MEMS SINS-GPS组合导航系统设计

为实现满足中低精度要求的低成本导航系统,选用MEMS惯性传感器研制了捷联式惯性导航系统(SINS);针对MEMS惯性传感器噪声较大和惯性导航系统误差随时间迅速累积的问题,利用小波对MEMS陀螺信号进行了降噪处理,并采用SINS-GPS卡尔曼滤波组合导航系统以消除惯导系统的误差累积,输出较高精度的速度、位置信息.对SINS和组合导航系统进行了仿真实验,实验结果表明所建系统的长时间导航性能有一定改善.     

无人飞行器的北斗卫星组合导航算法研究

北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星定位与通信系统,为促进北斗卫星系统在导航方面的运用,降低我国导航方面对GPS的依靠,从而进一步降低成本,提高无人飞行器的导航精度,本文对捷联式惯性导航系统（INS）和北斗定位导航系统的组合导航算法进行了研究,通过惯性导航系统的原理和导航解算的过程,选择惯导系统和北斗系统的速度、位置差值作为观测量,建立组合导航系统的状态方程和观测方程,利用无迹卡尔曼滤波得到惯导系统状态量和惯性敏感器的误差,对惯导系统进行误差补偿,从而实现无人飞行器的高精度导航控制.并使用Matlab进行仿真,得出高精度的模拟输出轨迹.     

巡航导弹惯导系统数学仿真

针对常用惯导仿真方法对模拟长时间复杂条件下工作的巡航导弹惯导系统存在一定难度的问题,在分析平台惯导系统数学模型的基础上,通过设计巡航导弹典型飞行航迹,建立惯导器件误差仿真模型,对含有误差的惯导系统进行导航解算,构建了完整的巡航导弹惯导系统仿真模型 .利用MATLAB/Simulink工具对模型进行了仿真与误差统计分析.得到的导航位置误差和速度误差与实际情况基本相符,证明仿真模型建立正确,方法使用得当.为进行惯导及组合导航研究提供了一种实用方法.     

车载GPS/光纤陀螺组合导航定姿技术研究

为了实现基于低精度的光纤传感器的高精度定姿导航,以确保陆上运动载体能够得到自身实时、准确的姿态信息,时光纤陀螺捷联惯导系统的测量误差进行了分析并建立组合导航系统的动态模型,利用GPS天线与惯导系统在栽体上的相时安装关系以及陆上载体的运动特征约束即非完整约束建立组合导航系统观测方程,采用卡尔曼滤渡器时惯导系统的测量误差和GPS天线与惯导系统间的杆臂量测误差进行估计,并使用估计结果时惯导系统的速度、姿态导航解算结果予以在线修正.通过车栽试验验证了此组合导航方案切实可行,系统定姿结果具有较高精度.     

惯导/里程仪组合导航系统算法研究

惯导系统误差随着导航时间而增长,而里程仪测量误差一般随着运载体行驶距离而增加,惯导系统和里程仪具有互补性,推导了简化的惯导/里程仪组合导航系统的卡尔曼滤波方程,研究了里程仪刻度系数误差校正的方法,并提出了里程仪打滑和滑行故障的判断准则,仿真结果表明：经过里程仪刻度系数校正后,组合导航系统能有效提高定位精度,并且具备一定的容错能力.     

基于地球坐标系的全球惯性导航与组合导航方法

包含高纬度极区的全球导航是现代民用和远程军用飞机对导航系统的重要要求。极区地理环境的特殊性导致常规的指北方位惯导算法在极区不适用。针对全球导航中极区与非极区惯导算法不统一的问题,提出了以基于地球坐标系的惯导机械编排为内核,导航参数在地理坐标系和格网坐标系输出的全球导航方法。针对长航时惯导系统存在的误差累积问题,设计了基于地球坐标系的惯性/卫星紧组合导航滤波器。仿真实验表明,基于地球坐标系的惯导算法在极区与非极区的算法性能分别与格网算法和指北算法一致,惯性/卫星紧组合导航有效提升了导航精度。     

组合导航系统在四旋翼无人机上的实现

针对无人飞行器行业的快速发展和导航系统对飞行器的重要性,提出了组合导航系统的融合方案。介绍了捷联惯导系统的原理、姿态算法。通过对惯性传感器进行误差标定和补偿,利用扩展卡尔曼滤波器建立了INS/GPS组合导航系统。仿真实验表明,组合导航系统的工作性能要优于纯惯性导航系统,能够为飞行器提供较高的导航精度。最后,将这种组合导航系统在四旋翼无人飞行器上进行了实现。     

基于卫星／平流层飞艇的区域导航系统设计

针对卫星/捷联惯导组合导航系统中卫星信号易受干扰的问题,为提高导航的精度和可靠性,提出了一种新的基于卫星和平流层飞艇的区域导航系统.根据区域导航平台,利用组合导航的模式,建立了同步卫星/捷联惯导/平流层飞艇组合导航的状态方程和量测方程,选取自适应联邦滤波算法作为组合导航的信息融合算法,形成联合滤波器,要以弥补卫星导航中信号易受影响的问题.最后设计开发了区域导航仿真系统,通过数字仿真表明,与卫星/捷联惯导组合导航系统相比,区域导航系统具有较高的导航精度和较好的可靠性.     

