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。     

Discussion for Deeply-coupled GPS/INS Technology

面对未来信息化、电子化战争复杂的电磁环境和高速、超高速精确制导武器发展需求,传统GPS/INS组合导航技术很难满足武器性能指标的要求.而GPS/INS深组合导航系统能在高动态和复杂电磁环境下为精确制导武器提供稳定、可靠、精确的导航信息,实现精确制导武器在复杂战场环境下对目标的精确打击.因此GPS/INS深组合技术成为近来人们的研究热点.深组合技术除了传统意义上利用GPS接收机信息修正INS之外,同时,采用INS导航数据还能对GPS接收机载波跟踪环路进行外部辅助,剔除信号中的动态信息,减小GPS接收机载波跟踪环对信号的跟踪范围,压缩环路带宽,提高接收机在高动态环境下工作稳定性和接收机抗干扰性能,以保证组合导航系统的可用性和可靠性.     

基于非导航随机信号的组合导航技术研究

目前,卫星导航系统已成为无处不在的导航和授时信息源,但是其自身存在固有的缺陷,如信号功率低、易被敌方压制或欺骗等。为了弥补卫星导航系统的不足,开展了基于地面数字电视广播(DTMB)和接收信号强度指示(RSSI)移动终端等非导航随机信号的导航信息提取技术研究和组合导航技术研究。根据DTMB时域PN帧头序列的良好时域相关性,联合频域传输信令,完成了数字电视信号的高精度测距;根据RSSI移动终端的无线信号传播模型和代表性实测数据,通过线性回归等数学手段对距离衰减公式进行优化,以完成移动终端相对基站的精确距离测量;根据非导航随机信号提取的导航信息,完成基于非导航随机信号的组合导航技术研究。经理论研究和试验验证,通过DTMB和RSSI移动终端等非导航随机信号可以提取高精度导航信息,组合导航技术研究能够满足高精度导航定位的应用需求,具有良好的工程应用价值。     

卫星授时与时间传递技术进展

近年来,卫星导航技术发展迅速.卫星导航系统以精密时间测量技术为基础,实现了伪距测量,进而实现定位.同时,卫星导航系统还提供了高精度授时功能.综述了卫星导航系统的授时和时间频率传递技术、基于通信卫星的授时技术以及双向卫星时间频率传递(TWSTFT)技术等.随着我国北斗卫星导航系统(BDS)的建成和提供服务,BDS授时应用研究正在快速发展.基于BDS/GNSS多系统的精密单点定位(PPP)时间传递技术已成为重点研究方向,未来将会应用于国际时间比对.同时,随着卫星通信技术尤其是低轨通信卫星技术的快速发展,低轨通信卫星授时会成为一个有潜力的研究方向.     

一种基于小波技术的GPS/SINS组合导航技术及试验

GPS／SINS的组合被认为是比较理想的导航系统,是目前导航技术发展的主要方向。为了进一步提高GPS／SINS组合导航系统的精度,文章在介绍了小波去噪原理的基础上,提出了一种基于小波技术的GPS／SINS组合导航系统新方法,并通过实际的静态试验给予验证。试验结果表明,采用该方法以后,组合导航系统的各项导航参数精度得到了非常明显的提高。     

提高导航精度的载波相位平滑伪距方法研究

本文推导了基于载波相位平滑伪距技术的SINS/BD组合导航公式并进行误差分析.结合北斗卫星伪距的无模糊度和载波相位的高精度的特点,在组合导航系统中采用北斗载波相位平滑伪距的方法提高导航的精度,最终对处理效果进行实验验证.验证了此方法提高组合导航精度的有效性.     

基于联邦滤波的SINS/GNSS/OD/高度计多源组合导航算法研究

针对城市情况下车载导航时单一导航源易受干扰的问题,提出了一种基于自适应联邦Kalman滤波的多源组合导航算法.该模型具有两级结构,由子滤波器进行各信息源局部估计后,通过主滤波器进行最优融合估计.融合具有不同工作特点的导航传感器的输出信息组成多源信息组合导航系统,从而提高了导航系统的精度和鲁棒性,且通过故障诊断算法实时检测并隔离故障信息源.给出了联邦滤波算法设计,并进行了实际车载实验.实验结果表明,该算法能够提高导航系统的稳定性及精度.     

