组合导航系统在管道地理位置测量中的应用

管道的安全性在油气传输中有着非常重要的地位，定期检测损伤能使管道安全、高效地运行.对损伤进行精确定位，是评估及修复管道缺陷所必需的.介绍了管道地理位置测量的主要方法，讲述了惯性器件和GPS/INS组合导航系统的基本原理.利用了一种管道地理位置测量的有效方法，即GPS/INS组合导航系统，对组合导航系统的实验数据进行了分析.同时结合了惯性器件误差的主要来源，提出了减小误差的有效方法.     

惯性/天文/卫星组合导航误差在线标定方法

为提高惯性/天文/卫星(INS/CNS/GNSS)组合导航系统长期工作时的精度,推导了基于四元数误差描述的组合导航系统误差状态方程和量测方程,利用分段定常系统(PWCS)定理,分析了不同输入条件下系统状态变量的可观测性和可观测度.结合可观测性和可观测度分析结果,提出了利用星敏感器及卫星导航系统提供的姿态、位置矢量在线标定陀螺仪、加速度计和星敏感器误差参数的方法.可观测性分析和仿真试验结果表明,该方法可以精确在线估计出陀螺仪、加速度计、星敏感器的标度因数、零偏和安装误差,提高惯性/天文/卫星组合导航系统长期在轨工作的精度.     

FPGA的惯性导航系统设计及实现

设计并完成了基于FPGA的低成本MEMS捷联惯性导航系统.导航系统以FPGA作为主控制器进行实时数据采集和通信,以NIOSⅡ软核处理器进行惯性传感器的数据采集和处理.描述了系统的总体结构和利用六位置法和转台实验对惯性器件进行了补偿算法的研究.通过六位置法和转台实验的测试,对应原理样机的实测数据与补偿后的结果,验证了惯导系统的器件误差补偿方案的可行性.     

低成本MIMU/GPS组合导航系统设计与实验

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(INS)的进一步推广应用,然而低成本微型惯性测量单元(MIMU)的出现,为INS的推广应用了带来了新的契机。文中提出了一种适合于工程应用的低成本MIMU/GPS组合导航系统的结构与方案,并给出了组合导航系统位置速度交替组合模式的数学模型。考虑到未知工作环境中各类噪声统计参数的未确定性易使经典的卡尔曼滤波器发散,因此文中采用了闭环自适应卡尔曼滤波器对子系统的数据进行融合处理;设计了低成本的组合导航系统原理样机,并进行了跑车实验。跑车实验及事后数据处理分析结果表明:该系统具有较高的长时间导航精度以及良好的可靠性和鲁棒性。     

基于四元数互补滤波算法的车载MIMU

针对MEMS惯性器件由于测量精度低、数据易漂移而导致车载惯性导航系统姿态解算数据不稳定和精度不高的问题,设计一种基于四元数互补滤波算法的高精度车载MEMS惯性测量单元(MIMU)。通过四元数算法降低MIMU在运行过程中的计算难度,解决姿态解算中的奇点问题。利用互补滤波算法对惯性传感器运行过程中的高低频误差进行动态补偿、数据融合,减小陀螺仪积分漂移累加,抑制加速度计振动误差,实现多传感器数据融合的MIMU姿态解算。将MIMU放置于高精度无磁转台上进行动态测试,通过设置转台运行动作模拟车载环境,采集并分析MIMU在动态环境中的各个轴向角实时数据与误差数据。试验结果表明,MIMU横滚角精度为0.26°,俯仰角精度为0.23°,航向角精度为0.51°。     

INS/SAR组合系统对捷联惯性元件的要求及系统性能分析

研究了惯性系统(INS)／合成孔径雷达(SAR)组合导航系统中导航误差的修正、雷达信号相位的调整及合成孔径雷达对捷联惯性元件误差的要求等问题,并给出了仿真结果。     

微型导航系统中的陀螺漂移在线标定及补偿方法

为了提高由MEMS惯性器件构成的微型导航系统的姿态、航向测量精度,提出了在线标定和补偿陀螺常值漂移的方法.首先将倾角传感器SP5003测量的水平姿态与MEMS惯性系统测量的水平姿态进行信息融合,同时估计出2个水平陀螺的常值漂移,在得到精确的水平姿态基础上,将MEMS惯性系统与电子罗盘HMR3000进行组合,在线估计方位...     

低成本全姿态角测量的设计

姿态的测量广泛的应用于汽车,手机,无人机等领域。本系统设计了一个基于低成本的MEMS器件和Arduino的三维姿态测量系统,并针对由于陀螺仪的随机偏移,姿态角误差随时间累积的问题,运用了加速度计和电子罗盘测量的数据利用互补滤波进行数据的融合,准确的得到了全姿态角信息。     

捷联惯性/星光折射组合导航算法

基于星光折射间接敏感地平的高精度特性,本文提出了一种捷联惯性/星光折射组合导航方法．利用星敏感器输出的姿态信息修正陀螺漂移,并结合大气折射模型得到星光折射角来修正位置、速度误差．推导了组合导航系统的观测模型,并对系统进行可观测性分析,最后使用卡尔曼滤波进行状态估计．仿真结果表明:捷联惯性/星光折射组合导航系统不但能够准确的估计陀螺漂移,而且能够有效修正由加速度计偏置造成的误差,从而进一步抑制速度、位置误差的发散,是一种提高系统定位精度的实用方法．     

一种基于VINS/FINS组合导航方法

针对视觉惯性组合导航系统中微惯性器件精度偏低,以及足部惯性导航系统航向角误差可观测性差的问题,研究了一种基于上述两种系统的信息双向融合的导航定位方案. 该方法的系统结构由安装于双足步行机器人躯干部分的惯性导航系统和安装于其足部惯性导航系统两部分组成. 惯性导航系统通过视觉同时定位与地图构建数据融合方法可以获得相对准确的航向角,足部惯性导航系统利用零速修正后的位置信息实时修正惯性导航系统中的低精度惯性器件误差,从而构建视觉与惯性信息双向融合的组合导航系统结构. 实验结果表明,该组合导航方案可以有效提高双足步行机器人的航向精度和定位精度.     

