GPS/INS组合系统空中对准方法研究

针对单天线的GPS与捷联惯性导航组合系统,提出了一种空中对准方案,不同于传统的传递对准方法,仅依靠GPS测量信息进行速度匹配,完成空中初始对准。该方案采用扩展卡尔曼滤波方法解决对准过程中的非线性问题。仿真结果表明该方案的对准精度(1σ)可以达到水平姿态误差0.07,°方位误差0.3°。     

车辆行进中的SINS动态对准技术

研究了车载捷联惯性导航系统（SINS）行进中的动态对准技术。以磁力计和全球定位系统（GPS）为外部传感器,分析了SINS/GPS/磁力计组合导航原理,建立了车载SINS行进中的动态对准模型。基于该模型,讨论了动态对准技术研究及系统可观测性,用自适应扩展卡尔曼滤波（AEKF）方法进行状态的最优估计。仿真结果表明：当只有GPS提供外部参考信息时,系统不是完全可观测,而加入磁力计的信息后,系统变为无条件可观,保证了滤波的收敛性能和精度;改变车辆运行轨迹也能改善系统的可观测性,在特定的运行轨迹下系统为完全可观。     

捷联惯性导航系统传递对准技术研究现状及发展趋势

传递对准是指载体在航行时 ,载体上需要对准的子惯导系统利用高精度的主惯导系统信息进行初始对准的方法。传递对准是新一代快速反应、机动发射武器系统的关键技术 ,它的成功应用可以极大的提高武器系统的反应速度和防区外攻击能力。本文综合分析了国内外传递对准技术的现状及发展趋势 ,对常用的捷联惯性导航系统的传递对准模型进行了重点阐述 ,并指出进一步研究的方向     

基于运动学约束模型辅助的地面动基座对准研究

为了提高飞机快速反应能力,优化初始对准性能,在传统GPS辅助捷联惯导系统进行动基座初始对准架构下,研究一种基于运动学约束模型辅助的地面动基座对准方法。利用GPS测得的速度与捷联惯导系统解算的速度之差作为一组量测信息;建立飞机运动学约束模型,根据地面运动特点,将捷联惯导系统解算的速度沿机体侧向和垂向的投影作为另一组量测信息;选取惯导系统的误差方程作为对准系统的状态方程,采用卡尔曼滤波设计对准算法。仿真结果表明,该方法在不增加传感器的前提下,可以较好地提高对准的快速性、精度及可靠性,对工程应用具有重要的参考价值。     

空间转移飞行器自主导航系统的信息融合方法

针对空间转移飞行器的工作环境和特点,分析了捷联惯性导航系统(SINS)、GPS和星敏感器(SS)的优缺点,提出了基于SINS/GPS/SS的空间转移飞行器自主导航系统的信息融合方法,该方法可取长补短,将GPS定位和星敏感器定姿精度高的优势辅助于捷联惯导系统,建立了组合导航滤波模型,利用联邦滤波组合导航中各子滤波器没有私有状态变量的特点,改进了联邦Kalman滤波器,可动态地选取并优化信息分配因子,便于实时处理。仿真结果表明,改进的联邦滤波算法能充分运用各导航系统的信息进行信息互补和信息融合,比传统的联邦滤波算法有更高的估计精度,可满足空间转移飞行器长时间的自主导航要求,是一种较理想的自主导航方案,具有重要的工程应用价值。     

GPS辅助MIMU静止条件下的初始对准方法

当载体处于静止状态时,针对微惯组测量噪声大,尤其是陀螺仪误差较大,不能辨别地球自转角速度,造成捷联惯性导航系统不能实现自对准的问题,采用GPS辅助微惯组进行初始对准。在粗对准过程中,通过加速度计输出信息解算水平姿态角,GPS解算航向角实现。在精对准过程中,建立四元数的状态空间模型,采用改进的自适应卡尔曼滤波算法估计四元数。仿真实验表明,采用滤波的方法,可以有效降低初始姿态角的估计误差,且载体的初始水平姿态角小于5°时,水平姿态角误差估计在5'之内,航向角误差估计在15'之内。     