未来的GPS-Galileo组合导航卫星系统

随着卫星导航定位技术的发展,用户对卫星导航系统提供的服务性能提出了更高的要求,希望能得到高精度、高可靠性、高动态实时的导航定位服务。而目前存在的卫星导航系统已逐渐不能满足这些需求,如果GPS-Galileo组合系统能够很好兼容,则是一个很好的解决途径。     

基于Newton迭代滚动时域估计的GPS/SINS紧组合导航技术

随着智能设备的普及，使用手机为汽车进行导航越来越普遍。目前，手机内置的惯性测量单元成本低廉、导航精度低，且常使用松组合，而应用GPS/SINS紧组合导航技术可提高导航的精度及可用性。通过将基于Newton迭代的梯度下降算法与滚动时域估计相结合，手机内置GPS与陀螺加速度计构成紧组合导航系统，可提高在复杂环境中的导航精度。传统Kalman滤波方法未能充分考虑到紧组合导航系统的非线性特性，而滚动时域估计通过参考多时刻导航信息，可更有效地排除非线性因素对系统的干扰，并通过实验验证了此方法。实验结果表明，相比采用扩展Kalman滤波，基于Newton迭代时域估计算法的紧组合导航系统的导航位置精度及速度精度均获得了较大提高。     

小型无人机的导航与制导仿真系统研究

研究了基于飞行器动力学模型的小型无人机的惯性组合导航与制导系统仿真技术,组合导航系统嵌入了飞行器的轨迹和姿态控制回路,建立了基于MATLAB/AEROSIM的组合导航计算机仿真系统,仿真系统包括惯性组合导航仿真模块、传感器仿真支持模块、飞行器6自由度动力学模型模块、飞行器轨迹生成、轨迹控制与姿态控制模块、导航仿真评估模块。基于该仿真系统,目前已开展惯性/卫星深组合、惯性/大气数据融合等理论算法和技术研究。     

基于光纤陀螺的组合导航系统研究

采用基于光纤陀螺的IMU和GPS接收机,以DSP为信息处理核心,实现了GPS/TNS组合导航系统.介绍了光纤陀螺工作原理和误差模型,描述了组合导航系统并通过试验对该系统进行分析.实验结果表明,基于光纤陀螺的组合导航系统误差范围较小,可以满足较高精度的导航定位要求.     

惯性卫星紧组合导航系统自主完好性算法研究

为保证组合导航系统运行的可靠性和输出导航参数的准确性,结合组合导航系统的自主完好性检测的基本算法,基于气压高度辅助下的卫星导航接收机最小二乘检测法和组合导航卡尔曼卡方检验法,提出了一种能够识别突变故障和缓变故障的组合导航系统自主完好性检测的算法,充分利用导航系统中高精度惯导系统的导航信息,实现了组合导航系统的自主完好性检测算法,提高了组合导航系统在复杂环境下的导航信息可靠性。     

基于残差x^2故障检测的IRS／GPS紧组合算法研究

对于民用航空来说,除了精度指标外,可靠性指标也十分重。组合导航技术可以极大的提高导航系统的精度,对组合导航系统进行实时的故障检测可以有效提高导航系统的可靠性。本文对基于残差x^2故障检测的IRS／GPS紧组合算法进行研究,并进行相应的仿真分析。仿真结果表明设计的组合导航和故障检测方案可以有效隔离GPS故障量测,在GPS存在故障时仍能保持较高的定位精度,提高组合导航系统的可靠性,具有重的工程应用价值。     

一种基于频域控制的组合导航系统设计方法

随着科学技术的发展,可资利用的导航信息源越来越多,导航系统的种类也越来越多,其中典型的是惯性导航系统和GPS/北斗卫星导航系统这两种系统在性能上正好形成互补,所以采用该两种系统作为组合导航设计中的子系统是最佳方案。SINS能够输出多种导航信息,但导航结果随着时间发散,GPS/北斗导航系统能够提高较高精度的位置速度信息,但不能提供姿态信息,且在遮挡等情况下会出现丢帧现象。为了能够利用SINS和GPS/北斗导航系统两种导航测量结果,使得两者的测量数据互补,且提高导航系统的精度,本文提出了一种基于频域控制的组合导航系统设计方法。通过实验验证,这种方法不仅充分利用了SINS和GPS/北斗导航系统的信息,还增加了定位精度和可靠性,且能在丢帧情况下还能满足导航要求。     

