OAS/INS/GPS/APS舰艇组合导航系统设计与仿真

舰艇高精度导航需求日益迫切，设计的组合导航系统可以使舰艇在水上水下一些特殊环境下实现高精度航向和定位测量。系统设计和利用了三种新型导航系统作为导航分系统，分别为光学标校系统(OAS)、水声定位系统(APS)和GPS姿态测量系统。为了克服惯性导航系统(INS)系统的积累误差以及GPS、APS和OAS系统各自的缺陷，采用联邦卡尔曼滤波技术，设计了OAS／INS／GPS／APS组合导航系统滤波算法，仿真结果验证了算法的有效性，表明基于上述系统的组合导航系统可以获得较高的航向定位精度。     

一种新的对地定位方法及其精度分析与仿真

提出一种新的无人空中载体对地定位方法。该方法根据GPS／INS组合导航系统测量的载体坐标与姿态角、光轴稳定平台相对于载体的姿态角以及激光测距数据，计算地面目标点的三维维坐标，克服了共线条件方程对地形鲁棒性差和DEM迭代定位算法容易发散的缺点。为分析此方法的定位性能，给出了定位误差分析模型，并通过仿真算例验证了该定位方法的有效性，仿真结果表明目标定位精度满足舰炮作战要求。     

INS/双星组合导航半实物仿真研究

对INS/双星跑车试验数据进行了分析和处理,采用小波分解的方法去除了定点定位试验中的测量噪声,并对双星接收机的常值偏移进行了估计,仿真结果表明双星系统的定位精度在20米之内。在跑车试验中使用递推最小二乘法和Kalman滤波技术对INS/双星的位置组合方案进行了仿真。仿真结果表明,Kalman滤波技术比最小二乘算法具有更高的估计精度,它能有效地降低INS的位置误差。     

H∞自适应滤波的理论分析及其在导航系统中的应用研究

由于双星系统的误差模型未知，且稳定性较差，采用Kalman滤波实现惯导／双星组合导航时，其滤波特性较差。而H^∞自适应估计对模型的不定性和干扰信号的统计信息不需做任何假设，而使它在工程实践中有广泛的应用。本文研究了H^∞自适应滤波，并将其应用到惯导／双星组合导航系统中。该方法是通过从输入干扰信号到估计误差间的最大能量增益的最小化找到一种H^∞最优估计策略来保证滤波器的鲁棒性。利用双星和惯导的实测数据进行仿真实验，并和递推最小二乘法、最小均方法进行比较。仿真结果表明，H^∞自适应滤波的鲁棒性优于其它两种算法。     

紧耦合GPS/INS组合导航技术仿真研究

提出了一种改进的惯性导航系统(inertial navigation system, INS)辅助GPS载波跟踪算法,设计了一种基于伪距/伪距率组合的信息融合算法,并对相应的算法进行了仿真验证。仿真结果表明：在紧耦合GPS/INS组合导航系统中,惯导对GPS跟踪环路的辅助,可以保证接收机环路滤波器在窄带宽下仍能正常工作;基于伪距/伪距率的GPS/INS信息融合方法,使组合导航系统在GPS接收机接收的卫星少于4颗的时候仍能有效地利用GPS导航信息,同时利用组合滤波器的输出对INS系统的误差进行修正,提高了整个组合导航系统的导航精度。     

双星定位系统的建模与仿真

双星定位系统是具有快速定位和简短报文通信功能的卫星定位系统。在研究其定位原理的基础上，建立了双星定位系统的误差模型和仿真系统，并对仿真系统的硬件结构、仿真软件和仿真方法进行了介绍。该仿真系统可以模拟双星定位系统大多数的工作环境和工作状态，并且可以时双星定位终端产品的各项技术指标进行定量测量。解决了定位终端的技术指标在实际系统中测量难的问题，对双星定位终端的研制有一定的参考意义。     

