为了减少累积误差对捷联惯导的影响,使用里程计和捷联惯导构成航位推算系统,采用Sage-Husa自适应滤波设计组合定位算法,选择误差作为系统状态,经过滤波计算和校正,可获得机器人的精确位置信息。实验结果表明,该方法可实现机器人实时定位,有效减少捷联惯导累积误差的影响;定位精度较高,机器人在Y向运动4.3m,Z向运动0.25m后,Y向定位误差为0.25m,Z向定位误差为0.005m。     

车载航位推算组合导航算法研究

对航位推算算法进行了研究,提出了适用于车辆导航的航位推算组合导航算法;该算法在传统的航位推算算去的基础上,利用惯组中加速度计组合的输出和航位推算给出的位置与姿态完成了惯导速度更新;由于惯导速度误差与航位推算速度误差包含有不同的误差信息,将两者做差所得到的速度量测结合位置量测可以在载车具有转弯机动的条件下对航位推算系统的姿态误差、安装误差以及测速设备刻度系数误差进行有效估计,这对于提高航位推算系统的性能是非常有益的;最后通过计算机仿真对该算法的有效性进行了验证.     

基于序贯处理的航位推算组合导航算法研究

对由捷联惯导和测速设备所搭建的航位推算系统进行了研究,提出了一种基于航位推算系统的组合导航算法。该算法在传统的航位推算算法的基础上,利用惯组中加速度计组合的输出和航位推算给出的位置与姿态完成了惯导速度更新。将惯导速度与航位推算速度构造的速度量测和由航位推算位置与地标点给出的位置参考构成的位置量测输入卡尔曼滤波器,采用序贯处理完成了对姿态误差的估计。这种方法较好的解决了组合导航系统具有多个输出频率差异很大的量测时信息融合的问题。最后通过半实物仿真对该算法的有效性进行了验证。     

一种车载定位定向系统误差补偿方法

在车载定位定向系统中,误差控制与补偿足影响系统精度的最重要环节和手段;结合工程实际应用,采用捷联惯性测量组合和里程计构成车载定位定向系统,在分析该系统主要误差源的基础上,推导并提出了一种误差补偿方法;该方法在航位推算算法的基础上,利用外界位置信息,对系统主要误差源进行估计补偿;理论分析和车载实验结果表明,所提出的误差补偿方法不仅可以有效地提高系统的精度,而且实现简单方便,计算量小,具有较强的工程实用性.     

车载惯导里程仪组合导航系统安装误差标定研究

研究了捷联惯导、GPS、里程仪和气压高度计构成的组合导航系统中惯导安装误差角对里程仪航位推算精度的影响;提出了以GPS输出作为辅助信息对惯导安装误差进行标定的方法;设计了以里程仪航位推算误差传播方程为系统方程,以里程仪航位推算结果和GSP位置输出之差为量测,通过卡尔曼滤波估计惯导安装误差的标定方法;仿真结果表明,该方法对惯导安装误差的标定精度能达到角秒级。在调试过程中采用该方法标定补偿后的系统实际跑车实验航位推算精度达到5m+行程的0.15%,表明补偿后残余的惯导安装误差影响已经可以忽略。     

车载惯导航位推算组合导航系统误差补偿研究

当惯组(IMU)安装到车体上时存在安装偏差,推导了安装偏差及刻度系数误差对里程计速度的影响,进而导出了航位推算(DR)的位置误差方程及位置更新算法;建立了SINS/DR组合导航的状态方程和量测方程,以捷联惯导的位置与航位推算的位置之差作为组合导航卡尔曼滤波器的输入,估计出安装偏差和刻度系数误差的值并对航位推算进行补偿;仿真及跑车数据的验证分析结果表明了误差估计方法的有效性和正确性.     

煤矿井下连续采煤机定位方法研究

目前井下采掘装备定位方法大多采用惯导加里程计、视觉测量、测距雷达等辅助测量方式来降低惯导随时间累积所产生的位置漂移误差,但这些方法对辅助测量方式的可靠性与测量精度要求较高,且采用集中式卡尔曼滤波对数据进行滤波解算,存在计算量较大、容错性较差等问题。针对上述问题,提出了一种由捷联式惯导、测距雷达及里程计组成的连续采煤机定位方法,使用测距雷达与里程计分别测量连续采煤机的位移量,通过航位推算法推算得出机身的二维位置信息,利用二维位置信息对惯导位置解算信息进行反馈修正,减少惯导随时间累积所产生的位置漂移误差。采用联邦式卡尔曼滤波对各传感器推算得出的位置信息进行滤波解算及数据融合,通过降低方程维数减少计算量,在保证测量精度的同时还具备一定的容错性。仿真实验结果表明,该定位方法的定位精度可达±2cm,定向精度可达15′,联邦式卡尔曼滤波算法计算量小且具备一定容错性,可为连续采煤机在巷道约束环境下的位姿精确测量、巷道自动成形控制和远程控制奠定基础。     