惯性/星光/卫星组合导航系统可视化仿真研究及实现

组合导航可视化仿真是验证多传感器组合导航方案、算法正确性和可靠性的有效手段,可以通过曲线、图形的方式对多传感器组合导航过程进行三维直观演示。为充分验证所提出的惯性/星光/卫星多传感器组合导航系统的精度和可靠性,本文设计了基于VC++的多传感器组合导航的算法可视化仿真验证系统,采用任务分离技术分配主辅线程实现界面显示和算法运算并行工作,同时利用API函数实现高效、高速的串口传输和界面显示,提高系统的实时性。实验结果表明,本文设计的系统可以满足多传感器组合导航系统可视化仿真演示的需要,运行稳定可靠。     

一种基于惯性辅助的卫星信息容错技术

对于机载捷联惯性卫星组合导航系统而言,当载机处于大动态或者其他卫星信号不连续情况时,卫星提供的速度、位置等量测信息可能会出现跳变,进而影响组合导航精度.介绍了惯性导航、卫星导航及其组合导航系统的基本原理和优缺点,分析了卫星量测不可避免出现跳点时组合导航系统Kalman滤波器的估计效果,对基于惯性辅助的卫星信息容错技术进行研究,提出了一种新的卫星信号野值剔除与滤波改进方法.新方法既保证了量测向量原有的统计特性,同时将野值带来的影响去除.半实物仿真分析结果表明,滤波器的估计稳定性得到明显提升,组合导航系统的速度和位置精度分别提升了约30％和35％.     

序言

近些年来卫星导航技术发展迅速,卫星导航系统以精密时间测量技术为基础,进而实现伪距测量和定位;同时卫星导航系统也提供了高精度授时功能.随着我国北斗卫星导航系统(BDS)的建成和提供服务,BDS授时及其应用技术进入了快速发展阶段. 一种新的通信技术,可能就会萌生一种新的授时技术.随着卫星通信技术尤其是低轨卫星互联网技术的蓬勃发展,以及通信导航融合技术的快速发展,卫星授时已经成为一个重要的研究和发展方向.同时,卫星授时具有广域、高精度、用户数量不限和可动态应用等很多特色,使得其应用更为广泛.     

惯性辅助的北斗导航故障自适应方法研究

北斗导航系统完好性是指北斗导航系统不能用于导航服务或导航精度超出给定范围时,具备及时发现故障并通知用户的能力.针对北斗导航完好性检测问题,为改善北斗导航定位系统的精度、连续性、完好性和可用性,研究了基于惯性辅助的北斗导航故障检测方法,设计了北斗导航系统的量测修正与故障检测实现方案,构建了基于新息正交性的自适应滤波北斗/SINS紧组合导航架构,根据滑动窗口内新息动态变化特性修正系统量测噪声方差,在北斗导航信号受到较大干扰、发生异常的情况下,对品质较差的卫星测量信号进行识别,并对检测超出一定阈值的突变卫星信号实现故障隔离,从而提高系统适应能力,增强北斗/SINS紧组合导航系统容错性.构建了北斗/SINS组合导航系统仿真验证模型,结果表明,基于惯性辅助的北斗导航方法能够有效检测出卫星信号故障,提高了系统的适应性和定位精度.     

组合导航系统在车载移动卫星通讯中的应用

介绍了基于捷联惯导SINS/GPS组合导航系统的用于车载移动卫星通讯的卫星跟踪系统,在导航计算上采用自适应卡尔曼滤波技术。实验结果表明天线跟踪卫星的误差小于0 .2°。所研制的车载移动卫星通讯系统已在军事指挥和电视转播中得到成功应用     

参数优化方法在AUV组合导航系统PQR调参中的工程应用

为提高水下无人潜航器(AUV)的组合导航定位精度,需要对组合导航系统的参数进行调节,以保证组合导航系统获得较高的组合导航性能.针对AUV组合导航系统的P QR调参,借鉴多学科优化设计思想,首次提出了基于目标优化方法和传感器实采数据的P QR参数整定方法.首先,使用传统经验值开展了模拟AUV"水下潜航-水面GP S校准-水下潜航"工作方式的跑船试验和传感器数据采集.之后,基于传感器数据回放和组合导航过程的离线仿真,使用目标优化方法对组合导航系统的系统参数进行了优化求解.最后,使用P QR最优解分别开展了实航和离线仿真的对比验证.试验结果表明,目标优化方法能够应用于AUV组合导航系统的P QR调参,可以保证SINS/GP S/DVL组合导航系统的稳定性和较高的水下组合导航定位精度.使用该方法调参后,经实航验证和离线仿真对比,水下组合导航定位精度的CEP50指标分别降低至人工调参方式的44.0％和56.0％.该方法简单、有效,具有较高的工程应用价值.