GNSS/INS深组合技术研究进展与展望

在GNSS/INS组合导航领域,深组合是最深层次的组合方式,随着航空、航天、军事等应用对导航系统性能要求的提升,深组合技术逐步成为国内外研究的重点。通过对GNSS/INS深组合的技术起源与结构发展过程的梳理,总结出当前对深组合概念理解的两种立场。按照接收机环路跟踪结构与信息处理方式不同,将深组合结构分为标量深组合、相干矢量深组合以及非相干矢量深组合3种类型,其中相干矢量深组合又可以分为级联式和集中式两种结构。综述了国内外深组合技术的研究现状并指出了当前研究中存在的问题,最后结合实际应用需求对深组合的发展进行了展望。     

GPS/BDS/INS tightly coupled integration accuracy improvement using an improved adaptive interacting multiple model with classified measurement update

An Extended Kalman Filter (EKF) is commonly used to fuse raw Global Navigation Satellite System (GNSS) measurements and Inertial Navigation System (INS) derived measurements. However, the Conventional EKF (CEKF) suffers the problem for which the uncertainty of the statistical properties to dynamic and measurement models will degrade the performance. In this research, an Adaptive Interacting Multiple Model (AIMM) filter is developed to enhance performance. The soft-switching property of Interacting Multiple Model (IMM) algorithm allows the adaptation between two levels of process noise, namely lower and upper bounds of the process noise. In particular, the Sage adaptive filtering is applied to adapt the measurement covariance on line. In addition, a classified measurement update strategy is utilized, which updates the pseudorange and Doppler observations sequentially. A field experiment was conducted to validate the proposed algorithm, the pseudorange and Doppler observations from Global Positioning System (GPS) and BeiDou Navigation Satellite System (BDS) were post-processed in differential mode. The results indicate that decimeter-level positioning accuracy is achievable with AIMM for GPS/INS and GPS/BDS/INS configurations, and the position accuracy is improved by 35.8%, 34.3% and 33.9% for north, east and height components, respectively, compared to the CEKF counterpart for GPS/BDS/INS. Degraded performance for BDS/INS is obtained due to the lower precision of BDS pseudorange observations.     

基于天文角度观测的机载惯性/天文组合滤波算法研究

针对采用天文/惯性位置组合时对导航选星有特殊要求,提出了基于天文角度观测信息的机载惯性/天文组合滤波方案及算法.对基于天文角度观测的INS/CNS组合导航系统的原理进行了充分阐述,分析并建立了基于单星或多星观测条件下的组合导航系统线性化量测方程,并针对角度观测时高度通道不可观的特点,增加了气压高度输出为系统的观测量,并在此基础上设计了组合滤波器算法.最后进行了组合导航系统仿真,并通过协方差分析的方法对比分析了单星和双星观测条件下的滤波性能.仿真结果表明,即使是在单星观测条件下,组合导航系统也能获得较好的定位精度;若观测星数增多,则可以大大提高系统性能,表明该组合导航系统设计方案是成功可行的.     

GPS软件接收机原理样机设计与实现

为了满足GPS/INS(Global Positioning System/Inertial Navigation System)超紧组合导航系统研究的需要,克服硬件接收机参数固定,适应性差的弱点,设计了一种参数可调、灵活控制的GPS软件接收机.采用GPS L1频率的中频采样信号,运用FFT(Fast Fourier Transform)频域捕获算法和锁相环与锁频环相互辅助的载波环路,实现了信号捕获、码环和载波环路跟踪、导航电文提取与解码、伪距及导航定位解算,并与NovAtel公司的FlexPax型硬件接收机进行了比较.跑车测试结果表明,该GPS软件接收机捕获迅速、跟踪准确,导航定位精度小于10m,动态抗干扰能力明显优于一般GPS硬件接收机,适合于GPS/INS超紧组合导航系统的应用.     

惯导系统动基座对准精度试验评估

舰船、飞机武器装备出航前,其装备的惯性导航系统需要进行初始对准,由于实际使用环境的影响,载体可能受到扰动而产生摇摆运动,从而对惯导系统的对准造成干扰.为了提高惯导系统的对准导航精度,需要研究惯导系统在动基座条件下的对准技术方案,基于实际系统的试验验证是技术研究和产品检验交付的重要环节,为了有效评估惯导系统动基座对准的精...     

