基于双通道 Residual-LSTM 的 SINS / GNSS 组合导航算法

针对全球导航卫星系统信号中断情况下 SINS / GNSS 组合导航系统无法持续进行误差校正的问题,提出一种基于双通 道 Residual-LSTM 的 SINS / GNSS 组合导航算法。 首先,考虑到 SINS 经度、纬度误差传播特性不同所导致的模型输入、输出信息 之间的非线性相关性差异化,构建具有不同权重系数的双通道长短期记忆神经网络模型结构,并引入遗忘信息共享机制自适应 地利用历史导航数据对经度、纬度信息进行拟合预测。 其次,针对深层神经网络存在的模型退化和梯度消失问题,在多层双通 道 LSTM 网络之间建立残差高速通道形成 Residual-LSTM 模型结构,以增加不同网络层次之间的信息传播路径。 最后,通过实 船数据验证本文所提算法的有效性。 实验结果表明,与基于常规智能方法的 SINS / GNSS 组合导航算法相比,所提组合导航算 法在 GNSS 信号中断期间经度误差降低了 51. 97% ,纬度误差降低了 31. 45% 。     

High-Precision Simulation of Onboard Signal Receivers in Global Navigation Systems

Aircrafts and spacecrafts that make use of global navigation satellite systems (GNSS) carry onboard signal receivers. The development of software for modeling the operation of such receivers is considered in this article. The plausible simulation of receiver operation is resolved into subsidiary problems. The formation of the satellites’ ephemeris data is important here. The proposed design approach is to develop an information system capable of monitoring the constellation of navigation satellites on the basis of the corresponding data files provided by different centers of GNSS analysis. The proposed approach is shown to be more effective than the available alternatives.     

基于 EM 估计的多模型车载组合导航算法

针对行车过程中车载全球卫星导航系统受遮挡产生多径效应、可见星数量少等影响,造成的定位精度差的问题,提出了 一种基于期望最大化(EM)的交互式多模型车载组合导航算法。 本文采用了混合高斯分布模型描述 GNSS 多径效应误差分布, 提出了基于 EM 的 SINS / GNSS 子系统组合导航信息融合方法,实现多径效应偏置误差的估计。 建立了基于零速约束的 SINS / OD 组合导航模型,同时利用交互式多模型算法实现了在 GNSS 信号丢失情况下的导航模型交互融合,提高了车载组合导航系 统精度。 车载实验结果表明在 GNSS 多径效应及信息丢失条件下,本文所提出算法能有效提高导航精度,多径效应的混合高斯 模型偏置为 10 m 条件下,偏置估计误差小于 0. 5 m,水平最大定位误差为 2 m,比传统交互式多模型算法定位误差降低 84. 62% 。     

单线激光雷达与GNSS/INS的空间重构

为了解决多线激光雷达在三维空间重构任务中数据吞吐量过大导致运算负担过重以及扫描俯仰范围有限的问题,本文提出了一种利用单线激光雷达与惯性测量单元GNSS/INS相互结合的多站点扫描空间重构方案及相应解算方法。首先使用单线激光雷达扫描待测空间获取三维尺度信息,然后将点云数据与对应的任意方向的航向角相结合,再利用四元数姿态解算获取各站点扫描的点云图像。为提高计算效率,使用迭代最近点算法实现站点间点云配准时,对待匹配点云数据筛选并更新。实验结果表明在保留点云数字特征前提下,单线激光雷达与GNSS/INS系统能够提高76%的运算速率。本文提出的硬件方案和解算方法不但能够实现较高的配准精度,与多线激光雷达方案相比工程成本也得到显著下降。     

