一种适用于跑步状态的惯性/零速/GPS室内外无缝组合导航定位方法

目前，行人导航定位技术已经深入社会的众多领域，受到诸多学者的广泛关注。针对行人跑步状态，研究了一种惯性/零速/GPS室内外无缝组合导航定位方法。首先提出了可靠的、适用于行人跑步零速检测的方法，有效提高了在行人跑步状态下的零速检测的准确性。针对GPS信号容易受到高楼、高架等环境的干扰及在室内容易完全丢失的特点，提出了基于BP神经网络的GPS可用信号筛选方法，提高了GPS信息的可靠性与精准性。在此基础上，研究了基于可变量测的Kalman滤波器，实现了惯性/零速/GPS信息的有效融合，显著提高了在行人跑步状态下的导航定位精度。试验结果表明，所提出的这种适用于跑步状态的惯性/零速/GPS室内外无缝组合导航定位方法的平均定位误差可减小到行人跑步总里程的1%以内。     

基于A*和TEB融合的行人感知无碰跟随方法

移动机器人通过跟随一个指定行人实现导航是一种便捷的方式。针对行人跟随中的机器人跟随和避障问题,提出了一种基于路径规划的无碰跟随方法。该方法结合激光点云分割提供的非行人障碍信息生成静态障碍代价地图,并根据3D行人定位结果,利用基于无迹卡尔曼滤波器（Unscented Kalman Filter,UKF）和最近邻联合概率数据关联（Nearest Near Joint Probabilistic Data Association,NN-JPDA）的多行人跟踪器估计干扰行人运动状态,进而生成动态行人代价地图。在此基础上,基于A^*的全局规划器结合静态障碍代价地图输出指向目标行人的全局路径,而基于时间弹性带（TEB）算法的局部规划器也将动态行人代价地图纳入考虑范围以规划优化的局部路径,这能够帮助机器人实现行人感知的避障且跟随全局路径。通过低频全局规划与高频局部规划结合的方式实现对目标行人安全无碰的跟随。实验验证了所提方法的有效性。     

基于距离信息的行人协同导航研究

针对行人在室内导航中GPS信息无法获取以及纯惯导解算结果发散严重的问题,提出了通过协同导航的方式提高行人室内导航精度的方法.利用行人间的相对距离约束关系,抑制纯惯导解算结果的发散.详细推导了行人协同导航的模型,采用信息滤波的方法解算导航结果,并在理论推导中发现信息滤波更加适合行人协同导航的工程实践.设计了一种使用微型惯性测量器和超宽带测距设备的行人协同导航系统,进行实际效果验证.通过数据采集与处理,将行人导航轨迹图输出,分析协同导航以及单独导航的误差,验证协同导航的有效性.实验结果表明,协同导航与单独导航相比,对导航轨迹和导航误差有更好的修正效果.     

基于UWB/SINS组合的行人导航研究

在特殊环境下全球定位系统(GPS)信号强度被严重削弱,此时基于GPS技术的导航设备将受到严重影响。针对不依赖GPS的行人导航定位需求,提出了一种基于微机电捷联惯导系统(SINS)与超宽带(UWB)定位系统相结合的行人导航方法。该系统由捷联惯导系统与超宽带定位系统组成,行人导航算法在传统的捷联算法的基础上引入了零速修正技术用于检测零速时刻,并使用阈值法剔除了超宽带错误信息,通过联邦Kalman滤波融合了零速、位置和航向信息,并对系统速度、位置、航向进行了校正。行人导航实验表明,该方法能够提升系统定位精度,并进一步加强系统的稳定性与可靠性。     

基于卡尔曼滤波器及神经网络的发动机故障诊断

提出了一种基于卡尔曼滤波器及神经网络的航空燃气涡轮发动机气路故障诊断的方法.该方法用卡尔曼滤波器来估计发动机可测参数的变化量,再由神经网络来映射发动机性能参数的变化量,并据此进行发动机气路故障诊断.数字仿真表明,该方法是可行的,有效的.      

