基于ARM的移动机器人组合导航系统设计与实现

为了实现室外自主移动机器人的导航定位需求,利用微惯性测量单元(MIMU)和全球卫星定位系统(GPS)接收机,设计并实现了一种基于ARM Cortex M4内核的SINS/GPS组合导航系统。详细介绍了系统硬件组成、软件结构,并在此基础上实现了Kalman滤波的SINS/GPS组合导航算法。将该组合导航系统安装于旅行者II移动机器人,采用差分GPS对组合导航系统性能进行评估。实验结果表明:该系统具有较高的精度,达到了设计要求,具有良好的实用性。     

车载INS/GPS组合导航系统建模与仿真

为了准确地对车辆进行定位,实现导航功能,将两种常用的导航定位技术GPS定位导航技术与惯性导航技术进行组合,介绍了INS/GPS组合导航系统的仿真方案。因车载组合导航系统对精度的要求不是很高,采用低成本的机械陀螺和加速度计作为惯性导航系统的测量器件。INS/GPS组合导航系统采用位置和速度组合模式,分别给出纯INS,纯GPS,组合导航系统的位置误差比较。结果分析表明,组合导航系统精度高于INS和GPS分别独立工作时的精度。     

MIMU/GPS组合导航系统小型化设计

为满足小型无人机、手持制导设备及无人探测车等对低成本轻重量导航系统需求,应用MEMS惯性测量单元和GPS接收机模块,完成MIMU/GPS组合导航系统小型化设计。组合导航计算模块基于DSP+FPGA+FLASH设计完成,实现多传感器通信、串并行数据转换及与上位机人机交互等功能。将计算模块、电源模块、MIMU及GPS接收机集成到嵌入式MIMU/GPS组合导航系统中,完成的系统直径80 mm,高度80 mm,质量不超过600 g。对集成后系统进行定点动姿态实验,结果表明:该组合导航系统定点位置测量精度在1 m以内,动姿态测量精度姿态角在0.1°以内,航向角在0.5°以内。     

机载北斗/GPS/SINS组合导航系统软硬件设计

针对单一导航导航系统在导航精度、稳定性、设备成本以及导航信息完备性等方面的局限性,设计了卫星导航/惯性导航组合导航系统;针对GPS导航系统受制于人及北斗导航系统发展尚不完善的特点,提出了基于北斗/GPS/SINS的军用机载组合导航系统软硬件设计;搭建了北斗/GPS/SINS组合导航系统硬件平台,采用基于不确定度的加权平均数据融合算法提高组合导航系统的导航可靠性和准确性;仿真结果表明,该组合导航系统稳定性好,可靠性高,定位准确。     

嵌入式GPS/MIMS组合导航系统的设计与应用

利用微型惯性测量单元MIMU和GPS-OEM板,设计了一种低成本、轻小型的嵌入式GPS/MIMS组合导航系统。根据组合导航系统的数据流图,给出了RTLinux环境下组合导航系统软件的结构和实现方法,为编码提供依据。     

列车组合导航系统研究与仿真

提出了一种列车组合导航系统.首先,采用低精度的惯性传感器构成简易惯性测量装置(IMU),设计了该简易IMU的安装结构,并给出了其导航定位解算方法.然后,将简易IMU与GPS构成组合导航系统,分析了IMU和GPS各自的误差源,并建立了组合系统误差模型,从而利用卡尔曼滤波技术设计了IMU/GPS列车组合导航算法.仿真结果表明,该IMU/GPS列车组合导航系统具有精度高、可靠性好、成本低等显著优点,非常适用于列车导航定位.     

卫星信号失效条件下SINS/GPS不同组合方式的性能比较

为了研究卫星信号失效对SINS/GPS松组合导航系统和紧组合导航系统导航性能的影响,在分析惯导系统误差方程的基础上,给出了基于卡尔曼滤波的松组合和紧组合数学模型,构建了两种组合方式的仿真平台。仿真结果显示,SINS/GPS紧组合导航系统的精度要明显优于松组合导航系统,且在卫星信号失效导致可见星数目少于4颗甚至仅有1颗时,SINS/GPS紧组合依然能够保持组合模式,并可提供高于单一惯性导航系统的导航精度,说明了SINS/GPS紧组合方式具有较高的精度和可靠性。     

基于微处理器的紧耦合组合导航系统设计

首先分析了GPS导航与惯性导航各自的优缺点,阐述了GPS/惯导组合导航系统的先进性,其次介绍了众多组合模式中的利用伪距和伪距率信息的紧耦合组合模式,最后基于微处理器从软硬件两方面对组合导航系统进行了设计.     

基于DSP的平流层验证飞艇组合导航系统设计

基于某小型平流层验证飞艇的实际应用,介绍了适合该艇的INS/GPS组合导航系统的基本原理,设计了以TMS320F2812芯片为计算核心的导航计算机。飞行试验结果显示该系统具有良好的实时性和满足设计要求的测量精度,为平流层飞艇组合导航系统的设计提供了一定的理论基础。     

军用车载简易捷联惯导/GPS组合导航系统研究

利用惯性测量组件（IMU）和GPS－OEM板，研究军用车载简易SINS／BPS组合导航系统的实现。对简易捷联惯导／GPS组合导航系统的原理、硬件组成和软件构成进行了具体的分析，表明组合导航系统在精度和可靠性两方面，较单一的导航系统都有明显的改善和提高，能够满足陆地军用车载导航的要求。     