里程计辅助的高精度车载GNSS/INS组合导航系统

针对城市隧道、偏远山区等复杂路况下,卫星导航系统信号被遮挡较严重或无卫星导航系统信号的场景中,车载GNSS/INS组合导航系统精度下降的问题,提出一种里程计辅助的高精度车载GNSS/INS组合导航方法。该方法中的组合滤波模式可根据载车环境变化在GNSS/INS组合模式和DR/INS组合模式间实现自适应切换,该组合导航方法将三维里程计航位推算位置误差作为状态量扩充到常规组合导航滤波器中,里程计的标度因数误差、安装角误差可通过里程计误差标定方法离线精确得到,后续使用只需将里程计误差参数装订到组合导航系统中即可。车载试验表明,7 km的信号遮挡场景下组合导航系统单个方向上的位置误差最大值也不大于8 m,整个跑车过程中位置误差在3 m以内,进一步保证了车载GNSS/INS组合导航系统复杂路况下的高精度定位。     

Algorithm for Integrating Data from the Autonomous Inertial Navigation Systems of Drones

Russian Engineering Research - An algorithm is proposed for combining data from the inertial VN-100 navigation system of small pilotless aerial vehicles (drones), a u-blox GNSS receiver, and a...     

抗野值自适应卫星/微惯性组合导航方法

针对在复杂城市环境下卫星导航系统(GNSS)定位定速存在野值,导致GNSS/微惯性(MEMS-INS)组合导航状态参数滤波估计精度恶化,甚至滤波发散的问题,提出了一种抗野值自适应GNSS/MEMS-INS组合导航算法,以提高组合导航精度和可靠性。该算法利用Allan方差分析建立较为精确的MEMS器件噪声模型,有效降低模型异常和状态扰动的影响。同时利用新息序列构造观测异常检验统计量,并根据该统计量构造自适应新息加权因子调节滤波增益矩阵,削弱观测野值对状态估计的不良影响。实验结果表明,该算法能够有效地控制GNSS定位定速异常的影响,具有较强的实时性和容错性。相比于传统算法,车载定位、定速和定姿精度分别提升35.78%、60.19%和82.41%,验证了本文算法的有效性和实用性。     

自适应滤波协同图优化导航方法研究

针对传统图优化导航方法中传感器测量协方差不准确导致估计精度下降的问题，本文提出了一种自适应滤波协同图优化导航方法。首先，构建INS/GNSS/e-Compass组合导航系统的因子图模型；然后，利用测量方差自适应滤波对传感器测量信息进行预估，在滤波过程中更新相关传感器的测量协方差矩阵，并将预估结果作为变量节点加入因子图；最后，通过滑动窗口控制优化范围，对窗口内的变量节点进行非线性优化并输出最终的导航状态。仿真和实验结果表明，所提出的方法对传感器测量协方差的不匹配问题具有自适应性，能够在不同场景下实现高效可靠的导航定位。相比于传统图优化方法，该方法的定位精度提升了30%,计算效率提升了12%。     

High accuracy acceleration determination by using multiple GNSS reference stations

To determine the velocity and acceleration of the receivers under the requirements of high accuracy applications using global navigation satellite system (GNSS), models and algorithms based on multiple reference stations were presented in this paper. As one of the key techniques, the navigation satellites’ velocities and accelerations calculation methods were analyzed, including two cases: (1) under the requirement of real time applications, the navigation satellites’ velocities and accelerations have to be calculated by using broadcast ephemeris, the analytic expressions from three types of broadcast ephemeris, including Kepler elements, modified Kepler elements and position-velocity types, were derived, (2) under the requirement of high accuracy applications, the numerical difference method was also analyzed. Furthermore, the baseline-dependant error suppression methods based on multiple reference stations were illustrated briefly. Finally, experiments which data from multiple reference stations show that the estimation precision of this method can be improved about 15–20% compared with the single reference station real-time kinematic (RTK)-derived method both in static and kinematic cases.     