履带装甲车辆里程计刻度系数在线辨识方法研究

在履带装甲车辆SINS/OD组合导航系统中,里程计的刻度系数对导航结果的精确性有着至关重要的影响。为满足作战部队对履带装甲车辆快速、机动的标定要求,提高SINS/OD车载组合导航系统的导航精度,首先对里程计与惯导系统之间的安装误差角进行了标定。将变遗忘因子最小二乘法与限定记忆最小二乘法相结合,利用GPS的量测速度对里程计刻度系数进行了在线辨识。为检验辨识方法的可靠性,进行了实车实验,利用辨识结果进行了航位推算,并与GPS的定位结果进行了对比。实车实验表明,该辨识方法可以得到较高精度的定位结果,对于车体运动状态及行车路况发生变化等情况具有较强的跟踪性能;对标定路段的路况要求较低,具有很好的工程应用价值,符合作战部队的实际需求。     

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′。     

Positioning an autonomous off-road vehicle by using fused DGPS and inertial navigation

This paper deals with a positioning system for an autonomous vehicle ARSKA. Localization of the vehicle is based on fusion of internal dead reckoning navigation and periodic absolute position measurements. Fusion is performed by using a Kalman-type filtering technique. A similar kind of approach is used in correcting the heading measurement. This is important because the position error is mostly the result of the accumulated heading error. The resulting accuracy depends on the accuracy of the dead reckoning estimation and on the accuracy and frequency of the absolute position measurement. As an absolute position measurement system, several alternatives can be used. Two different systems have been used with the vehicle: an external optical measurement device, tachymeter, and different combinations of DGPS. A real guarding application will be discussed in the paper.     

STM32的小车自主定位与控制系统设计

设计了基于STM32F103VET6的自主定位小车,给出了具体的软硬件设计方法。安装有超声波测距模块的四轮驱动小车能自动避障。利用九轴运动感测追踪组件MPU-9150的测量输出,完成载体姿态的计算,光电码盘的输出完成速度和距离的计算,然后采用航位推算的方法完成小车在二维平面内的自主定位。小车采用速度反馈实现了按给定的速度平稳启动。整个系统具有功耗低、体积小、成本低等优点。     

惯性基高精度组合导航方法研究与仿真

研究了一种基于捷联惯性导航系统(SINS)的高精度组合导航方法;选取SINS的系统误差作为组合导航系统状态,利用天文导航系统(CNS)输出的姿态矩阵和SINS输出信息计算得到的等效姿态矩阵来构造量测,设计SINS/CNS组合导航算法;利用SINS与北斗卫星导航系统(RDSS)各自的位置输出构造量测,设计SINS/RDSS组合导航算法,从而,利用联邦卡尔曼滤波技术设计SINS/CNS/RDSS组合导航算法;仿真结果表明,惯性基SINS/CNS/RDSS组合导航方法具有较高的导航定位精度,工程应用前景良好。     

Critical Rays Self-adaptive Particle Filtering SLAM

This paper presents CRSPF-SLAM, a critical rays self-adaptive particle filtering occupancy grid based SLAM system that can operate efficiently with different kinds of odometer in real time, in small and large, indoor and outdoor environments for various platforms. Its basic idea is to eliminate the accumulated error of odometer through scan to map matching based on particle filtering. Through some improvements for the original particle filtering method, the lidar system becomes more robust to conduct accurate localization and mapping. Specifically, in our proposed method, particle filter based on Monte-Carlo algorithm is designed to be out-of-step to the odometer; During the scan matching process, the influence of some critical rays selected through a ray-selection algorithm is enhanced and that of the unreliable rays is weaken or removed; The current optimal match value is regarded as the feedback to reset the particle number and the filtering range; Once the optimal pose and scan are obtained, the previous error scan stored in the map will be removed. It is also introduced in the paper that the method can work effectively with dead reckoning, visual odometry and IMU, respectively. And we have tried to use it on different types of platforms — an indoor service robot, a self-driving car and an off-road vehicle. The experiments in a variety of challenging environments, such as bumpy and characterless area, are conducted and analyzed.     

一种采煤机组合定位系统及实验研究

综采工作面采煤机定位定姿技术,是液压支架跟机自动化和采煤机记忆截割的基础。采用捷联惯导监测采煤机姿态、速度及位置等运动参量,结合无线锚节点与移动节点间几何位置与局域信号对偶映射,建立了捷联惯导与无线传感器网络耦合模型,采用C＃＋MATLAB＋SQL交互式软件构建了采煤机组合定位系统,在采煤机、液压支架和刮板输送机“三机”平台上进行采煤机定位定姿性能研究。实验结果表明：捷联惯导能够有效地对采煤机姿态角度进行监测,但是长航时下采煤机位置存在累计误差,通过无线传感器网络位置对捷联惯导的位置进行周期性校正,组合定位系统下采煤机X和Y轴平均定位误差为0.118 m和0.268 m,能够得到采煤机实时可靠的位置和姿态。