自适应卡尔曼滤波在组合导航中的应用研究

对惯性导航系统（INS）与全球导航系统（GPS）分别进行了具体探讨,对比了两者的优缺点,针对INS／GPS组合导航系统中由于模型不准或因量测噪声的复杂多变造成的发散问题,引入了一种基于输出相关法的自适应卡尔曼滤波技术。通过在自适应滤波算法中推算最优稳态增益来调整量测噪声,抑制滤波器的发散,为GPS／INS组合导航系统实现高精度导航提供了有效的途径。仿真结果表明该算法能很好地对系统状态进行最优估计并适应系统噪声的变化,具有比常规卡尔曼滤波更高的导航精度。     

SINS/GPS组合导航系统仿真研究

以某载体的规划航迹数据为对象,针对捷联、卫星组合导航系统(SINS/GPS)进行了仿真研究。由规划航迹数据计算出载体的比力和角速度信息,输入至惯性测量器件模型,模型输出激励捷联解算模块,得到惯导系统输出参数;同时对规划数据添加观测噪声模拟GPS测量值。采用相对简单的基于半位置、半速度误差的误差方程作为状态方程,以松耦合方式进行集中式Kalman滤波,给出了SINS单独工作与SINS/GPS组合得到的半位置、半速度误差分布。对各状态的观测度进行了研究,确定了不可观测的状态并给出了部分状态可观测度的时间分布。仿真结果表明,方法正确有效,可对SINS/GPS组合导航系统进行算法验证和方案性评估。     

SINS／GPS组合导航系统电路设计

介绍了基于微机械惯性器件和全球定位系统(GPS)的组合导航系统电路设计。根据组合导航系统工作的特点和控制的要求,设计了基于TMS320F2407的信息采集处理模块和基于TMS320VC33的组合导航计算模块,给出了以双口RAM作为共享存储器的设计方案。实际应用表明,该电路设计方案达到了导航系统的指标要求,并具有体积小、重量轻、功耗低、成本低等诸多优点。     

GPS失效时组合导航系统修正方法研究

针对采用低成本惯性元件的MEMS-IMU/GPS组合导航系统在GPS信号长时间失效后系统趋于发散的问题,在研究捷联航姿解算算法、加速计测量姿态角算法和磁传感器解算航向角算法的基础上,提出将航姿辅助修正算法引入组合导航系统中,一旦系统检测到无效信号出现,则能自动切换到辅助修正状态,使导航结果被抑制在0.5°左右;通过半实物仿真实验,证明了该方法能够有效解决GPS信号长时间失效后系统发散问题,满足了在低成本MEMS惯性元件基础上的高精度导航要求。     

基于粒子滤波的GPS/DR组合导航算法研究

对于车载GPS/DR(全球定位系统/航位推算)组合导航系统的算法研究,大多采用扩展卡尔曼滤波,但是应用扩展卡尔曼滤波时,非线性系统必须要进行线性化,从而导致滤波结果有较大的误差.为此将粒子滤波算法用于车载GPS/DR组合导航系统中,并建立了GPS/DR组合导航系统的状态方程和观测方程.为了检验其有效性,将两种方法分别对车载GPS/DR组合导航系统进行滤波仿真,仿真实验结果表明粒子滤波比扩展卡尔曼滤波有更好的滤波效果,更能减少定位误差.     

基于MEMS技术的车载组合导航系统研究

针对当前车载GPS导航仪实时性和可靠性差的问题,设计出一种基于MEMS技术的低成本车载GPS/MIMU/GIS组合导航系统,建立了GPS/MIMU组合系统的误差模型,对该模型进行了计算机仿真研究,并运用地图匹配算法对GPS/MIMU/GIS导航信息误差进行修正;跑车试验表明,该组合导航系统成本低、精度高,可靠性强,特别适合于军用和民用车辆的导航定位。     

基于MIMU/GPS组合导航系统的应用研究

根据车载导航系统发展现状,提出了一种基于GPS和MIMU技术的低成本的、可用于市场推广的组合导航系统方案。采用MIMU与GPS松散组合方式,以速度和位置作为观测量设计了Kalman滤波器。该方案以ARM9作为中央处理器,详细介绍了系统的设计与实现。经测试,该系统与传统GPS相比,具有更高的稳定性和更精确的导航精度。     

卡尔曼滤波系统和量测噪声自适应估计的关联性

卡尔曼滤波是惯导系统(INS)/GPS组合导航的主要算法之一,Sage-Husa算法是在卡尔曼滤波基础上,为减少系统噪声和量测噪声的不确定性对误差估计的影响而采用的自适应估计方法.对Sage-Husa算法提出了4条改进措施;并通过在3种数据扰动情形下的仿真计算发现,只对一类噪声做自适应估计更容易产生较大的偏差,对系统噪声和量测噪声两类噪声同时做自适应估计,其效果要优于只对一类噪声做自适应估计,把此现象定义为卡尔曼滤波的系统和量测噪声自适应估计的关联性.这个结果不同于一些文献的观点.此项研究对自适应卡尔曼滤波在INS/GPS组合导航的工程化应用有较高的实用价值.     

Magnetic compass fault detection method for GPS/INS/magnetic compass integrated navigation systems

This paper proposes a magnetic compass fault detection method for GPS/INS/Magnetic compass integrated navigation systems. The fault is assumed to be caused by the hard iron and soft iron effect and modeled as an abrupt change in the magnetic compass output. In order to detect the fault, a test statistic related with only azimuth error measurement is determined. When a fault is detected, the GPS/INS/Magnetic compass integrated navigation system is changed into a GPS/INS integrated navigation system mode. In order to show the validity of the proposed method, computer simulation and van testing are carried out. The simulation and van test results show that the proposed navigation system gives more accurate outputs than the GPS/INS/Magnetic compass without the proposed method.