DESIGN & REALIZATION ON GPS/INS INTEGRATED NAVIGATION SYSTEM

讨论了应用卡尔曼滤波器的ＧＰＳ／ＩＮＳ组合导航系统，其中包括理论、方案与实际的ＩＮＳ和ＧＰＳ接收机的结合，研究的重点是对系统误差的建模及组合的实现，以及松组合和紧组合等各种组合方式等。该ＧＰＳ／ＩＮＳ组合导航开发系统，可以有效和经济地用于组合导航系统的研究和设计，在实际应用中起到了非常有效的作用。该系统不仅仅是一个计算机辅助设计软件，而且可以对实际获得的惯导和ＧＰＳ数据进行半物理仿真。开发系统的核心软件可以方便地转换成实际组合系统中的工程应用软件。应用结果表明，开发系统的设计思想和组合方案是成功的，可以取得良好的导航结果。     

空中平台方位误差修正技术研究

平台方位误差的估计补偿是巡航导弹中制导组合导航的一项关键技术。通过短时机动飞行，采用惯性／位置组合导航卡尔曼滤波估计方法，实现对平台方位误差的空中估计修正。横向“Ｃ”形或“Ｓ”形转弯可增大方位误差的可观测程度，从而迅速估计出平台方位误差。文中首先建立组合导航系统机动飞行段的简化数学模型，讨论了简化条件，给出了相应的滤波算法（ＭＫＦ），不同类型的计算机模拟仿真证明平台方位误差修正精度可达到４～５＇。所得结论对巡航导弹惯导／地形匹配、惯导／ＧＰＳ组合导航技术研究有实用意义。     

组合导航系统的可靠性分析

针对ＧＰＳ／ＩＮＳ／ＲＡ组合导航系统的组合方案，应用故障树分析法（ＦＴＡ）对该系统的可靠性进行分析。分别建立了以组合导航系统故障作为顶事件的故障树以及以高度通道故障作为顶事件的故障树，从而为分析组合导航系统的可靠性提供了直观而有效的分析方法。在所建立的故障树基础上推导系统可靠性数学模型，并应用马尔科夫过程理论分析可维修组合导航系统在组合传感器这一级的各种状态，建立了状态转移图，推导出这一级的有效度     

伪距和载波相位相结合的DGPS／惯性组合导航

建立了伪距和载波相位相结合的ＤＧＰＳ／ＩＮＳ组合系统的状态方程和量测方程，并用滞后状态卡尔曼滤波对伪距和载波相位相结合的ＤＧＰＳ／ＩＮＳ组合系统进行了组合及仿真，给出了详细的仿真数据和仿真曲线。仿真结果表明，该组合系统的精度得到了进一步提高，这是提高导航精度的有效途径，对各种载体的精确导航与制导具有一定的现实意义。     

一种航空无线电组合导航系统的设计与仿真研究

本文提出了一种以多普勒导航为基础,以VOR/DME(或TACAN)导航为辅助量测并含有一个Kalman滤波器的航空无线电组合导航系统,建立了该系统的动态方程,并用了相应的卡尔曼滤波方程。数字仿真结果表明,该系统的精度比单纯多普勒导航、VOR/DME或TACAN导航的精度都要高得多。这种系统用一台机载数字计算机即可实现。     

载波相位差分GPS/惯性组合导航

载波相位测量是目前测量精度最高的测量方法，所以载波相位差分ＧＰＳ同惯导组合能获得高精度的导航系统。但载波相位测量需要确定整周模糊度，现在已探索出多种算整周模糊度的方法，但这些方法而且需要一定的解算时间。文中提出了把模糊度作为状态变量进行组合的方法，用整周模糊度的浮点解同样可得到较高精度的导航系统。仿真结果表明，该方法是行之有效的，扩大了组合系统的应用范围，对航空、航天、铁路、航海等载体的高精度导航     