基于多传感器融合的水下机器人导航系统

本文提出了一种水下机器人自主导航系统设计方案.建立了导航系统模型和传感器误差模型,分别以捷联惯导、电子罗盘、深度计作为观测量,通过多传感器信息融合技术实现自主导航.仿真结果表明,该系统能够在保证容错性和实时性的同时,达到较高精度.     

基于MEMS-SINS/GPS的组合导航系统设计

针对小型无人机导航系统低成本、微小型、高效性的特点,提出了基于捷联惯导(SINS)\卫星定位(GPS)的组合导航系统设计方案,深入研究了组合导航系统的关键技术;分析了MEMS传感器误差对导航系统的影响,建立了系统误差模型;采用利于工程实现的基于位置、速度误差作为状态向量,以松耦合方式进行集中式Kalman滤波,对SINS/GPS信息进行融合,避免了传统SINS系统状态模型非线性,滤波器设计困难的问题;最后对系统进行了仿真;仿真结果表明,该组合导航系统成功抑制了SINS系统的积累误差,提高了导航精度与可靠性,具有广阔的应用前景。     

基于星敏感器的弹载陀螺工具误差分离研究

基于捷联惯性测量组合和弹载星敏感器的“惯性＋星光”复合导航方式综合了两种方式的优点,可以在导弹飞出大气层后通过对导航恒星的观测确定数学平台的误差角。该文在研究了陀螺工具误差的特性后,提出了基于弹体旋转逐项激励陀螺工具误差,利用星敏感器观测特定位置的导航星的方法分离陀螺相关工具误筹。通过数学仿真证明：该方法的应用在确定了数学平台误差角的同时,可以在线分离部分陀螺工具误差,放宽了地面对于陀螺工具误差的标定限制,丰富了“惯性＋星光”复合导航的内容,具有一定的工程意义。     

六加速度计的GFSINS/GPS组合导航系统研究

无陀螺捷联惯导系统(GFSINS)的角速度解算误差与加速度计测量误差紧密相天,加速度计测量误差会导致整个惯导系统导航参数随时问快速发散.针对这一问题,在传统捷联惯导系统的基础上,基于某种六加速度计配置方式,推导了尢陀螺捷联惯导系统误差方程,利用卡尔曼滤波器组成了GFSINS/GPS组合导航系统.经仿真验证,该组合导航系...     

信息融合技术在INS/GPS/TAN/SMN四组合系统中的应用

主要介绍了组合导航系统中多传感器信息融合技术的国内外发展状况,对INS/GPS/T AN/SMN(惯性系统/卫星导航系统/地形辅助导航/景象匹配导航)组合系统中的多传感器信息 融合的层次结构与融合方法,首次提出INS/GPS/TAN/SMN组合导航系统信息融合的层次结构 ,并提出了多源图像融合制导的思想与方法．本文指出比较有应用前景的信息融合研究方法 是基于模糊逻辑、小波分析、神经网络等人工智能的新方法,以及这些新方法与传统的随机 类方法相结合的随机 人工智能的信息融合方法．     

基于因子图算法的INS/GPS信息滞后处理方法

针对全球定位系统（GPS）信息滞后导致惯性导航系统（INS）/GPS组合导航系统实时性差的问题,利用因子图算法可以在一个信息融合时刻处理各信息源不同时刻量测信息的特点,提出了一种INS/GPS信息滞后处理方法。在系统接收到GPS信息之前,因子图模型中只添加关于INS信息的因子节点,经增量推理求出组合导航结果,保证系统的实时性。待系统接收到GPS信息之后,再将关于GPS信息的因子节点添加到因子图模型中,修正INS误差,从而保证系统长时间高精度运行。仿真结果表明,当上一时刻实时导航状态量对INS误差修正效果随GPS信息滞后时间变长而逐渐变差时,可以采用上一时刻刚刚完成量测更新的导航状态量实现INS误差的有效修正。因子图算法在保证系统精度的前提下,避免了GPS信息滞后对INS/GPS组合导航系统实时性的不良影响。     