Localization of Small Mobile Robot by Low-Cost GPS Receiver

This article deals with a problem of the robot localization in the outdoor environment by using the GPS （global positioning system） data. In order to navigate the robot, it is necessary to transform the global position into the local map in the form of two-dimensional Cartesian coordinate system. The transformation is based on the model of the Earth-WGS 84 reference ellipsoid. The aim of this article is to experimentally evaluate a set of low-cost GPS receivers applicable as position sensors for small outdoor mobile robots. The evaluation is based on series of measurements executed in different times and places. The measured data is processed by given procedure and acquired positions are transformed into the local coordinate system. Accordingly the accuracy of the measured positions is statistically evaluated. The evaluation of used GPS receivers is done by comparison with data acquired by high-end geodetic GPS system Leica 1200, which is used as a reference GPS system.     

基于虚拟仪器技术的捷联惯性/ GNSS组合导航系统自动测试系统设计

捷联惯性/GNSS组合导航系统是飞机定位和导航的重要机载电子设备;但是开发具有模块化、柔性、通用性和远程控制和测试功能的通用自动测试平台,却是一个难题.文中在简要介绍虚拟仪器技术的基础上,提出用虚拟仪器技术开发通用自动测试系统的设计方法;详细介绍了捷联惯性/GNSS组合导航系统测试系统的软硬件设计,重点分析了设计中难点问题及其解决方法.通过实际测试和评估,该综合测试系统性能稳定、可靠,操作方便,界面友好.     

GNSS定位接收器的校准

目前,全球导航卫星系统(Global navigation satellite system,GNSS)接收器不仅是精密测量的主要工具,而且还用于大地测量、地球物理和许多其他工业应用中。确保GNSS测量精度、通用性和寿命的唯一方法是对其接收机进行校准。本文讨论了影响单台GNSS接收机标定精度的参数,并根据以往的经验研究,建立了一个大地基准点作为校准的参考。此外,还讨论了这种校准对国际单位(Systeme international unit,SI unit)的可追溯性。通过三年多的长期测量,验证了基准点的稳定性。最后,对单台样本GNSS接收机进行了标定,并推导了不确定度计算公式。     

面向室内行人的Range-only UWB/INS紧组合导航方法

为了提高室内行人组合导航系统的精度和灵活性,提出了一种Range-only超宽带(UWB)/惯性导航系统(INS)紧组合导航方法。该方法将锚点的位置信息引入到系统状态变量中并通过数据融合滤波器进行预估,以克服传统UWB/INS紧组合导航模型中需要预先获取锚点位置信息的缺点,减少锚点位置信息精度对组合导航系统的影响。在此基础上,利用迭代扩展卡尔曼滤波(IEKF)来完成组合导航系统的数据融合滤波,以提高对目标行人导航信息的预估精度。实验结果显示,所提方法的平均绝对位置误差与传统UWB/INS紧组合方法相比降低了11.69%,算法对锚点位置信息的依赖程度也显著降低。     

基于GNSS信号模拟器的地球条件下空间物体接收器的测试

提出了一种利用导航场 GNSS信号模拟器对空间物体接收器进行测试的技术.其结构由两大模块组成,用以合成接收器与导航卫星的相对位移的场景及信号.在第一个模块中,根据已知的以表格形式或分析方法得到的接收器坐标,计算出接收器与导航卫星之间的距离以及它们的相对速度.根据这些数据,在第二个模块中,将导航旅行者信号和特定特征进行了合成,这些信号通过空气或电缆传输,到达接收器有一定的衰减.这允许在不同的运动场景下对飞机和太空物体的地面接收器进行测试,既降低了飞行过程中出现问题的风险,又可以避免巨大的经济成本.利用模拟器接近两艘宇宙飞船获得的真实数据对接收器进行了测试,展示了所研究技术的前景.     

