Dead-reckoning/vision integrated navigation for mobile robot

0　INTRODUCTIONInordertofulfilamission ,amobilerobothastohaveanavigationsystem .Severaldifferenttechniques ,suchasGPS ,anddead reckoningandbeaconbasedsys tem[1～ 3] canbeusedforrobotnavigation .Foraparticularkindofmission ,arobotwillfulfil ,aproperkindofnavi gationsystemwillbeusedfortherobot.Sincealmostallnavigationsystemshavetheiradvantagesanddrawbacks ,sometimesasinglenavigationsystemcannotsatisfyalltherequirementsforfulfillingaparticulartask[4 ] .Sotwoorthreenavigationsystemshavetobei…     

一种舰船用组合导航系统滤波器的设计

着重介绍了卡尔曼滤波器技术的原理、计算公式、模拟方法以及在组合导航系统中的应用．设计了一种互补型六维卡尔曼滤波器的动态方程和测量方程．这种滤波器有效地抑制了各种导航设备的误差，尤其消除了航位推算中的积累误差．因此，该滤波器有很高的可靠性和广泛的实用性     

水下运载体基于INS的重力数据实时修正

认为水下运动载体的重力辅助惯性导航系统中,其重力数据采集系统为满足导航的需要,必须对重力数据进行实时补偿修正.分析了水下重力测量系统的各种干扰源及其信号特征.在没有高精度导航定位手段(如GPS)的情况下,研究并提出直接利用惯性导航系统的输出数据对水平加速度和E tv s等外部干扰进行修正的方法.     

A Map-Matching Algorithm for GPS/DR Integrated Navigation Systems Based on Dempster-Shafer Evidence Reasoning

GPS (Global Positioning System) has been widely used in car navigation systems. Most car navigation systems estimate the car position from GPS and DR (dead reckoning). However, the unknown GPS noise characteristic and the unbounded DR accumulation of errors over time make the position information with undesirable position errors. The map matching can improve the position accuracy and availability of the vehicular position system. In this paper, general principle of map matching is investigated according to segmentation and feature extraction, and a map matching algorithm based on D-S (Dempster-Shafer) evidence reasoning for GPS integrated navigation system is proposed, which can find the exact road on which a car moves. For the experiments, a car navigation system is developed with some sensors and the field test demonstrates the effectiveness and applicability of the algorithm for the car location and navigation.     

小型惯导系统设计与实现

采用一种基于FPGA的小型惯性导航系统设计方案,分别介绍了系统中导航传感器的选择及系统的结构,设计了基于FPGA的导航计算机,并利用A ltera公司的NIOSⅡ处理器为核心,完成数据采集和处理的功能。通过对硬件结构的描述分析了系统中各个电路模块的功能,给出了各个模块的实现方案,并制作了采用该设计的小型惯导系统。针对M IMU中确定性的系统误差较大的问题,采用一种安装误差角与标度因数解耦的微惯性测量单元精确标定方法,对陀螺仪和加速计进行确定性误差项的补偿处理。通过实验测试,对比原理样机的实测数据与补偿后结果,验证了该惯导系统的可靠性以及补偿方案的可行性.     

Novel algorithm for geomagnetic navigation

To solve the highly nonlinear and non-Gaussian recursive state estimation problem in geomagnetic navigation,the unscented particle filter (UPF) was introduced to navigation system.The simulation indicates that geomagnetic navigation using UPF could complete the position estimation with large initial horizontal position errors.However,this navigation system could only provide the position information.To provide all the kinematics states estimation of aircraft,a novel autonomous navigation algorithm,named uns...     

SINS/GPS组合导航方法设计

根据SINS/GPS组合导航的基本原理,重点研究联合卡尔曼滤波方法在组合导航中的应用,基于最优化理论的数据融合技术,通过分析纯惯性导航系统的误差,建立了组合导航系统的误差模型,设计了高可靠性、易于工程实现的简化联合卡尔曼滤波器和对应的数据融合算法。并对该导航系统进行了动态实验,结果表明组合导航能有效抑制导航参数误差,提高导航精度。     

Influence of the pulsar direction error and geometry distribution on spacecraft relative navigation

X-ray pulsar navigation is one of the effective means to realize the spacecraft relative navigation. Based on the Kalman filtering measurement model of X-ray pulsar based relative navigation, the effect of pulsar direction error and geometry distribution on navigation accuracy is researched. To model the pulsar direction error, a method of translating the model error into the measurement error is proposed. Simulation results indicate that the relative distance deviation caused by pulsars direction errors of 1arcsec is up to 0.34％ and that it increases linearly with the actuating direction error when the direction error is within 1000arcsec. The effect of the pulsar geometry distribution on navigation precision is remarkable. Selecting 4 pulsars from 8 for navigation, the discrepancy of navigation precision reaches 10.74％.     