弹载主INS与SAR天线IMU传递对准方法

本文以助推—滑翔导弹为研究对象,针对其飞行中、末段采用的INS/SAR组合制导体制,建立了发射点惯性系下惯导系统误差传播模型、观测模型,给出了弹载主INS和SAR天线附加IMU的传递对准方法,并通过数学仿真验证了方法的有效性.     

车辆动态数学模型辅助的惯性导航系统

提出了一种利用车辆的动态数学模型改善车载低成本惯性导航系统精度的方法.通过车辆的运动学模型和非完整约束条件得到虚拟的位置和速度观测量,与前向速度一起辅助惯性导航系统,惯性导航系统修正后的方位角又用来改善车辆的运动学数学模型.利用解析分析和协方差仿真方法研究了该组合导航系统的可观测性.理论分析和仿真结果都证明了通过车辆动态数学模型的辅助,低成本惯性导航系统的精度可以得到改善.该方法可作为当全球定位系统(GPS)暂停工作时的一种备份导航系统,在较长时间内限制惯性导航系统的误差,从而提高整个导航系统的冗余性和完整性     

低速运动载体在参考地图上的定位研究

在分析了低速运动载体利用参考地图定位辅助惯性导航系统（INS）的特点之后,认为现有的匹配定位算法不适应修正低速航行运动载体的INS误差,因而相应地提出了一种单步等值线匹配算法. 在该算法中加入了误匹配判断和惯性导航与匹配定位方法之间的转换逻辑判断,以保证算法的有效性和稳定性. 仿真结果表明,在可匹配区其定位精度与地图格网间距相关,圆概率误差(CEP)可以达到地图网格间距的0 7倍.     

船载双惯导系统动态加速度计零位研究

为提高船用惯性导航系统动态工作可靠性,通过在动态情况下比对2套惯导姿态角差值来判断惯性平台是否水平;然后再通过加速度计零位与平台倾斜角度的关系来修正加速度计零位,以解决因更换加速度计而要求船舶必须进厂的矛盾;同时也提供了一种判断船用惯性导航系统加速度计工作状态好坏的方法。     

自动补偿技术在平台惯导系统状态切换中的应用研究

平台式惯导系统作为一种弱阻尼系统在状态切换过程中会产生超调,这些超调会降低导航系统的精度．文中以实际研制的惯导系统为研究对象,在对惯导系统状态切换过程中的超调现象进行详尽分析和研究的基础上,采用自动补偿技术减小状态切换过程中的超调现象．计算机仿真和工程试验的结果表明：该方法能够在不引入新的稳态误差的情况下,大大减小平台式惯导系统状态切换过程中的超调,具有重要的工程实际应用价值．     

基于地磁辅助惯性导航的状态反馈系统研究

针对MEMS技术的惯性传感器低精度的特点,提出一种高精度的组合导航算法,采用地磁辅助导航进行闭环校正,并对地磁的自差和航向角进行观测,以达到较高的惯性导航精度和更高的动态性能。实验证明,状态反馈的惯性导航系统能很好地克服惯导的误差累积,大幅度提高了地磁导航的抗干扰能力,得到较好的导航精度。     

基于INS定位和WIFI指纹定位技术的无人机室内定位方法研究

针对无人机室内定位问题,提出了一种基于惯性导航系统（INS）和WIFI指纹定位技术的四旋翼无人机的室内定位方法。该方法首先利用WIFI模块测量的信号接收强度信息,根据WIFI指纹定位原理求出该定位时刻下的无人机位置;同时,利用惯性传感器信息计算出INS定位下的无人机位置,结合两种定位结果得出更为精确的位置。最后,通过实验验证了INS定位和WIFI指纹定位相结合的无人机室内定位方法的有效性,且该方法较两种单独定位方法的定位精度更高。     

INS／SAR／罗兰C组合导航系统研究

介绍了INS／SAR／罗兰C组合导航系统的组合原理和方法,以及组合滤波器的构造。仿真结果表明,该组合系统可达到相当高的导航精度,且具有很强的适应性。     

传递对准中主惯导速度匹配量的实时构造算法

研究了当机载主惯导和弹载子惯导分别采用地理坐标系和准惯性坐标系作为导航坐标系时，传递对准过程中主惯导速度匹配量的实时构造算法。提出了利用主惯导导航参数实时构造主惯导速度匹配量的地速转换和修正算法，利用主惯导加速度计输出实时构造主惯导速度匹配量的比力积分算法，以及利用主惯导导航参数和加速度计输出实时构造主惯导速度匹配量的比力积分修正算法。仿真结果表明，3种实时算法在算法精度和计算量方面各有所长。