SINS/CNS/GNSS组合导航计算机系统研究

SINS/CNS/GNSS组合导航系统具有全自主、抗干扰能力强、高精度等优点,对导航计算机性能要求高。从组合导航系统对导航计算机的需求出发,本文基于DSP和FPGA设计了高精度、高可靠性、小型化、低成本、低功耗的导航计算机系统。本文首先给出了导航计算机的原理结构框图,并详细介绍了主要功能单元;其次介绍了程序设计的基本思路;最后根据GJB/Z299C-2006提供的数据和方法,计算了导航计算机的可靠性指标MTBF。实际应用结果表明,该导航计算机的处理速度、处理精度、可靠性、成本、体积、功耗等指标均达到组合导航系统要求。     

共轴式无人驾驶直升机导航系统的设计

分析了某型号共轴式无人驾驶直升机的导航系统的设计原理和硬软件实现。导航系统利用PC104系统作为导航计算机,分别利用GPS信号和捷联惯导系统进行组合导航,能够满足无人机的导航要求,而且体积小,重量轻、可靠性高。在实际飞行中,导航系统成功的完成了导航任务,结果令人满意的。     

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。     

组合导航计算机容错技术研究

基于 SINS/CNS/GNSS 组合导航计算机,提出了一种容错设计的组合导航计算机。 首先,介绍了组合导航计算机容错设计的主要目的和设计思路,提出了容错组合导航计算机结构原理;其次,基于硬件元件功耗不同,设计了不同的硬件容错方法;然后,在硬件容错方法基础上设计了 N 版本程序方法和恢复块方法,实现了软件容错;最后,从导航源利用情况和组合导航计算机可用性两个方面对设计的容错导航计算机和传统导航计算机进行比较。实际应用结果表明,相对于传统导航计算机,设计的容错组合导航计算机可以有效检测隔离故障,提高组合导航计算机的可靠性和可用性。     

所需导航性能在机载设备上的实现

前文已对所需导航性能概念－按导航精度划分类型所建立的分级判据进行了叙述。本文将围绕空域规划、航路设计所需导性能的完善性和可用性进行叙述。最后举例波音７４７／７３７飞机上如何通过组合导航和ＦＭＣ软件来实现，并举列ＩＡＴＡ建议我的在太平洋海域航路实现ＲＮＰ的计划。     

基于DSP和单片机的双CPU导航计算机设计

结合现代导航技术发展的特点，以DSP作为算法实现核心处理器，以单片机作为数据采集处理器，设计了双CPU结构的导航计算机．文中给出系统整体组成结构的同时，还论述了软、硬件设计中的关键技术．实验证明，强大的数据采集及处理能力，使其可作为纯捷联惯导或是INS/GPS组合导航的实现平台．同时体积的减小、功耗和成本的大大降低，拓展了导航技术的应用领域，对导航系统的微型化具有重要意义。     

GNSS导航电文对接收机用户的性能影响分析

导航电文是全球卫星导航系统(GNSS)的关键要素,依靠由系统广播的导航电文所提供的信息数据,接收机用户得以正确计算出其位置并获得精确的时间信息。导航电文的数据内容取决于系统控制段,系统确保电文数据的精度和时效性至关重要,而控制段误差则通过电文传递给用户。从接收机用户性能的角度分析了GNSS导航电文的设计依据,所涉及的用户性能主要包括解调门限、首次定位时间、精度和完好性。阐述了支持上述电文分析的软件工具设计与实现。     

捷联惯性组合导航系统的工程设计

为适应组合导航计算机系统的微型化、高性能度的要求,拓宽导航计算机的应用领域,文中设计了一种基于PC104和可编程逻辑阵列器件协同合作的导航计算机系统。系统主要包括数据采集模块和数据解算模块两部分,给出了PC104与FPGA的片内接收模块进行通信的设计方案。为提高FPGA与工控机之间的数据传输速度,设计了通过共享双端口RAM的方式,实现了工控机与FPGA之间的高速数据交换。从硬件结构和软件设计方面说明了系统各模块的功能以及模块间的通信。     

基于GPS／INS紧耦合的神经网络辅助滤波算法

以GPS／INS紧耦合组合导航系统为研究对象,设计了一种GPS／INS自适应滤波算法。针对扩展Kalman滤波存在的对模型较大的系统误差估计性能较差和系统估计精度不高等问题,采用RBF神经网络辅助EKF导航滤波器,实现自适应的导航参数解算。仿真结果表明,采用了辅助滤波器的算法比扩展Kalman滤波算法所获得的导航精度和...     

一种AUV自主导航系统的设计

实现自主导航是AUV发展与应用需要解决的关键技术之一,针对这个问题设计了一种基于同步定位与地图创建的自主式水下导航系统,使用扩展卡尔曼滤波作为滤波框架,对系统状态模型、系统观测模型、数据关联、状态估计过程以及新特征加入等问题进行了讨论。该系统相比惯性导航系统精度显著提高,同时能够获得精确可靠的环境地图,为实现AUV自主导航提供了一种有效途径。     

基于DSP的导航计算机信息处理系统的设计与研究

为了采集到高精度、低差错率的导航参数,采用了高精度的A/D转换器件AD677和TI的TMS320F2812来实现对微机械陀螺、加速度计和温度传感器采样过程的控制,同时利用TMS320F2812的eCAN模块来实现与主控计算机的数据通讯和地面测试。首先介绍了导航计算机信息处理系统的总体设计,然后分析了CAN报文帧格式、整个系统软件设计的流程图、AD677采集软件的设计、CAN报文发送程序设计以及CAN总线通讯测试界面的设计。     

A path tracking control system for autonomous mobile robots: an experimental investigation