ARS辅助SINS/BDS组合导航系统性能仿真分析

捷联惯导／北斗双星定位组合系统（SINS／BDS）可采用间段组合的方式以避免“北斗”系统有源定位暴露目标的缺点；多普勒主动雷达导引头（ARS）可利用波束速度连续辅助惯导，弥补“北斗”系统无速度信息、不能全程使用的缺点。以巡航导弹为应用对象构建了SINS／BDS／ARS卡尔曼组合导航滤波器，探讨利用ARS提高SINS／BDS组合系统精度的潜力。研究表明ARS辅助可降低BDS接收机关闭期间SINS导航误差的增长速度，加快BDS接收机工作期间SINS／BDS组合速度信息的收敛速度，转向机动时辅助效果更好。利用该方法可在不增加设备和成本的前提下提高SINS／BDS组合导航系统精度，降低惯性器件的精度，缩减BDS接收机工作时间，具有一定的应用潜力。     

基于高速局域网的组合导航/制导仿真技术研究

提出了基于高速局域网的组合导航/制导仿真技术的原理和开展研究的四个环节,即理论研究、计算机仿真、半物理仿真和实物仿真。建立了基于高速局域网的组合导航/制导仿真平台框架,开发了计算机仿真平台、半物理离线仿真平台、半物理在线仿真平台和实物仿真平台,解决了客户机/服务器间的实时数据传输问题。以惯导/双星/GPS组合导航系统为例详细介绍了四种仿真平台的工作过程,并进行了半物理离线仿真试验,验证了仿真平台的实时性。     

无源北斗/高度组合导航自适应滤波算法

为了减小用户机动对无源北斗双星组合导航系统定位精度的影响,论文研究了自适应滤波定位算法.首先,在分析组合导航算法Singer模型的基础上,提出了模糊逻辑自适应滤波方案.然后,通过仿真获取系统知识,建立模糊逻辑系统,实时调整滤波器驱动噪声方差,实现滤波定位算法模型对用户机动的适应性.最后,通过仿真验证,设计的模糊逻辑自适应滤波算法能根据用户机动情况实时调整卡尔曼滤波器的驱动噪声方差参数,并能有效提高组合导航系统机动时的定位精度.     

天文/惯性组合系统中重力扰动补偿方法

针对重力扰动引起惯性水平基准姿态测量误差进而导致天文/惯性组合导航系统定位精度下降的问题,提出天文/惯性组合系统中的重力扰动补偿方法。首先,基于导航误差模型分析了影响天文/惯性组合导航系统定位精度的主要因素。其次,推导了重力扰动、惯性水平基准姿态测量误差与天文导航定位误差之间的传播机理。然后,研究了重力扰动建模与修正方法,并将重力扰动补偿方法应用于惯性水平基准的导航解算回路中,实现重力扰动的有效补偿。跑车试验结果表明,所提重力扰动补偿方法可以将天文/惯性组合导航系统中定位误差的振荡幅值由1.6 n mile降低至0.5 n mile。     

惯导/双星组合系统仿真系统的开发

在分析惯导/双星多种不同组合模式及其数学模型的基础上,搭建仿真系统的框架结构整个仿真体系分类明确,结构合理,并根据数学模型编写了各子模块软件包,以巡航导弹的飞行实例,验证了模型的正确性和仿真软件系统具有较好的实用性。     

分布式INS/GPS组合导航仿真器开发

在研制INS/GPS组合导航系统之前建立INS/GPS组合导航仿真器系统是节约研制成本和缩短开发周期的有效途径,利用多台计算机搭建分布式组合导航仿真器能够更逼真的对系统进行仿真。该仿真器由GPS仿真子系统、INS仿真子系统和INS/GPS组合导航仿真子系统三大部分组成,对该系统之间的硬件接口设计、算法和软件开发进行了论述,对比较难解决的系统同步问题提出了解决方法。最终的设计方案已成功的应用于某飞机仿真系统中。     

