基于RAEKF的GPS/INS紧组合导航方法研究

针对GPS/INSS组合导航系统对高精度和高可靠性需求不断提升的现状,考虑载体运动复杂性导致运动过程中噪声数学统计特性无法精确确定,且滤波结果易受观测粗差影响的问题,提出一种抗差自适应扩展卡尔曼滤波(Robust Adaptive Extended Kalman Filter,RAEKF)方法。基于惯性导航、卫星导航原理与误差模型确定紧组合工作模式下的卡尔曼滤波数学模型;推导常用EKF模型并构造抗差自适应卡尔曼滤波,通过自适应调整观测值的使用权重提高滤波精度,结果表明抗差自适应滤波能有效抑制粗差对导航结果的影响。     

低成本IMU/GPS组合导航系统设计

纯惯导数据自主性强、更新率高、实时性好,但系统误差会随时间积累。GPS将误差限制在一定范围内,但数据更新较慢,易受外界干扰。以IMU、GPS和磁航向计构成的低成本组合导航系统已成为目前研究的热点。本研究构建了低成本小型航姿系统。为了更好地满足工程需要,增强系统的实时性,考虑到时间延迟对系统的影响,设计10维卡尔曼滤波器用于导航计算,实测跑车并对数据进行仿真。初步结果表明,所构建的组合导航系统精度和稳定性均满足导航要求。     

基于卡尔曼滤波的无人机组合导航系统设计

针对卡尔曼滤波在实际应用中遇到的系统通常不是严格线性的问题,改进了在组合导航系统中常用的卡尔曼滤波方法,用扩展卡尔曼滤波对INS和外部测量源的信息进行融合,推导了无人机GPS辅助惯性导航系统的导航方程.通过分析GPS和INS的定位原理,建立了GPS和INS的误差模型.完成了以INS为主导航系统,GPS作为辅助系统的组合导航系统的扩展卡尔曼滤波设计.最后,将线性卡尔曼滤波和扩展卡尔曼滤波的结果进行了仿真对比分析,结果表明:扩展卡尔曼滤波更适合系统为非线性的情况.     

扩展卡尔曼滤波在组合导航中的应用

松组合导航中,采用组合导航系统(SINS)误差作为状态量,用SINS解算的位置和速度与全球定位系统(GPS)测量的位置速度之差作为量测信息.为了提高组合导航的精度在松组合导航中应用扩展卡尔曼(EKF)滤波算法,通过仿真对载体轨迹的速度、姿态、位置进行跟踪.仿真结果表明:在仿真进入8 min之后系统进入稳态,能准确跟踪载体.因此,采用基于EKF的非线性滤波能有效跟踪载体的位置、速度和姿态.     

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.     

一种结构模式可变的组合导航算法研究

根据毫米波/红外双导引头数据融合装置在工程应用中对性能指标的特殊要求,提出了一种新的组合导航算法。该算法根据各传感器的工作状态,自适应改变跟踪算法的结构模式,从而有效缩短目标截获时间、增长截获距离、提高跟踪精度。通过计算机仿真,验证了该算法的可行性。该算法也可以推广到其他异类传感器构成的组合导航系统中去。     

GPS/SINS/偏振光组合导航的模糊控制算法研究

针对在组合导航中扩展卡尔曼滤波器(EKF)会发散的问题,采用了一种基于模糊控制的自适应卡尔曼滤波算法(FAKF)方法,通过模糊控制器来计算指数加权因子,实时对量测噪声的大小进行调整,保证滤波精度,有效抑制滤波过程的发散问题;针对GPS无法提供姿态角进行组合解算的情况,使用偏振光与SINS的组合进行姿态解算;通过对GPS/SINS/偏振光组合导航系统进行仿真,将基于模糊控制的自适应卡尔曼滤波算法(FAKF)和扩展卡尔曼滤波算法(EKF)进行对比验证,东、北、天向位置上分别提升精度56.81%、65.17%、45.99%,东、北、天向速度上分别提升精度46.99%、54.01%、43.82%,俯仰角、航向角分别提升精度58.01%、53.58%,验证了该方法的优势。     