高精度光纤陀螺组件标定方法

为了提高光纤陀螺组件的标定精度,从三轴惯导测试转台技术指标入手,根据惯导测试转台定位精度高的特点,设计了六位置静态分立式标定方案.通过设计一定的标定路径,利用地球转速和当地地理纬度,激励出陀螺的标度因数、安装误差和零位等12个参数,新的标定方案避免了标度因数和安装误差对零位的影响.对自研光纤陀螺捷联惯导系统在三轴惯导测试转台进行传统标定和六位置静态分立式标定,并将标定结果用于静态导航实验,多次实验结果表明,与采用传统标定结果的导航定位误差相比,采用六位置静态分立式标定结果的导航定位误差显著降低.     

New autonomous celestial navigation method for lunar satellite

Celestial navigation system is an important autonomous navigation system widely used for deep space exploration missions, in which extended Kalman filter and the measurement of angle between celestial bodies are used to estimate the position and velocity of explorer. In a conventional cartesian coordinate, this navigation system can not be used to achieve accurate determination of position for linearization errors of nonlinear spacecraft motion equation. A new autonomous celestial navigation method has been proposed for lunar satellite using classical orbital parameters. The error of linearizafion is reduced because orbit parameters change much more slowly than the position and velocity used in the cartesian coordinate. Simulations were made with both the cartesiane system and a system based on classical orbital parameters using extended Kalman filter under the same conditions for comparison. The results of comparison demonstrated high precision position determination of lunar satellite using this new m     

双滤波器捷联惯导外阻尼导航算法

针对捷联惯导系统导航精度受系统振荡误差严重影响的问题,提出一种基于双滤波器的捷联惯导外阻尼导航算法.该算法设计了两个串行滤波器,第一个滤波器以外速度为参考输入对外部速度作平滑处理并得到捷联惯导系统误差状态估计值,第二个滤波器利用平滑后的高精度外部参考速度,以速度变化量作为外部参考输入进行状态估计,屏蔽速度常值误差对系统的影响,最后,设计信息融合算法,将两个滤波器得到的估计状态进行融合,使得导航结果兼顾双滤波器的优点.仿真验证表明:存在外速常值误差时,相较于滤波器2而言,经过信息融合后的导航误差的地球振荡误差收敛速度明显加快,其短期精度得到显著提高;相较于滤波器1而言,经过信息融合后,其稳态导航精度得到显著提高;该方法具有较高的稳态精度,可缩短外阻尼系统误差收敛时间,有效提高捷联惯导系统导航精度.     

基于组合导航技术的管道地理坐标定位算法

针对长输管道地理坐标定位问题,提出了一种基于组合导航技术并应用管道磁标处地理信息进行分段修正的管道地理坐标定位算法.该算法基于惯导/里程仪组合导航的基本原理,应用误差模型对航迹误差进行修正.通过研究陀螺仪和里程仪的误差特性,建立了陀螺仪和里程仪的误差模型,针对低精度加速度计应用于惯性导航系统时存在速度和航迹解算误差较大的问题,提出了应用加速度信息对里程仪速度进行修正的速度解算方法.实验结果表明,算法解算所得位置误差为0.16%,可为长输管道提供三维地理坐标定位信息.     

动力调谐陀螺速率测量回路的解耦与实现

分析了动力调谐陀螺作为捷联惯性系统的角速率测量元件在实现陀螺测量解耦的再平衡回路设计方法时，按综合系统要求、陀螺实际运转特点、解耦条件及工程实施等有关问题，设计了主回路及解耦回路各电路的传递函数，并对陀螺－再平衡回路系统进行仿真，结果表明，解耦设计是有效的，它为其工程实施提供了依据。     

一种快速载体磁场补偿方法研究

在地磁导航应用中,地磁场的测量不可避免地会受到载体磁场的影响,降低了地磁导航的精度,因此必须对地磁测量数据中的载体磁场实时快速进行补偿.在详细分析载体上硬铁材料、软铁材料产生磁场在载体运动过程中的特性的基础上,提出了一种快速载体磁场标定及补偿方法.该方法本质上是将载体磁场补偿问题转化为椭圆拟合问题,利用带椭圆约束的最小二乘拟合方法对多于6个航向的捷联式三轴磁传感器测量数据进行椭圆拟合,进而实现载体磁场的快速标定和补偿.通过仿真试验表明,该方法具有简单快速,易于实现的特点,可以达到与磁传感器等精度的补偿效果,且在低信噪比情况下具有较强的鲁棒性.     