The research of PNS based on micro inertial sensors

In order to reduce the dependence of pedestrian navigation on satellite navigation system and wireless communication, a new method is proposed to construct pedestrian navigation system (PNS) based on micro inertial technology. In this paper, the distributed system structure is arranged on human feet and trunk, and the key technologies, namely the system initial alignment, the error correction, the precise gait-phase detection, the effect and the inhibition of environmental magnetic field, have been studied. Besides, theories and applications of the key technologies are also discussed, and the performance of the PNS has been analyzed in the environment of electromagnetic interference. Experimental results show that the positioning error of the route with electromagnetic interference accounts for 2% of the travel distance. The key technologies proposed in the study can effectively improve the positioning accuracy of PNS, and independently achieve longer time personal navigation in the attenuate or even invalid global navigation satellite system (GNSS) and wireless communication signal environment.     

Study on GNSS satellite signal simulator

Satellite signal simulator for global navigation satellite system（GNSS） can evaluate the accuracy of capturing,tracing and positioning of GNSS receiver.It has significant use-value in the military and civil fields.The system adopts the overall design scheme of digital signal processor （DSP） and field-programmable gate array （FPGA）.It consists of four modules：industrial control computer simulation software,mid-frequency signal generator,digital-to-analog （D/A） module and radio frequency （RF） module.In this paper,we test the dynamic performance of simulator using the dynamic scenes testing method,and the signal generated by the designed simulator is primarily validated.     

载人潜水器多传感器数据采集与信息融合技术

本文介绍了一种用于载人潜水器的导航传感器的数据采集及信息融合技术.航行控制计算机通过基于工业以太网的数据通信系统对各传感器进行数据采集,采用卡尔曼滤波器完成对各传感器数据信息的融合,以便提高数据的精度和控制系统的性能,并将结果送给监控计算机,用于载人潜水器的姿态显示.     

一种基于图优化的行人协同定位方法

基于手机惯性传感器的行人航位推算方法是行人导航的核心方法之一。 然而由于传感器噪声等因素,航位推算获取 的位置信息误差往往随着时间发散,通常将航位推算和卫星导航通过卡尔曼滤波构成组合导航系统,利用卫星提供的高精度定 位信息补偿航位推算误差。 提出一种基于图优化的行人协同定位方法,将状态转移、量测和协同测距信息都作为状态的约束, 统一进行优化估计。 为验证方法的有效性,分别在卫星信号良好、无卫星环境下进行了实验验证。 实验分析结果表明,基于图 优化的行人协同定位方法在有无卫星信号情况下,都可以有效地提升系统的定位精度。 和基于卡尔曼滤波的协同方法相比,最 大水平定位误差都减少了 30% 以上。     

基于网络制造的导航台的研究

因特网环境中信息的有序化和集成化，对基于网络的制造战略的成功实施十分重要。产品和零部件信息是最主要的信息之一，基于网络制造的导航台对于产品和零部件信息的有效检索具有重要意义。本文介绍了作者研制的基于网络制造的导航台原型，并对其主要部分进行了研究和探讨，如核心数据库与产品和零部件关键词分类系统的设计和实施方法。     

故障修复增强的抗差滤波 PDR/ GNSS 行人导航方法

针对复杂环境下智能手机卫星信号容易受到干扰而引起组合导航精度降低的问题,提出一种基于故障修复的抗差滤波 行人导航方法。 该法首先利用等价权因子实时调整观测权值,以有效地减少观测粗差对组合导航精度的影响。 其次,针对松组 合系统没有观测冗余的模型局限性,将抗差扩展卡尔曼滤波检测区间分为无故障、偏离和异常 3 段。 无故障时,不做处理;出现 偏离时,对观测值进行降权处理;异常情况下,利用预测新息对故障进行幅值修复,进而修正观测值。 实际实验结果表明,当 GNSS 出现单历元故障时,经典的抗差滤波方法能够有效提高智能手机 PDR/ GNSS 组合导航定位精度,其北向最大误差由 7. 27 m 减小为 3. 20 m,东向最大位置误差由 24. 01 m 减小为 6. 60 m;在 GNSS 出现多历元连续故障时,所提出的故障修复增强 的抗差滤波方法相比经典的抗差滤波方法的平均定位误差下降了 50% 以上。