INS/GPS/TAN系统中的联邦卡尔曼滤波信息融合方法

在分析联邦卡尔曼滤波原理和结构的基础上,提出了一个适合惯性导航系统／全球定位系统／地形辅助导航（ＩＮＳ／ＧＰＳ／ＴＡＮ）子系统状态向量维数不同这一特点的联邦卡尔曼滤波方法,并构造了一种具有较强容错性能和适应性的联邦卡尔曼子系统滤波器结构。由于采用了局部状态扩展、局部状态压缩、智能的不等间隔滤波、多级故障检测、阈值控制等信息融合技术,在保证精度的前提下,联邦卡尔曼滤波器的可靠性、适应性得到了明显提高。     

基于平衡流形展开模型的航空发动机健康参数估计

为提高航空发动机健康参数实时估计的精度,结合非线性卡尔曼滤波器从底层模型方面进行改进。以航空发动机部件 级模型为基础,提取运行数据,采用线性拟合法求解系数矩阵,建立传统状态空间模型;采用BP神经网络拟合调度参数,建立设计 点处包含健康因子的平衡流形展开（EME）模型。基于EME模型分别采用扩展卡尔曼滤波器和无迹卡尔曼滤波器进行多种参数 退化模式下的数值仿真估计。仿真结果表明：得益于EME模型对非线性系统的良好近似性,各参数退化模式下的估计结果准确, 稳态误差不超过3%;与采用部件级模型作为底层模型的方案相比,该方案的估计速度提升了1个量级。验证了基于航空发动机 EME模型结合非线性卡尔曼滤波器进行健康参数估计方法的实际可行性。     

基于人体运动学辅助的可穿戴式行人导航系统

针对行人导航定位问题,研究了基于人体运动学辅助的可穿戴式行人导航系统实现的关键技术。首先基于人体运动学原理构建了零速检测模型,使用最优综合判断条件有效检测出对应的零速时刻,实时进行速度和姿态的更新修正。在检测到零速时刻时,将速度误差、位置误差作为观测量,经Kalman滤波估计惯导系统误差并进行反馈校正,抑制惯导系统的误差,提高导航定位精度。研制了集信息采集、数据传输、导航解算与监控显示于一体的可穿戴式行人导航系统,可对行人的运动状态进行实时监控。所设计的基于人体运动学辅助的可穿戴式行人导航系统,平均定位误差小于行走距离的1.1%,最大不超过1.7%,验证了本系统的可靠性和适用性。     

基于GPS/DR/DM组合导航定位系统的研究

设计了一种基于GPS辅助以DR和DM的组合导航定位的联邦滤波器,采用GPS、DR和DM组合导航定位的设计方案的基础上,提出一种先分散式再局部集中联邦滤波器并采用一种简化的自适应联邦滤波器算法对各定位数据进行融合优化,并进行了仿真.仿真结果表明本文设计的联邦卡尔曼滤波器自适应算法对多传感器系统进行数据处理,能够提供一种最佳估计途径,在容错、数据容量及降低系统费用等方面,都比集中卡尔曼滤波器更为优越,使误差进一步减小.该设计与一般的分散卡尔曼滤波器比较,在信息综合方面更加快捷.     

考虑有色噪声影响的脉冲星导航2级强跟踪差分滤波器

为提高X射线脉冲星导航对有色噪声及太阳系内星历误差的鲁棒性，设计了2级强跟踪差分滤波器（TSTDKF）。首先在分析导航原理基础上，导出了中心天体星历误差对导航结果的误差传递关系，并利用扩展卡尔曼滤波器（EKF）进行了仿真验证；在同一运行轨道上，又结合引力摄动模型对第三天体引力摄动数据进行了分析，证明该部分噪声为有色噪声。根据以上结论，将普通2级卡尔曼滤波器（TKF）的无偏滤波器设计为一种改进的差分卡尔曼滤波器以降低有色噪声对导航系统的影响，同时又在其独立偏差滤波器中根据观测残差构建了多重自适应调节因子以增强其跟踪性能，两者共同构成TSTDKF的2个并行滤波器。通过仿真实验证明，TSTDKF的位置误差性能最大可比EKF和TKF改进56.49%和35.18%，速度误差性能改进27.66%和17.07%；对星历误差的跟踪效果也整体好于TKF。     

无人机下滑着陆DGPS/INS导航及引导系统的仿真与试验研究

介绍了一种采用输出校正方式DGPS/INS组合导航系统引导无人机下滑着陆的方案。给出了该方案的数学模型,对组合导航系统进行了数字仿真,并在数字仿真的基础上进行了动态跑车试验,验证了所设计的输出校正方式DGPS/INS组合导航系统能够满足引导无人机自动下滑着陆的精度要求。     

A new adaptive Kalman filter for navigation systems of carrier-based aircraft

The features of carrier-based aircraft’s navigation systems during the approach and landing phases are investigated. A new adaptive Kalman filter with unknown state noise statistics is proposed to improve the accuracy of the INS/GNSS integrated navigation system. The adaptive filtering algorithm aims to estimate and adapt the unknown state noise covariance Q in high dynamic conditions, when the measurement noise covariance R is assumed to be known empirically in advance. The new adaptive Kalman ...     