微小型捷联惯导系统解析式对准方法研究

对静基座下微小型捷联惯导系统对准技术进行了研究。给出了6种解析式粗对准的对准方法,通过对这6种方法的理论对准误差进行推导,得出对应的理论对准误差结果,其中2种方法误差较小,同时进行仿真,仿真结果验证了理论对准误差推导的正确性。因此,在传感器精度相同的条件下,本文为静基座下微小型捷联惯导系统的粗对准的实现确定了效果较好的2种方法。最后采用了其中的4种方法对实测的微小型IMU数据分别进行了对准验证分析,获得了很好的效果。     

直接对准算法及遗传算法在SINS初始对准中的应用研究

分析了捷联惯性导航系统（SINS）应用直接对准算法进行初始对准的基本原理，并验证了基于中等精度惯性器件的量测值进行静基座直接对准的可行性。简要介绍了遗传算法（GA）及其搜索过程，提出了根据静基座直接埘准的结果，确定GA遗传空间的方法，并构造了GA的适应度函数。仿真结果表明，与常规滤波算法相比，结合使用直接对准和遗传算法两种方法进行SINS静基座初始对准，不仅大大缩短了对准时间，精度也与其相当。     

磁强计辅助基于MEMS惯性器件SINS的初始对准方法研究

针对微机电系统(MEMS)惯性传感器精度低而导致基于微机电系统捷联惯性导航系统(MEMS-SINS)无法完成初始自对准的问题,提出了一种利用磁强计辅助MEMS-SINS的初始对准方法,设计了3种不同的计算方案,并且对这3种方案进行了误差分析与仿真验证,为实际应用提供了良好的理论依据和技术支持。     

一种快速精确的捷联惯性导航系统静基座自主对准新方法研究

通过对捷联惯性导航系统(SINS)静基座初始对准物理特性的深入分析,针对传统静基座初始对准方法对方位角和陀螺漂移可观测度低的不足,提出了一种基于惯性测量单元(IMU)信息的SINS静基座自主对准方法,该方法不需要进行SINS力学编排,而是充分利用IMU输出的角速度和比力信息。文中给出了静基座粗对准算法,推导了静基座精对准的动力学模型,并对该模型进行了可观测性分析,最后采用改进的Sage-Husa自适应卡尔曼滤波器进行SINS静基座初始对准仿真计算。数字仿真结果表明：该方法具有对准精度高、对准时间短、自主性强、计算量小、易于工程实现等特点。     

偏振光/地磁/GPS/SINS组合导航方法

为了提高微小型飞行器导航系统姿态测量性能，提出偏振光／地磁／GPS，SINS组合导航方法。推导了三维空间中应用偏振光／地磁辅助测姿原理，并证明了系统具有完全能观性，指出了观测结构具有退化现象和退化条件。采用联邦卡尔曼滤波方法实现了组合导航算法，利用Madab仿真方式对单独使用偏振光和同时使用偏振光／地磁辅助的组合导航系统的测姿修正效果和能观度改善效果进行了检验和比较。结果表明偏振光／地磁／GPS／STNS组合对测姿的修正能力优于单独使用偏振光辅助的情况。由此可以得出该方法能够改善导航系统能观性和精度的结论。     

一种用于SINS行进间对准的模糊抗野值滤波算法

针对观测存在野值的非线性系统滤波问题，本文综合运用多高斯和近似算法(GSA)、贝叶斯公式、马尔科夫链蒙特卡洛算法(MCMC)以及集合卡尔曼滤波算法(EnKF)设计了一种能从状态后验分布中抽取粒子的改进粒子滤波算法，并根据模糊理论为此改进算法设计了模糊抗野值功能，从而提出了模糊抗野值集合粒子滤波算法，命名为REnPF。GPS辅助SINS行进间对准的仿真实验表明，REnPF能够很好地避免虚警、漏检问题，并能提供良好的滤波精度。     

弹载SINS四元数模约束下滤波空中对准

针对弹载SINS/GPS系统的空中对准,提出一种四元数模约束条件下的非线性滤波初始对准算法。首先,利用坐标变换和四元数姿态描述,将传统的强非线性滤波对准问题转化为一个二阶弱非线性滤波问题;其次,采用二阶扩展卡尔曼滤波（EKF）对二阶非线性部分进行处理,得到一种简洁的滤波对准方案;最后,推导了四元数模约束条件下滤波算法的最优实现,及反馈四元数估计结果时的闭环滤波形式。利用车载MEMS IMU/GPS系统,进行了初始对准的地面试验,结果表明,在车辆弱机动条件下,对准算法能够实现姿态和惯性器件误差的快速估计,实现惯导系统的对准。     

