基于RDSS辅助的多普勒／SINS组合导航系统研究

多普勒／SNS组合导航系统具有输出水平速度误差较小、平台角误差较小的优点，但存在经纬度误差较大的缺点，故不能作为独立的导航定位系统，而双星定位系统(RDSS)可输出较高精度的经纬度信息，但存在定位滞后的缺陷，若利用多普勒／SINS的输出水平速度以补偿RDSS的位置滞后，同时经过位置补偿后的RDSS系统可实时修正多普勒／SINS组合导航系统．仿真结果表明，基于RDSS辅助的多普勒／SNS组合导航系统能有效地克服多普勒／SINS系统的缺点，是一种新型的组合导航系统，可应用于导航定位精度要求较高的场合。     

基于伪距/伪距率双差的INS/GNSS紧组合相对导航算法研究

随着惯导/卫导组合导航技术的发展,将其应用于编队相对导航的研究越来越多。结合卫导差分相对定位、INS/GNSS 组合导航技术,本文将编队成员中主节点和从节点伪距、伪距率的两次差分量直接作为观测量,研究了一种 INS/GNSS 紧组合相对导航新算法。该算法通过两次差分操作可以消除大部分传播路径误差以及公共时钟误差;利用惯导的平滑特性能够消除测量量中的部分随机噪声。仿真结果表明：该算法能够提供精度更高,更加平稳的相对导航信息。     

运载器深空动力飞行INS/CNS/Doppler系统导航方法研究

提出了一种运载器深空动力飞行阶段的精确自主导航方法。以捷联惯性导航系统为主导航系统,并辅以天文导航、多普勒导航,利用信息融合技术,构成 SINS/CNS/Doppler 组合导航系统。以惯性导航的信息误差量作为系统状态量,建立系统数学模型,在天文观测信息的基础上,利用单程多普勒频移测量运载器与地面站的相对速度,采用联邦滤波算法将观测信息有效地融合在一起,完成运载器深空动力飞行阶段的导航任务。对提出的导航方法进行了数值仿真, 仿真结果表明,该方法的导航速度估计精度达到 0.04m/s,姿态估计精度达到 1 角秒以下,具有很高的导航精度。     

X射线脉冲星导航系统选星方法研究

针对X射线脉冲星导航(XPNAV)系统的选星问题,该文研究了脉冲星可见性、品质因子及空间分布对脉冲星优选的影响。分别建立了第三体阴影遮挡,X射线干扰源影响以及X射线探测器视场角限制造成脉冲星不可见的约束方程;分析了基于克拉美罗界的脉冲星品质因子评价公式;提出了脉冲星组合加权几何精度因子(WDOP)的计算方法,并证明了加权几何精度因子值随着脉冲星观测数量的增加而减小。最后设计了一种基于查表法的脉冲星选星方法。仿真结果表明,设计的脉冲星选星方法可以有效地从适合导航的脉冲星中优选出最佳脉冲星组合。     

双天线GPS/SINS组合导航系统设计

本系统作为浅组合导航系统的一种,利用了双天线定向GPS与光纤陀螺的组合,以基于DSP+FPGA多处理器结构作为导航计算机平台,在原有的位置与速度基础上加入了姿态作为第三个量测量,应用卡尔曼滤波算法将GPS姿态信息作为对惯性导航系统数据的初始值和修正。设计的系统通过跑车实验验证后表明达到了设计要求,具有实时性好,运算精度高等优点。     

一种低成本的SINS/GPS紧密组合导航

针对高速、高机动弹道导弹中捷联惯性导航系统/全球卫星定位系统(SINS/GPS)紧密组合导航系统在信息融合时,存在由于接收机时钟差引起量测信息值突变及量测数据时间同步的问题,提出了一种伪距差分的方法,能有效消除量测值的突变,保证滤波器收敛。在此基础上,采用多项式拟合外推的方法达到了时间同步精度要求。最后对改进后的系统进行静态和动态跑车实验,实验结果表明,该系统的水平位置精度达到了10 m,速度精度达到了0.2 m/s,提高了系统的导航精度,验证了该方法的有效性。     