基于路网匹配的多源自主组合导航技术研究

针对惯性/里程计组合导航易受环境影响的情况,引入路网匹配方法,以惯导/里程计组合导航历史轨迹数据与路网数据库进行全局匹配比较,从而得到当前导航位置的匹配点。将匹配点作为组合导航卡尔曼滤波器的量测输入,其滤波结果用于反馈校正惯导误差,通过不断迭代优化后,惯性/里程计/路网匹配组合导航能够提供高精度的位置信息。试验验证结果表明,该方法能将大部分定位误差控制在10m左右,证明了该方法的有效性与适用性。     

Intelligent SINS/RDSS Integrated Algorithms for Land Vehicle Navigation

This is a discussion of the design of strap-down inertial navigation systems (SINS) and radio determination satellite service (RDSS) integrated navigation algorithms. The research aims at testing the effectiveness of artificial intelligence (AI)-aided Kalman filtering (KF) approaches for land vehicle applications. A back-propagation neural network (BPNN)-aided K*F algorithm and a fuzzy inference-based KF algorithm are presented in order to overcome the time delay of RDSS positioning provided by a double-star positioning system in China. Traditional KF causes biased solutions, and indeed, leads to filter instability easily since the time delay of RDSS positioning, in an active mode, is hard to be modeled and sometimes suffers from RDSS outages. Therefore, a fuzzy inference is used to correct the variance matrix of KE measurement noises adaptively; and a trained BPNN corrects the outputs of the Kalman filter. The algorithms proposed herein have been verified on real SINSIRDSS data. collected in land vehicle tests and are compared with other approaches. The results demonstrate that fuzzy inference-based KF algorithms improve the positioning accuracy to over 40 % better than KF algorithms, and BPNN-aided KF algorithms have the same precision as GPS which is the reference station In dynamic experiments without RDSS outages. The test results with RDSS outages indicate that the fuzzy inference-based KF is feasible but with positioning errors of hundreds of meters, so the BPNN-aided KF is designed to efficiently compensate for RDSS outages and improve system performance.     

航空制导炸弹挠性SINS/GPS组合导航系统研究

针对航空制导炸弹对低成本、高精度、高可靠性导航系统的需求,利用小型化挠性惯性测量组合(IMU)与高精度、高数据更新率的GPS-OEM板组成高精度、低成本的SINS/GPS组合导航系统。SINS和GPS采用速度、位置综合模式,利用Kalman滤波进行数据融合。最后对该组合导航系统进行了数学仿真试验和车载试验。研究表明,此低成本的组合导航系统具有精度高、成本低、可靠性好、体积小等优良指标。     

在组合导航系统中Kalman滤波技术的应用

在导航系统中引入Kalman滤波技术,主要是为了减小导航定时的参数误差并提高系统的定位精度,以INS/GPS组合导航系统为背景,设计位置速度组合模式的卡尔曼滤波器,并对组合导航系统进行仿真研究,结果表明组合导航系统在导航精度和稳定性方面较单一的导航系统都有提高。     

基于激光扫描的移动机器人实时轨迹测量系统

 设计了一种移动机器人实时轨迹测量系统，主要包括激光扫描仪、数据采集计算机、无线通讯网络和数据处理显示软件4个部分。测量系统采用两台激光扫描仪从不同高度测量机器人身上安装的标志杆的位置，将测量数据经过位置识别和坐标系对准后，传输到一台计算机上进行融合，采用卡尔曼滤波器消除测量随机误差，绘制出机器人的运动轨迹。实验结果表明，测量系统可以在较大的测量范围内实现厘米级测量精度和目标分辨率的轨迹测量，为移动机器人的设计开发和导航控制等研究领域提供了良好的实验测试平台。