空间飞行器分布式通用组合导航仿真平台方案研究

在研制空间飞行器导航系统的过程中,搭建导航仿真平台能够有效地节约成本并缩短研发周期.在模块化、通用化和标准化设计原则的指导下,利用多台计算机和相应的数据总线开发了空间飞行器分布式通用组合导航仿真平台.在空间飞行器导航系统特性分析的基础上,提出了捷联惯性导航系统、GPS、脉冲星导航系统、磁强计和星敏感器组合导航方案,设计了仿真平台的结构,论述了仿真平台的硬件设计、软件开发和算法,并探讨了仿真平台的扩展性能.试验表明该仿真平台能够逼真地模拟空间飞行器导航系统,并为设计者提供有益的建议.     

中低纬度下惯导极区性能模拟测试方法

针对惯性导航系统极区性能试验难以实地开展的问题, 研究了一种模拟测试的方法, 并基于横向坐标系编排给出了以组合导航系统作为测量基准的惯导模拟测试方案。首先分析了模拟测试技术研究的必要性, 然后根据轨迹形变最小原则详细推导了基于横向坐标系编排的极区模拟测试转换公式, 之后针对测试中采用不同基准的情况, 提出了相应的惯性测量单元(inertial measurement unit, IMU)转换算法, 并提出以惯性导航系统/全球导航卫星系统(inertial navigation system/global navigation satellite system, INS/GNSS)为参照基准的一种具体测试方案, 最终完成了仿真实验, 验证了模拟测试理论的正确性。结果表明, 在基准误差不计的情形下，试验导航参数误差与惯导实地横向编排解算误差相当。初步验证了所提方法替代极区实地试验进行精度性能评估的可行性, 为后续极区模拟测试评估研究奠了定理论基础。     

GPS辅助修正惯性导航误差的虚拟卫星算法

传统的GPS(Global Positioning System)/INS(Inertial Navigation System惯性导航)松散组合要求GPS接收的卫星数目不小于4颗。在软件接收机的基础上,提出一种新的组合算法模型,称为虚拟卫星法。只要GPS接收的卫星数目为一颗以上即可修正误差。接收卫星数目达到三颗以上,即可确保速度误差不发散,位置误差也可以很好地抑制。当接收卫星数目达到四颗以上,速度、位置误差均不发散。仿真结果表明,虚拟卫星法在收到新的卫星信号时,能迅速地收敛导航误差。     

基于自适应航迹融合算法的GPS／SINS紧组合导航系统研究

针对开环校正GPS/INS组合导航系统卡尔曼滤波器在长时间工作条件下滤波精度下降的问题,提出了基于自适应航迹融合算法的紧组合GPS/INS导航系统方案.设计了一个与GPS/INS滤波器并行的独立GPS滤波器,利用自适应航迹融合算法对两个滤波器输出的局部航迹进行融合,从而得到系统航迹.数学仿真结果表明,该方案能够有效提高导航系统的导航精度和容错能力.     

无源北斗/惯导组合导航算法研究

针对北斗卫导/惯导组合导航系统设计组合导航卡尔曼滤波定位算法,并对组合导航算法的可观性进行了分析,提出了引入伪距率和前后滤波伪距之差作为观测量改善组合导航系统的可观测性。基于高稳定度的用户时钟,通过仿真验证了伪距率和前后滤波伪距之差观测量都能提供伪距不能提供的额外观测信息,都可以将钟差由不可估计变为可估计,改善组合系统的稳定性,并且提高丢星时的滤波定位精度。因此,在北斗/惯导组合导航系统中引入伪距率或前后滤波伪距之差做观测量是必要而可行的。     

IAE-adaptive Kalman filter for INS/GPS integrated navigation system

1 .INTRODUCTIONInertial navigation system(INS) and Global posi-tioning system ( GPS) are two major navigationsystems now widely usedfor marine applications a-round the world. Considering both systems pos-sess complementary working characteristics , abooming attention is focused on finding effectivemethods to combine the two different systems toconstituteintegrated navigation system with higheraccuracy and better performance .Information likeGPS position and velocity are often chosen as…