On measured-error pretreatment of bionic polarization navigation

A signal pre-treatment algorithm based on combination of 3-dimension system identification and Kalman filtering estimation（3DSKE）is proposed.The aim of designing the 3DSKE algorithm is to reduce errors caused by random noise,but leave the systematical errors caused by signal source remained to be solved by a special method.The 3DSKE algorithm is especially suitable for time series of pure measured data without dynamic equation and on-line real-time execution.The simulated result shows that the 3DSKE algorithm can help the basic theoretic calculation to realize feasible,stable,fast,high accurate and auto-executing computing process for the navigation applications.     

惯性/天文/卫星组合导航误差在线标定方法

为提高惯性/天文/卫星(INS/CNS/GNSS)组合导航系统长期工作时的精度,推导了基于四元数误差描述的组合导航系统误差状态方程和量测方程,利用分段定常系统(PWCS)定理,分析了不同输入条件下系统状态变量的可观测性和可观测度.结合可观测性和可观测度分析结果,提出了利用星敏感器及卫星导航系统提供的姿态、位置矢量在线标定陀螺仪、加速度计和星敏感器误差参数的方法.可观测性分析和仿真试验结果表明,该方法可以精确在线估计出陀螺仪、加速度计、星敏感器的标度因数、零偏和安装误差,提高惯性/天文/卫星组合导航系统长期在轨工作的精度.     

多航天器部署问题中的自主导航方法研究

以恒星和地球方位矢量夹角作为观测量,用迭代最小二乘法为滤波算法来确定历元时刻的状态,并以预报方式实现自主导航的方法研究多航天器部署问题中被动段导航问题.通过数学仿真,分析比较了采样周期、采样弧长、敏感器精度、恒星方位等因素对于定位精度的影响,总结了其变化规律,并给出了安装因素对于导航精度的影响.与测量因素相对比,结果表明前者对导航精度的影响更大.     

基于UKF的海底集矿车组合导航研究

针对扩展卡尔曼滤波(EKF)在海底集矿车组合导航系统应用时存在着计算复杂、线性化误差大等问题,基于附加打滑参数的履带车运动学模型,将无色卡尔曼滤波(UKF)用于集矿车长基线声学导航(LBL)与推算导航(DR)的组合导航系统中.考虑到测量数据时延,组合导航系统融合LBL与DR信息,得到海底集矿车位置估计.研究结果表明:采用EKF方法,测量数据时延0,0.5,2s时,东向定位精度为0.14,0.32,0.48m,北向定位精度为0.13,0.28,0.44m;采用UKF方法,测量数据时延0,0.5,2s时,东向定位精度为0.10,0.26,0.37m,北向定位精度为0.09,0.24,0.34m.测量数据时延越短,EKF,UKF的位置估计效果都会越好.但与EKF方法相比,UKF方法能够明显减少组合导航系统的线性化误差,提高海底集矿车导航系统的精度与稳定性.     

无人水下航行器SINS/DVL组合导航方法研究

给出了应用于无人水下航行器远程航行的基于SINS/DVL的组合导航方法。利用Kalman滤波算法融合DVL测量的绝对速度估计SINS的导航参数误差,并进行校正。仿真结果说明这种方法能够有效提高导航系统精度,从仿真曲线还得到了闭合航路能够大幅度消除导航误差的结论。     

RDSS/Doppler/GPS/SINS组合导航系统研究

针对双星定位系统(RDSS)存在的定位位置滞后的先天缺陷,根据组合导航定位系统输出速度误差小的特点,给出了一套消除RDSS位置滞后的方案,并对RDSS／SINS组合系统进行了建模,依据联邦滤波器理论,考虑到GPS的实际情况,提出了RDSS／Doppler／GPS／SINS多传感器组合导航系统的设想,仿真结果表明,该组合导航系统具有准确度高、自主性强的特点。