GPS/DR组合导航FAIMM滤波算法仿真研究

研究GPS/DR组合导航滤波问题。GPS/DR组合导航系统量测噪声统计特性随载体机动发生变化导致传统滤波算法滤波效果下降,针对此问题,提出了一种模糊自适应交互式多模型(Fuzzy Adaptive Interacting Multiple Model,FAIMM)滤波算法,将模糊自适应无迹卡尔曼滤波(FAUKF)与交互式多模型无迹卡尔曼滤波(IMMUKF)相结合,不需要预先设置模型集就能实现对载体量测噪声模式的覆盖。仿真结果表明:改进算法能够实时调整滤波器量测噪声参数,适应组合导航系统量测噪声变化,得到了与模型集完备的IMMUKF相当的导航滤波效果。     

低成本MIMU/GPS组合导航研究

针对微惯件测量组合无法长时间单独工作、GPS卫星信号不稳定的问题,提出MIMU/GPS组合导航的方法.对MIMU的误差建立模型,采用松组合方式,设计卡尔曼滤波器,除取姿态、速度、位置的误差作为状态变量外,另取仪表的误差作为状态变量.对姿态、速度、位置进行反馈校正.在GPS卫星信号在某些条件下短时间丢失的情况下,微惯性测量组合单独导航,然后再重新获取GPS卫星信号的情况下进行Kalman滤波组合导航仿真,仿真结果表明该算法简单易实现,能满足导航精度要求,且在GPS卫星信号短时间丢失的情况下有较高的导航精度.     

基于混合卡尔曼滤波的组合导航算法研究

建立了精确制导炸弹MINS/GPS组合导航数学模型.针对扩展卡尔曼滤波存在的问题,研究了非线性滤波,提出了一种新的滤波算法——混合卡尔曼粒子滤波,并应用于组合导航系统定位.仿真结果表明：混合卡尔曼粒子滤波能有效提高组合导航系统的精度和可靠性.     

惯性基高精度组合导航方法研究与仿真

研究了一种基于捷联惯性导航系统(SINS)的高精度组合导航方法;选取SINS的系统误差作为组合导航系统状态,利用天文导航系统(CNS)输出的姿态矩阵和SINS输出信息计算得到的等效姿态矩阵来构造量测,设计SINS/CNS组合导航算法;利用SINS与北斗卫星导航系统(RDSS)各自的位置输出构造量测,设计SINS/RDSS组合导航算法,从而,利用联邦卡尔曼滤波技术设计SINS/CNS/RDSS组合导航算法;仿真结果表明,惯性基SINS/CNS/RDSS组合导航方法具有较高的导航定位精度,工程应用前景良好。     

A Filtering Approach Based on MMAE for a SINS/CNS Integrated Navigation System

This paper explores multiple model adaptive estimation (MMAE) method, and with it, proposes a novel filtering algorithm. The proposed algorithm is an improved Kalman filter-multiple model adaptive estimation unscented Kalman filter (MMAE-UKF) rather than conventional Kalman filter methods, like the extended Kalman filter (EKF) and the unscented Kalman filter (UKF). UKF is used as a subfilter to obtain the system state estimate in the MMAE method. Single model filter has poor adaptability with uncertain or unknown system parameters, which the improved filtering method can overcome. Meanwhile, this algorithm is used for integrated navigation system of strapdown inertial navigation system (SINS) and celestial navigation system (CNS) by a ballistic missile's motion. The simulation results indicate that the proposed filtering algorithm has better navigation precision, can achieve optimal estimation of system state, and can be more flexible at the cost of increased computational burden.      