提高SINS/GNSS组合导航系统定位精度的方法研究

单纯依赖单一的导航手段难满足高精度的导航需求,因此,将捷联惯性导航系统(SINS)、全球卫星导航系统(GNSS)有效组合,实现优势互补。SINS/GNSS组合导航系统的数据处理一般采用卡尔曼滤波实现,当组合导航系统模型足够准确时,滤波性能较好,当导航系统模型存在误差或发生变化时,新的量测值对滤波估计值的修正作用下降,而旧的量测值的修正作用相对上升,从而导致滤波精度下降。针对上述问题,基于集中式卡尔曼滤波结构的SINS/GNSS组合导航系统,本文提出一种新方法,新方法在梯度方向上进行估计迭代,从而修正模型误差对滤波精度的影响,提高导航定位精度。实验结果表明,当导航系统模型和量测方程存在误差或发生变化时,新方法仍可以为导航系统提供有效的定位精度,满足高空长航时系统需求。     

双系统卫星导航增强系统研究

提出了对双系统组合定位的增强方法，详细研讨了双卫星导航增强系统方案。该方法提高了卫星导航系统信息的安全性，在特殊时期，在某一系统不能使用时（如GPS），仍能利用其它卫星导航系统提供定位服务；通过地面差分修正站播发双卫星导航系统之间的系统时差以及地面差分修正站视界内所有卫星的伪距修正量，提高了卫星导航设备的可用性和定位精度；同时增加了信号的完好性，提供的冗余信息增加，使接收机自主完好性监测（RAIM）方法更易鉴别出故障卫星。     

基于EKF的脉冲星导航在转移轨道的应用

为提高深空探测器在转移轨道的自主导航能力,提出了一种基于EKF的X射线脉冲星自主导航定位系统.以X射线探测器获得的脉冲到达时间为量测量,以深空探测器轨道动力学模型为状态方程,利用扩展卡尔曼滤波算法进行状态估计.以美国火星探路者任务深空转移段为例进行了仿真实验,仿真结果表明了该方法的可行性与有效性,能够完成深空探测器转移段的自主导航任务.     

一种基于载波相位时间差分的惯性/卫星组合方法

传统的惯性/卫星紧耦合组合导航系统使用卫星伪距/伪距率作为量测，卫星伪距率一般可以提供厘米/秒级精度的速度信息；而载波相位时间差分观测量可以达到毫米级精度且无需参考接收机。本文分析了载波相位时间差分的原理，并将其应用到惯性/卫星组合导航系统中；在滤波器的设计中使用状态延迟滤波法处理载波相位时间差分观测量，使惯性/卫星组合导航系统达到了较高的速度精度。     

北斗/罗兰组合导航系统中伪距导航定位解算新算法研究

为提高北斗／罗兰组合导航系统伪距导航定位解算的精度和改善对动态目标的实时跟踪,本文提出了一种新方法,采用镜像映射法解具有病态的矛盾方程组以提高精度,以及将伪距导航定位解算方程模型转换为具有贯序输入输出数据的系统辨识模型,然后用递推最小二乘法,对所求的北斗／罗兰组合导航系统伪距导航定位信息一接收机的三维位置参数和时钟误差参数进行动态快速实时估计。     

GNSS系统时间及星载钟研究

全球卫星导航系统(GNSS)所产生的标准时间信息,在国民经济各领域广泛使用。 本文主要介绍各 GNSS 的系统时间,利用溯源和星载钟控制校准技术,开展其星载钟性能研究, 为卫星导航系统星载钟的最佳配置提供科学方案。     

一维激光多普勒测速仪/单轴旋转惯导组合车载高程测量方法(特邀)

采用一维激光多普勒测速仪与单轴旋转惯性导航系统组合的方式,利用单轴旋转惯导系统倾角补偿后的姿态输出为测速仪提供高精度姿态基准,探索提高一维激光测速仪高程测量精度的新方法。针对双光束差动结构的一维激光测速仪高程测量原理及单轴旋转惯导系统倾角误差补偿方法进行了研究,以车载的方式对设计的高程测量方法进行了试验验证。完成了两组35~40 min跑车测试,第一组试验高程测量最大误差为?2.67 m,标准差为1.0094 m;第二组试验高程测量的最大误差为1.68 m,标准差为0.5880 m,达到了车载情况下连续动态高程测量精度优于3 m的预期指标。相关试验结果证明了基于单轴旋转惯性导航系统的车载一维激光多普勒测速仪高程测量方法的有效性。     