摇摆状态下基于非线性误差模型的惯导对准研究

摇摆状态下无法使用传统解析方法完成粗对准。为避开摇摆基座的粗对准问题,提出 了基于捷联惯导非线性误差模型的直接精对准算法。推导了捷联惯导的非线性速度误差方程 和姿态误差方程,基于速度量测信息给出了非线性对准模型,通过UKF算法估计失准角完成 摇摆状态下的精对准。算法可允许初始姿态误差达到40°。通过计算机仿真和摇摆台试验 对算法进行了验证分析。在给定试验条件下,在600秒对准时间内达到水平 0.02° ,方 位0.1 7°的精度。同时计算机仿真结果表明需对惯导速度进行反馈校正来保证模型的工作精度。
     

An innovative high accuracy autonomous navigation method for the Mars rovers

Autonomous navigation is an important function for a Mars rover to fulfill missions successfully. It is a critical technique to overcome the limitations of ground tracking and control traditionally used. This paper proposes an innovative method based on SINS (Strapdown Inertial Navigation System) with the aid of star sensors to accurately determine the rover?s position and attitude. This method consists of two parts: the initial alignment and navigation. The alignment consists of a coarse position and attitude initial alignment approach and fine initial alignment approach. The coarse one is used to determine approximate position and attitude for the rover. This is followed by fine alignment to tune the approximate solution to accurate one. Upon the completion of initial alignment, the system can be used to provide real-time navigation solutions for the rover. An autonomous navigation algorithm is proposed to estimate and compensate the accumulated errors of SINS in real time. High accuracy attitude information from star sensor is used to correct errors in SINS. Simulation results demonstrate that the proposed methods can achieve a high precision autonomous navigation for Mars rovers.     

SINS/DGPS/Magnetometer组合导航研究

本文针对SINS/DGPS/Magnetometer全组合系统进行了研究,建立了相应的误差模型和系统观测模型。应用扩展卡尔曼滤波算法将GPS测量方程和SINS动态线性化,进行SINS验前状态估计及其误差协方差时间更新。仿真结果表明:本文提出的组合导航系统能够给出载体的高精度姿态信息,位置误差和速度误差也较小。     

基于偏振光及重力的辅助定姿方法研究

提出了一种以太阳方向矢量为基准的偏振光导航方法,该方法利用太阳方向矢量物理意义明确的特点,消除了直接利用偏振光进行导航定向时存在的180°模糊性问题。为完全观测载体姿态,同时引入了重力观测量,提出了利用偏振光及重力矢量联合辅助定姿的方法,并详细推导了该方法的观测方程,同时给出了当姿态误差较小时,观测方程的简化线性形式。利用该姿态观测方程,设计了基于偏振光及重力辅助定姿的偏振光/GPS/SINS组合导航算法。理论分析及仿真表明,通过引入偏振光及重力矢量进行辅助定姿,导航系统可以直接观测载体的平台姿态误差,进而增强了系统对载体姿态的估计性能,且使得组合导航系统可以完成大初始姿态误差时的导航任务。     

一种新的SINS动基座误差模型及其应用研究

研究了一种新的捷联惯导系统（SINS）动基座误差模型及载体动基座对准时的最优机动方式问题。提出利用李雅普诺夫变换建立了一种易于进行分析的SINS动基座误差模型，同时论证了SINS与平台式惯导系统（GINS）模型的等价关系。应用分段定常系统可观测性分析理论和奇异值分析法，深入研究和详细分析了载体的不同机动方式对SINS可观测性的影响，定量地得到了各种机动方式下系统状态的可观测度。研究结果表明，在SINS动基座对准过程中，同时改变俯仰角、横滚角和航向角的俯冲转弯横滚角变化是一种最佳的机动方式，计算机仿真结果验证了该机动方式的有效性。这为进行SINS动基座快速精确对准方法研究提供了理论参考。