基于Simulink的海底捷联惯性导航系统数学仿真

该文提出海底用捷联惯性导航系统导航的设计方案。在分析了捷联惯性导航系统的工作原理的基础上,用Matlah／Simulink建立导航系统仿真模型,并进行了仿真研究。仿真模型的输出信号为载体的经度,纬度和高度,可以直接用来显示在外部计算机上或驱动误差修正模型。该方法充分利用了Simulink的优点,实现了高度可视化的仿真实验,也为捷联惯性导航系统的仿真提供了新的实现途径。该方法不但适用于系统的全数学仿真,而且可以推广到半实物仿真实验,有着很大的工程实用价值和推广意义。     

A Novel Vehicle-Based GNSS Integrity Augmentation System for Autonomous Airport Surface Operations

Autonomous vehicles equipped with integrity augmentation systems offer the potential to increase safety, efficiency and sustainability of airport ground operations. The model predictive behavior of these systems supports a timely detection of any deviations from the Required Navigation Performance (RNP), producing useful alerts for onboard mission management. Firstly, the system architecture of a Navigation and Guidance System (NGS) for autonomous airport surface vehicle operations based on Global Navigation Satellite System (GNSS) measurements is described. Subsequently, an integrity augmentation module is implemented in the NGS by modeling the key GNSS signal degradation phenomena including masking, multipath and signal attenuation. The GNSS integrity augmentation system is capable of monitoring the RNP and alerting the remote operator of the airport surface vehicle. The uniqueness of the presented system is that both caution and warning flags are produced based on prediction-avoidance and reaction-correction capabilities respectively. Additionally, the system is capable of issuing suitable steering commands to the onboard mission management system/remote ground base station operator in the event of GNSS signal degradations or losses. Multipath is modelled in detail using a ray tracing algorithm and the vehicle position error is computed as a function of relative geometry between the satellites, receiver antenna and reflectors in realistic airport operation scenarios. Additionally, the surface vehicle dynamics and reflective surfaces of buildings are modelled in order to simulate a vehicle trajectory through a typical airport airside/aprons environment. Simulation case studies are performed to validate the mathematical models developed for the integrity augmentation system and the results corroborate the suitability of the proposed system to generate useful and timely integrity flags when GNSS is used as the primary means of navigation.     

新的改进K均值粒子群算法在组合导航的应用

在捷联惯导/卫星导航（SINS/GNSS）紧组合导航系统的非线性非高斯高动态模型中,一般K均值粒子群优化（PSO）算法易出现粒子退化、滤波发散等问题。针对上述问题,提出一种融入权值修正的K均值粒子群滤波方法。通过观测SINS/GNSS紧组合导航系统的精度因子(GDOP),来修正粒子权值,从而修正每个K均值的聚类中心的权重,进而优化粒子;并结合SINS/GNSS紧组合导航系统模型进行了仿真分析。结果表明在非线性非高斯高动态的情况下,该改进算法有效地抑制了滤波发散,提高了精度。     

A Terrain Referenced UAV Localization Algorithm Using Binary Search Method

This study focuses on localization of Unmanned Aerial Vehicles (UAV) since permanent navigation has vital significance to support position information and to avoid getting lost. Actually, there exist effective aeronautical navigation systems in use. Inertial Navigation System (INS) and Global Positioning System (GPS) are two representatives of the most common systems utilized in traditional aerial vehicles. However, an alternative supporter system for UAVs should be mentioned since INS and GPS have serious deficiencies for UAVs such as accumulated errors and satellite signal loss, respectively. Such handicaps are coped with integrating these systems or exploiting other localization systems. Terrain Referenced Navigation (TRN) could be a good alternative as a supporter mechanism for these main systems. This study aims to localize a UAV accurately by using only the elevation data of the territory in order to simulate a TRN system. Application of the methodology on a real UAV is also considered for the future. Thus assumptions and limitations are designed regarding the constraints of real systems. In order to represent terrain data, Digital Elevation Model (DEM) with original 30 meter-resolution (Eroglu and Yilmaz 2013) and also synthetically generated 10 meter-resolution maps are utilized. The proposed method is based on searching the measured elevation values of the flight within the DEM and makes use of simulation techniques to test the accuracy and the performance. The whole system uses sequences of elevation values with a predefined length (i.e. profile). Mainly, all possible profiles are generated and stored before the flight. We identify, classify and sort profiles to perform search operations in a small subset of the terrain. During the flight, a measured flight profile is searched by the Binary search method (Eroglu 2013) within a small neighborhood of corresponding profile set.     

矿井组合导航系统的设计与应用

针对矿井捷联式惯性导航系统（SINS）误差累计的问题,提出了一种基于射频位置修正技术的矿井组合导航系统。系统将射频标签存储的实际位置和SINS解算位置的差值作为量测量,利用Kalman滤波器估计并补偿SINS存在的陀螺漂移和加速度计零偏。该方法在修正点对误差估计精度高,收敛速度快,能够对SINS累计误差进行一次性修正。