SINS/GNSS组合导航系统中激光多普勒测速仪参数估计

为了提高SINS/GNSS组合导航系统的全局性能,考虑加速度与高斯包络对激光多普勒测速仪的影响,提出SINS/GNSS组合导航系统中激光多普勒测速仪参数估计方法。通过分析SINS/GNSS组合导航系统工作原理,明确SINS/GNSS组合系统状态;采用预先梯度评估方法,对梯度方向进行估计迭代,以提高导航定位精度,将获取的方位偏差代入卡尔曼滤波器中进行处理,保证SINS/GNSS组合导航系统实际应用的可靠性;获取对应费希尔信息矩阵,采用正弦信号的圆频率估计方差获取CRLB;分析激光多普勒测速仪测速过程中存在的问题;在信号成分参数分解前提下,将各距离门回波近似看作多个Chirp分量合成信号,对距离压缩后的数据实施自适应Chirplet分解,完成激光多普勒测速仪参数估计。实验结果表明:所提方法能够得到准确的参数估计数值,为SINS/GNSS组合导航系统的有效应用提供理论参考。     

星间相对运动补偿算法

针对卫星间的相对运动误差问题,提出了一种即时准确对相对运动误差进行补偿校正的方法。对星间距离与钟差解耦原理进行研究分析,推导出由于卫星之间的相对运动造成的误差表达式,为消除相对运动误差提供了理论依据。通过仿真相对运动误差,利用星间多普勒测量值以及其中一颗卫星速度进行处理,可以得到比较理想的相对运动补偿结果。以全球卫星导航系统(GNSS)星座卫星为例,最后得到的钟差测量结果可以将由相对运动造成的钟差测量误差降低到0.001 ns以下,为以后星间高精确度测量与时间同步提供了可靠保证。     

MIMU／GPS组合导航模糊自适应卡尔曼滤波研究

针对组合导航初始对准中存在模型误差时常规卡尔曼滤波容易发散的问题,提出了一种模糊自适应卡尔曼滤波算法。该算法采用模糊控制规则,根据新息的方差和均值变化自适应调整量测噪声权值矩阵。此算法运用于MIMU/GPS组合导航初始对准中,获得了较高的导航精度。仿真结果表明,该算法能够有效防止滤波发散,减少模型误差对滤波结果的影响,提高了滤波精度,实现了参数的在线调整。     

陆用组合导航中Janus配置的激光多普勒测速仪的标定方法

在陆用组合导航领域,激光多普勒测速仪作为速度传感器能够与捷联惯导系统组成组合导航系统。为了抑制车辆颠簸引起的倾角变化对传统激光多普勒测速仪的影响,文中给出了基于Janus配置的分光再利用型激光多普勒测速仪。针对其与惯导系统组合导航过程中该配置结构测速仪的误差参数,文中首先推导了该测速仪的速度误差模型,在此基础上提出了差分GPS辅助的Kalman滤波标定法。实施了仿真及车载组合导航实验验证该方法的有效性。实验结果表明:文中提出的标定方法是有效的,误差参数补偿后的Janus配置激光多普勒测速仪能够大大提高组合导航定位精度。     

遮挡环境下原子钟和气压测高仪辅助北斗定位方法研究

在城市峡谷等遮挡环境下,接收机无法连续进行定位解算;并且高程定位精度不能满足用户在立交桥或者盘山公路等环境下的定位需求。在接收机内使用原子钟,可以利用原子钟的高稳定性,对钟差进行高精度的预测。并通过与气压测高仪共同辅助北斗系统定位,可以有效提高接收机的定位精度和连续性;该文首先理论分析了原子钟和气压测高仪辅助定位算法;然后,提出一种气压测高仪初始化校正方法,并通过对钟差噪声类型的分析确定了钟差预测方法;最后,模拟遮挡环境,进行原子钟和气压测高仪辅助北斗卫星导航系统定位试验,并分析了定位结果。结果表明：仅跟踪两颗可见卫星,便可以进行定位解算,并且垂直方向上的定位误差从8.2 m (RMSE)下降到了5.2 m,定位结果的波动从4.6 m下降到了0.8 m。     

北斗卫星导航模拟器卫星钟差参数生成方法研究

本文介绍了北斗卫星导航模拟器卫星钟差参数生成方法,提出了相应的计算方法。 计算结果表明,文中给出的具体计算方法是正确的,其拟合精度以特定时间间隔的卫星钟差的误差表示时,误差精度小于 1.1ns。     

Shuttle Experiment to Demonstrate High-Accuracy Global Time And Frequency Transfer

The concept of a high-accuracy global time and frequency transfer system is discussed. A hydrogen maser clock onboard a space vehicle combined with a microwave Doppler cancellation system can provide direct frequency transfer with an accuracy of 10-14 and time transfer accurate to 1 ns. The addition of short pulse laser techniques provides subnanosecond time transfer accuracy which can be used to calibrate the microwave system.