基于Kalman滤波的SINS／GPS组合导航系统的误差分析

本文对SINS／GPS系统误差模型进行了推导,在失准角小角度情况下惯性系统误差模型的基础上提出了一种基于Kalman滤波的SINS／GPs组合导航系统的二维误差分析方法。采用工程上较易实现的松耦合的组合方式,建立了位置、速度组合导航模型,并对速度组合、位置组合、速度位置组合方式进行了仿真对比分析。     

INS/SAR组合导航量测信息不同步的滤波算法

在惯性导航系统/合成孔径雷达(Inertial navigation system/synthetic aperture radar,INS/SAR)组合导航系统中,传统的SAR只提供位置和航向角信息,本文引入SAR图像测速系统,实现对INS速度信息的补偿修正。同时,建立了该组合导航滤波的数学模型。针对图像匹配耗时较大、产生信息不同步的现象,本文利用INS信息增量来对SAR导航信息延迟、非等间隔以及SAR量测不在INS滤波离散间隔上所带来的误差进行修正,并进行了仿真。经过1 500s后,本导航系统导航信息没有出现发散,在飞行器出现加速、爬升、转弯等机动时,位置误差绝对值不超过36.8m,高度误差绝对值不超过18.1m,航向角误差绝对值不超过5.3′,速度误差绝对值不超过0.5m/s,并与曲线拟合法作对比,仿真结果表明本文算法能够有效提高INS/SAR组合导航系统的精度,并为其他组合导航系统提供参考。     

惯性速度辅助下GPS／捷联惯导组合系统性能研究

ＧＰＳ／惯性导航组合系统目前正得到越来越广泛的应用，但ＧＰＳ接收机载波环失锁时，码环的速率辅助信息来自惯导系统，由于惯性速度的不精确性及伪距测量误差和它之间的相关性，将可能导致组合系统工作的不稳定，本文根据码环的工作特性，在组合卡尔曼滤波器中考虑了码环的跟踪误差，利用ＧＰＳ／捷联惯导组合系统的导航性能，结果表明，ＧＰＳ／捷联惯导组合系统中，若消除了伪距测量误差与惯性速度误差之间的相关性，将可较显著     

分布式卡尔曼滤波器在GPS/INS组合导航系统中的应用研究

本文研究了分布式卡尔曼滤波器在GPS/INS组合导航系统中的应用。给出了系统的结构框图和动态方程,设计一个分布式卡尔曼滤波器,并进行了计算机误差模拟分析。结果表明;采用分布式卡尔曼滤波器的组合系统可减少计算时间,且导航位置误差小于15m。     

SINS/Two-Antenna GPS组合导航系统设计及实现

对SINS／two—antenna GPS全组合导航系统进行了研究，建立了相应的误差模型和系统观测模型，特别是组合系统下的GPS载波相位双差观测模型。提出了一种扩展的卡尔曼滤波方法，并进行了系统硬件集成设计。仿真结果表明：该设计改善了系统性能，提高了导航定位的精度、可靠性和实用性。     

电离层对普通GPS和位置差分GPS定位误差的影响

在没有选择可用性条件下，差分ＧＰＳ定位精度完全取决于电离层的空间不相关性，为了改进差分ＧＰＳ的校正算法，本文在月平均电离层时延等值图的基础上，建立了一个简单而又逼真的电离层模型，并分析了普通ＧＰＳ和位置差分ＧＰＳ仅电离层单一因素引入的定位误差。     

余度MEMS-IMU/GPS组合导航系统

对采用余度配置的MEMS-IMU/GPS组合导航系统进行了研究。分析了微小型组合导航系统的特点和误差模型,针对惯性/GPS伪距组合导航模式下,卡尔曼滤波器需要对量测方程线性化的缺点,提出了基于改进平淡粒子滤波的滤波算法。该算法采用权值控制参数决定粒子是否进入平淡卡尔曼滤波器,有效降低了滤波计算量,并和UPF算法精度相当。研究表明,改进平淡粒子滤波算法对系统性能有明显提高,在GPS信号受到遮挡、暂时不可用的情况下,具有较好的抑制误差作用,适合余度微惯性/GPS组合导航系统的应用。     