基于北斗Ka星间链路的地面用户导航方法

针对导航系统L频段信号易受到有意或无意的干扰和欺骗,而导致地面区域性导航服务性能下降甚至失效的问题,提出了一种利用北斗Ka星间链路信号为地面用户提供导航服务的方法。首先,对该方法的可行性进行了研究,并给出了星间链路时分体制下的用户测距模型;然后,提出了基于时钟模型和惯导信息的测距值历元归算方法,并推导了基于北斗星间链路测距值的地面用户实时定位算法;最后,通过数值仿真分析了不同因素对算法性能的影响。仿真结果表明,该方法定位精度可达2.0 m以内,能够在一定程度上弥补L频段导航信号区域性失效带来的缺失。     

一种新型的伪卫星辅助下的惯导初始对准方法

静基座且已知载体位置的情况下,INS可以快速地完成初始对准,但是在野外环境下通常无法快速地给出初始位置。伪卫星具有铺设简单快捷,不易受到破坏的特点,适合在未知环境下作为GNSS系统的补充来辅助定位。但是在GNSS拒止的情况下,如果单独使用伪卫星(PL)来进行定位会存在定位结果误差较大等问题,难以辅助INS系统完成初始对准。为了解决GNSS拒止情况下伪卫星辅助惯性导航系统进行初始对准存在的问题,提出了以高度传感器辅助下的PL定位算法,利用该算法得到准确的位置信息进而实现GNSS拒止条件下INS系统的初始对准,满足高精度的INS系统在复杂环境下的使用需求。     

INS／GPS／Odometer组合系统初始对准及自适应联合滤波

本文提出了INS／GPS／Odometer（测速仪）组合际航系统。基于信息融合理论，提出了基于子滤波器可观性矩阵条件数和误差协方差矩阵特征值分解的自适应联合滤波。然后利用该方法对INS／GPS／Odometer组合系统的初始对准问题进行了研究。仿真结果表明，自适应联合滤波能够改善系统初始对准的状态估计精度，信息分配因子的不同选择对状态估计有一定的影响。     

自适应融合滤波算法及其在INS/GPS组合导航中的应用

针对扩展卡尔曼滤波器(EKF)在系统模型不确定时存在鲁棒性差、精度低的问题,设计了一种基于交互式多模型(IMM)的自适应融合滤波(AFF)算法。IMM\|AFF算法采用两个模型来描述系统结构,且与每个模型相对应的Sage\|Husa滤波器和强跟踪滤波器(STF)独立并行工作,系统的状态估计则是两种滤波器估计的模型概率加权融合。IMM\|AFF算法兼具Sage\|Husa滤波器状态估计精度高和STF对系统模型不确定具有强鲁棒性的优点,克服了两种滤波器各自单独使用时的缺点。将IMM\|AFF算法应用于INS/GPS组合导航系统的仿真结果表明,IMM\|AFF算法的滤波精度和鲁棒性均明显优于目前工程应用中的EKF,特别是大大提高了INS/GPS系统的定位 精度 。
     

机抖激光陀螺捷联系统动力学建模及结构动特性设计方法

机抖激光陀螺捷联系统普遍采用抖频偏频技术消除闭锁效应的影响,这使得激光惯导成为自带激励源的动力学系统,动力学系统结构参数的设计将影响陀螺抖动效率和陀螺测量精度。在陀螺抖动驱动力条件下,建立了包含激光惯导箱体、惯性测量本体、陀螺、减振器、抖轮在内的较为完整的动力学模型,给出了该模型的解答过程和Matlab仿真计算结果,讨论了不同结构参数对抖动效率及惯导精度的影响规律,并在此基础上提出了激光惯导结构基于动特性设计的原则和方法。经验证,该方法能够有效指导结构转动惯量等参数设计,提高了设计质量,有效避免了激光惯导由结构设计不足而导致的动力学问题。