GPS/INS超紧组合载波跟踪环路最优带宽在线设计

在全球定位系统和惯性导航系统组成的超紧耦合系统中,卫星信号的跟踪性能直接取决于载波跟踪环路的带宽。为提高最优带宽的计算精度,在对惯导辅助下载波跟踪环路跟踪特性进行分析的基础上,详细推导了载波多普勒频率估计误差、多普勒频率变化率估计误差的计算方式,建立了惯导辅助下的环路跟踪误差模型;在实时估计跟踪载噪比的基础上,应用离散牛顿二阶梯度法迭代解算最优带宽,并进行实时调整。仿真结果表明,所设计最优带宽迭代解算方法的计算精度能够在11次迭代内达到99.6%,以此作为环路的带宽,能够在弱信号、辅助信息精度较低的情况下有效提高环路的跟踪精度。     

GPS中频信号和IMU信号模拟及验证

为了研究GPS/INS（Inertial Navigation System）组合导航方案和算法,设计了一种GPS中频信号和IMU（Inertial Measurement Unit）信号的软件模拟器.首先建立了载体的运动模型,然后介绍了信号的仿真方法.根据载体的运动产生IMU信号,载体的典型运动包括平飞运动、横滚运动、俯仰运动和偏航运动.建立了典型的干扰模型,包括欺骗式干扰和压制式干扰（窄带干扰、宽带干扰、连续波干扰和锯齿调频连续波干扰等4种）,实现了干扰环境下的场景模拟.GPS/INS组合导航软件接收机对模拟器输出的数据进行解算,结果表明：信号的仿真算法是正确的,模拟器可以为组合导航接收机提供有效的中频信号和IMU信号.     

水下地形匹配等值线算法研究

文[1]将图像配准中使用的等值线算法引入到水下地形匹配中，文[2]全面验证该算法的有效性。但是，仿真结果表明，该算法在初始误差较大时（如2海里）容易发散，这是由于目前的研究都认为匹配起始点是精确已知的，而实际中却很难满足该条件。本文提出了将匹配起始点引入匹配过程和进行粗匹配等两点改进措施，仿真结果表明，这两个改进措施是有效的，特别是当INS精度较低时，相比较于TERCOM算法，其匹配过程更为平稳，匹配精度也更高。     

等值线匹配算法的地形适应性研究

地形辅助导航匹配算法的性能直接由地形特征所决定,因此,建立地形特征参数与匹
配算法精度之间的定量关系不仅是判断匹配性能的需要,也是进行航迹规划的基础。本文以
ICCP算法为研究对象,首先,运用聚类和回归分析方法挑选出6个与匹配精度密切相关的参
数;然后,采用多重回归、二项Logistics回归和判别分析等三种方法分别得到匹配精度与
地形特征之间的定量关系,其中多重回归分析得到的是匹配精度与地形特征参数之间的精确
对应关系,而二项Logistics回归和判别分析则是建立误差类别与地形特征参数之间的关系
。仿真结果表明,多重回归预测精度基本与实际匹配精度一致,但在少数样本点偏差较大;
二项Logistics回归和判别分析的正确判断概率均优于90％。
     

ARMA建模及其在Kalman滤波中的应用

提出了一种补偿惯性传感器随机误差的自回归滑动平均(ARMA)建模方法,在该方法中,首先,将时间序列平稳性检验的轮次法和样本方差变差系数相结合,以确定合适的建模样本长度;其次,将惯性传感器的随机误差看成是真实状态叠加白噪声,通过对观测数据做滤波处理,给出了求解模型参数的算法;随后,构建一组符合ARMA(6,4)模型分布的有色噪声,基于准确建立的ARMA(6,4)模型和AR(2)近似模型构建Kalman滤波器,以研究建模精度和Kalman滤波输出之间的关系;最后,探讨了基于状态可观测度分析的模型降阶方法,在保证精度情况下提高模型计算的实时性,便于建模方法在工程实际中的应用。通过对某型号加速度计的随机误差进行处理,高阶模型及降阶模型的滤波残差标准差分别降为原始随机误差标准差的1/66和1/28,说明方法是有效的。     

不同参数对地形等值线匹配算法精度影响的评估分析

影响地形辅助导航匹配算法性能的因素很多,而目前基于信噪比的分析方法不能全面准确地评估匹配精度受各种参数的影响情况。本文以等值线(ICCP)算法为研究对象:首先,通过理论分析指出目前基于信噪比的分析方法的局限性和算法灵敏度受航向的影响情况;然后,通过仿真分别研究高度测量精度、惯导(INS)航迹精度、初始位置误差、航向误差、采样设置等因素对匹配精度的影响,并进一步从地图独特性、高度测量误差和INS航迹误差3个方面综合分析了各类误差和具体的误差参数对匹配性能的综合影响;最后,从算法的匹配精度和实时性等角度总结了各种参数的影响情况,为ICCP算法的工程应用提供理论基础。     

一种MEMS陀螺随机漂移的高精度建模方法

为补偿MEMS陀螺随机漂移,采用时间序列分析法对其进行自回归滑动平均（ARMA）模型辨识,提出一种滑动平均（MA）参数估计的新方法。先将陀螺随机漂移建模为带观测噪声的ARMA模型,在估计出自回归（AR）部分的参数后,针对AR滤波后的残差,推导出一种方差小的MA自协方差估计值,并将该估计值作为输入,利用Gevers-Wouters（GW）算法估计出MA部分的参数。仿真结果表明,MA参数估计精度得到提升的同时,参数估计可靠性也得到了增强。MEMS陀螺的随机漂移补偿实验进一步验证本文所提算法的补偿精度高于改进前。      

ICCP中单纯形优化的误匹配检测

在迭代最近等值点ICCP(Iterative Closest Contour Point)算法的地形辅助导航中,利用单纯形优化方法实现对最优航迹的估计,但在匹配中往往得到的只是局部最优解,导致误匹配发生,严重时导致匹配发散.以ICCP算法为研究对象,研究并建立了ICCP方法的误匹配判断准则,以减小误匹配误差的影响和提高匹配精度.利用概率数据关联建立ICCP算法的误匹配判断准则,仿真结果表明,与无误匹配方法匹配结果相比,提高了其收敛性和精度;与 M/N 方法相比,降低了误匹配概率的30%,提高了导航的精度和算法的稳定性.     

地形辅助导航匹配误差研究

地形辅助导航系统中最重要、研究也最深入的部分就是匹配算法,除了算法本身构建 之外,匹配精度与应用条件之间的关系也是算法研究的重要内容。以TERCOM算法为研究 对象,将研究地形特征、地图分辨率、初始误差、惯性导航系统精度、载体运行速度和匹配 序列长度等因素对匹配精度的影响,为匹配算法的工程应用提供理论基础。