城市多功能车辆导航监控系统

针对智能运输系统对车辆导航定位和综合信息采集的要求,提出了一种集成高精度车辆导航系统和车载"黑匣子"的多功能车辆导航监控系统.首先分析了该多功能系统的结构和原理,进而研究融合"蓝牙"路标辅助车辆定位的GPS/DR/MM/BB组合高精度导航定位方案和GPS/DR最优卡尔曼滤波组合算法.大量的实际跑车试验结果表明该系统方案是可行的.它不仅能够进行高精度的导航定位,同时有效地实现了"黑匣子"行驶记录功能.     

基于卡尔曼滤波技术的相对导航技术之研究

本论文主要是研究卡尔曼滤波参数混合技术应用于民用飞机相对导航系统。文中重点在于讨论两架飞机相对位置误差的演变。因此首先研究了飞机绝对导航位置误差的演变。讨论了惯导系统(INS)和卫星定位系统(GPS)的卡尔曼滤波混合。此外，讨论相对导航条件下参数混合以及在下列两种不同的情况下的混合结果：1、飞机间相互传送本机混合后的导航数据；2、未经混合的导航数据传送后再混合。采用MATLAB进行仿真，得到不同方式的导航系统相对位置估计误差演变。     

发射系下SINS/GPS/CNS组合导航系统联邦粒子滤波算法

传统的扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman filter, EKF)算法应用于未来高超、空天飞行器的组合导航系统时,因其模型线性化展开会导致模型不准确,从而引起导航精度下降;采用蒙特卡洛方法来实现递推贝叶斯估计问题的粒子滤波(Particle filter,PF)算法能有效避免引入线性化误差,具有一定的优势。据此,针对高超、空天飞行器在发射过程中通常需要直接获得发射惯性系下的高精度导航参数的需求,提高发射惯性系下弹载组合导航系统滤波算法的精确性就尤为重要,PF滤波算法无需对非线性系统进行线性化展开即可直接实现对非线性系统的状态误差估计。为此,本文将PF滤波算法引入空天飞行器SINS/GPS/CNS多信息融合组合导航系统,设计了发射系下基于联邦滤波器的PF滤波算法,实现了对组合导航系统状态参数的直接建模估计。算法仿真结果表明,相较于发射系下SINS/GPS/CNS组合导航系统联邦EKF滤波算法,PF滤波算法有效提高了组合导航系统滤波精度。     

用于弹道导弹的GPS/SST/SINS组合导航滤波算法实现

针对目前国内弹道导弹导航系统单一的情况,文中提出一种滤波算法.该算法将捷联星光跟踪仪(Strapdown star tracker, SST)的姿态信息、高速GPS的位置、速度信息与捷联惯导进行组合滤波,全面提高了导航的姿态、速度和位置精度.最后以该算法为核心,设计并实现了用于弹道导弹的GPS/SST/SINS组合导航系统实时仿真平台.仿真结果表明,该滤波算法稳定可靠,系统精度达到国外同等水平.     

GPS组合系统在飞机进场着陆中的应用

本文研究了用全球定位系统/捷联惯导/无线电高度表(GPS/SINS/RA)组合导航系统进行飞机精密进场着陆的可行性。提出了系统的组合方案。建立了组合系统的数学模型,应用组合卡尔曼滤波技术,按18颗导航星的布置方案,应用GPS仿真器,在考虑飞机沿3°倾斜角下滑线进行着陆飞行时,对组合系统进行了计算机仿真。仿真结果表明,当GPS接收机采用P码,或采用C/A码再使用差分和伪卫星技术时,组合导航系统能够达到国际民航组织(ICAO)提出的精密进场着陆时的定位精度要求。