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。     

GPS／DNS组合导航系统研究

通过误差分析的方法，给出了用卫星全球定位系统ＧＰＳ的位置、速度信息作为观测量的ＧＰＳ／ＤＮＳ组合导航系统的数学模型。在此模型的基础上应用卡尔曼滤波器，估计出导航参数误差并对系统进行校正，从而实现了ＧＰＳ与多普勒导航系统（ＤＮＳ）的组合。ＧＰＳ／ＤＮＳ组合导航系统克服了多普勒导航系统定位误差随时间发散的缺点，使得导航精度与时间无关，弥补了ＧＰＳ实时性的不足。仿真结果表明，该组合方案可获得高的导航定位精度。该系统丰富了组合导航系统内容，且体积小、成本低，便于工程实现，具有实用价值。     

惯性组合导航系统的融合技术研究

针对惯性组合系统中的多子导航系统，研究了“测量融合”的技术，文中讨论了测量融合的设计思想的方案，以惯性，全球卫星定位系统，无线电测距测向系统，地形辅助导航系统组合导航系统为例，研究了组合导航系统的融合算法，并进行了蒙特·卡洛法仿真计算，结果表明，系统的设计是合理的，为惯性组合导航系统提出了有实用价值的一种融合算法。     

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.     

基于多传感器信息融合的自主移动机器人导航算法研究

本文介绍了一种基于微控制器控制，以GPS为主要导航手段，且基于多传感器信息融合的自主移动机器人导航系统的软硬件设计思想及实现方法。重点讨论了基于栅格法的导航算法在微控制器系统中的实现。最后给出了该导航系统在比较典型的环境中实现导航与避障的实验结果。     

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。     

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     

基于X射线脉冲星的新型卫星天文导航

基于X射线脉冲星导航（XNAV）是一种新型的卫星自主导航技术。使用卫星上的相位测量值和脉冲星钟预报的相位值,可以确定卫星的位置和速度。由探测到的脉冲相位,计算出沿着脉冲星视线方向的卫星相对于地心的距离。同时测量三颗脉冲星,就可以计算出卫星在惯性系下的位置。结合距离测量方程和轨道动力学,设计了广义卡尔曼滤波算法。仿真验证表明,该导航算法能实现卫星的精确导航,定轨精度在百米以内。此外还分析了影响导航性能的因素。     

简化的混合估计算法及其在GPS／SINS深组合中的应用

为解决GPS/SINS深组合导航系统滤波的非线性和噪声的不确定性的问题,针对深组合模型特点,设计了一种简化的基于U滤波的多模型混合估计滤波器。根据系统模型中状态方程是线性方程、观测方程是非线性方程的特点,提出了一种简化的U滤波算法(Ultra tight coupling unscented Kalman filter,UTCUKF),然后针对噪声变化建立了非线性模型,多模型混合估计滤波器的输出为各滤波器的概率加权融合,因此模型概率是根据噪声变化而调整的,从而也使系统输出对噪声变化具有一定自适应能力。最后进行了仿真,并与基于普通U滤波的多模型混合估计算法进行了比较。结果表明,本文算法的解算时间短,模型切换速度更快,而估计的精确度与同条件下的基于普通U滤波的多模型混合估计算法相当,更符合深组合系统高动态的要求。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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     

基于SINS/GPS/CNS的机载综合导航系统故障诊断方法研究

传感器是导航系统中的重要部件,传感器故障容错性的分散化滤波,对提高系统的可靠性具有重要意义.以SINS/GPS/CNS组成的组合导航系统为研究对象,采用联邦滤波和方差交叉滤波相结合的方法,实现了对传感器故障具有容错性的分散化滤波,对导航系统的精度和容错性进行分析.仿真结果表明,将分散化滤波方法用于多个传感器组成的组合导航系统,不但具有精度高的特点,而且由于具有信息的冗余,整个系统具有较好的容错能力,可以提供更加完善、精确地反映运载体运动的导航信息.