一种低成本GPS/DR组合导航系统设计

根据车载导航的特点,运用单自由度的加速度计代替里程计,提出一种基于低成本的单陀螺仪单加速度计的航位推算(DR)方案。航位推算短时精度高,但误差会随时间积累而变大,DR与GPS导航利用扩展型卡尔曼滤波,形成GPS/DR组合导航系统,融合2个系统的优势,完善导航能力。实际测试结果表明,该GPS/DR组合导航系统能满足车载导航的基本需求,在城市峡谷中有较高的定位精度,且在GPS信号遮挡时能保持定位。     

基于双DSP的SINS/GPS组合导航计算机系统

为满足SINS/GPS组合导航系统对实时性、精度的要求,设计了一种基于双DSP的高性能SINS/GPS组合导航计算机系统。本系统按功能划分为数据传输子系统和导航计算子系统。选用高性能数字信号处理器TMS320F28335(DSP1)和TMS320C6713(DSP2)分别作为数据传输子系统,导航计算子系统的核心处理器;两子系统之间通过双口RAM实现高速可靠通信。系统通过扩展外部接口实现对惯性组件数据,GPS数据实时采集,并输出导航参数,具有很强的实时性。     

IMU/GPS/DCM组合导航系统全组合算法研究

通过分析姿态组合算法中平台误差角与姿态误差角物理意义的不同,推导并得到了二者之间的转换关系;利用联邦滤波技术,设计了弹载IMU/GPS/DCM组合导航系统,其中IMU为战术级捷联式惯导系统,GPS为普通民用级;仿真结果表明在元器件精度很低的情况下,使用文中的算法及系统设计依然可以实现高精度导航;组合导航系统的姿态误差角可控制在10角分左右,位置精度在3 m以内,具有较高的实际应用价值。     

基于信息融合的组合导航系统研究

针对GPS接收机在高机动工作状态或受遮挡时易出现“丢星”现象而导致定位中断的问题,提出了一种采用GPS／GLONASS／INS组俣导航系统对载体进行快速定位、定向的新方法。文中首先总结了GPS导航系统的不足,在此基础上给出了组合系统的设计方案和工作原理,然后对基于联合卡尔曼滤波的多传感器信息融合算法进行了论述与分析,最后给出了计算机仿真。结果表明：该方法可有效地提高导航系统的精度和可靠性,为融合导航系统的数据分析和处理提供了一个有效途径。     

SINS/CNS/SAR组合导航系统中的信息融合算法研究

在SINS/CNS/SAR组合导航系统中,存在量测信息时间不同步及系统容错性差的问题,为了获得高精度滤波结果,设计了一种新的信息融合算法.首先对各子系统量测信息进行野值检测,并对处理后的量测信息进行时间同步处理;然后利用SINS/CNS和SINS/SAR子滤波器分别进行局部滤波得到局部估计值,经系统容错检测后,由主滤波器对局部估计值进行自适应融合,实现全局滤波.仿真结果表明,量测信息时间同步处理可以优化系统定位精度;当系统出现量测异常时,所提出的融合算法可以有效检测故障并进行处理,状态估计值始终维持在稳态附近.新的融合算法能改善导航系统的客错性能,提高导航精度,设计方案具有重要的理论参考价值.     

基于ARM和DSP的组合导航系统设计

设计并实现了基于ARM和DSP的SINS/GPS组合导航系统;该系统采用DSP作为导航解算计算机,完成导航数据的快速的融合与解算处理;采用ARM处理器作为上位机,完成导航系统的数据存储、显示与输入输出接口控制等功能;重点完成了光纤陀螺和加速度计的高精度数据采集以及ARM与DSP之间的通信接口的设计,并根据系统的硬件配置,设计并实现了组合导航系统的卡尔曼滤波器;最后进行了车载试验,试验数据分析结果表明该组合导航系统可以获得理想的导航精度,验证了导航系统软、硬件设计的正确性和可靠性.     

基于SINS/GPS/DVL组合导航定位半实物仿真系统研究

为了满足水下航行远航程和长时间的要求,远航程自主水下航行器(AUV)采用以SINS导航为主、DVL导航为辅、卫星导航定期修正的方式来提高导航的精度和可靠性;文中研究了一种采用惯性测量器件(IMU)、GPS卫星定位导航模拟器、GPS接收机、多普勒测速仪仿真装置、ADI/RTS仿真工作站和水压模拟器构成的采用SINS/GPS/DVL组合导航方式的AUV导航半实物仿真系统,并进行了全航程仿真实验;仿真试验的结果表明,所设计的半实物仿真系统方案可行,可用于更高置信度的AUV组合导航仿真实验。