A path tracking control system developed for autonomous mobile robots driven by wheels is described. In conventional approaches, the path is usually planned by smooth curves with curvature-continuity and a path tracking controller is independently designed to compensate the path error occurring in the navigation. However, smooth path planning is difficult to execute on-line due to the computational burden. In addition, the conventional path tracking algorithm often causes unpredictable tracking motion when large path error occurs. In previous work, the present authors presented a bang-bang path tracking algorithm by which smooth and stable tracking motion could be obtained even for the path given by simple combination of straight lines or circles and its effectiveness was proven via preliminary simulation studies. However, there still remained the problem that the design parameter called landing coefficient could not be optimally chosen and performance verification through real system application was not accomplished. In this study, we improve the algorithm which can determine the design parameters analytically and verify its performance by implementing the algorithm in an actual mobile robot control system designed using a personal computer. To investigate the performance of the control system, a series of path tracking experiments was conducted for a two-wheel driven robot developed in the laboratory.     

基于ZigBee和ARM技术的森林火情监测系统的设计

介绍了基一种基于ZigBee和ARM技术的无线森林火情监测系统。该系统采用无线传感网络结合上位机数据处理中心的框架,采取ZigBee和短波无线通信方案,融合了传感器网络、ARM等工控技术,实现了森林环境参数采集和传输。在系统的总体框架下,重点分析了ZigBee组网的的设计方案,包括软件设计和硬件设计。最后,对节点性能和整个监控系统进行了测试,证明了系统的稳定性和其数据传输的可靠性。     

基于信息理论的采样成像系统优化设计方法

本文把信息论应用于采样成像系统中，用端到端的互信息量评价图像捕捉系统，研究光电一体化系统优化设计方法。模拟系统设计参数，计算机仿真分析了采样成像系统中普遍存在的欠采样噪声、光学成像系统的模糊效应以及二者之间的涨落、平衡，做出了基于互信息量的系统评价仿真曲线，提出了光学成像系统与图像捕捉系统的匹配条件和优化设计方法。     

一种北斗联合低轨星座的导航增强方法研究

单纯依靠北斗导航系统提供定位导航授时服务,存在卫星信号落地功率低、易受遮蔽和阻断的不足。针对此问题,研究了一种北斗联合低轨星座实现导航增强的系统架构;提出了一种新的适应严重遮蔽或干扰条件下,基于到达时间(TOA)和到达频率(FOA)联合观测的定位解算算法;对高中低轨混合星座条件下的覆盖特性和精度衰减因子进行了仿真分析。分析结果表明,用户可见星数平均增加了64.2%,位置精度衰减因子(PDOP)平均改善了28.7%。研究结果可为下一代北斗的论证设计与研制建设提供参考借鉴。     

基于信息理论的成像系统干扰效果评估

把信息熵应用于成像系统中,用端到端的互信息评价图像成像系统,研究成像系统的干扰设计方法.模拟系统设计参数,计算机仿真分析了三种性质的干扰对成像系统的影响,做出了基于互信息量的干扰效果仿真曲线.这对于光电对抗装备的研制、开发和效能评估具有一定的参考价值.     

卫星导航系统民用信号设计需求分析

信号体制的现代化设计是卫星导航系统现代化设计的重要前提和依据。以全球卫星导航系统用户需求和现代化升级建设为立足点分析了民用导航信号需求:采用定性与定量相结合的方法,分析了各类用户功能和性能指标、系统兼容和互操作等方面对民用信号的设计需求。主要结论如下:民用信号至少设计3个频点;在航空无线电导航频段设计2个民用信号;各个频点信号独立设计、互为备份并尽可能考虑信号的多样化设计。研究结论为卫星导航系统信号体制的现代化设计提供分析思路和设计依据。     

Parameter Design for Time-Domain Optimization of the Fourth-Order Carrier Loop in a BDS Receiver

In the design of a BeiDou navigation satellite system(BDS) receiver, the carrier loop is largely influenced by the loop filter, and the selection of loop filter parameters is crucial to the performance of the carrier loop. In this paper, by analyzing the relationship between the parameters of the loop filter transfer function of the BDS receiver's fourth-order carrier loop system and the time-domain index of the system, the loop filter transfer function parameters of the fourth-order system are obtained when the dynamic performance is best optimized under the condition that the maximum steady-state error is limited. The relationship between the phase margin, magnitude margin of the system and the parameters of the system transfer function is obtained through simulation experiment and theoretical derivation. The simultaneous equations of deriving the loop system transfer function parameters are given under the following conditions:the optimal phase margin and magnitude margin of the system are settled. These research results have important reference significance for the design of a high-performance BDS receiver.     

Land-vehicle navigation using GPS

The Global Positioning System (GPS) has made navigation systems practical for a number of land-vehicle navigation applications. Today, GPS-based navigation systems can be found in motor vehicles, farming and mining equipment, and a variety of other land-based vehicles (e.g., golf carts and mobile robots). Each of these applications is discussed and the reader is introduced to some of the issues involved with each one. One particular technical aspect of navigation for land vehicles is discussed. Specifically, the research discussed in this paper presents a quantitative examination of the impact that individual navigation sensors have on the perfomance of a land-vehicle navigation system. A range of navigation sensor performance levels and their influence on vehicle positioning accuracy are examined. Results show that, for a typical navigation system, positioning error is dominated by the accuracy of the position fixes provided by the GPS receiver when GPS position fixes are available and by the rate gyro's bias drift when GPS position fixes are not available. Furthermore, results show that the accuracy of the GPS position fixes has a significant impact on the relative contributions that each dead-reckoning navigation sensor error makes. The implications of these results for navigation system design and sensor design are discussed