基于DR／激光测距组合导航算法研究

航位推算（DR,Dead—Reckoning）是一种常用的导航定位技术。由于其推算过程是一个累加过程,其传感器的误差随时间的延长而积累,为此,将航位推算与激光测距组合起来用于智能车辆导航,确保系统能在任何时候都能为运动智能车辆提供较为准确的导航信息。而且扩展卡尔曼滤波（EKF,Extend）作为一种非线性滤波器,是智能车辆组合导航系统中一种有效的数据融合方法。本文将EKF方法用于智能车辆组合导航的状态估计,仿真实验结果表明,EKF滤波能够有效地提高智能车辆的导航精度。     

基于UPF算法的车辆GPS/DR组合导航研究

车辆GPS/DR组合导航系统是非线性系统。采用扩展卡尔曼滤波(EKF)对其进行状态估计时,系统线性化过程将导致较大的滤波误差。为了获得更好的估计性能,将一类改进的粒子滤波方法 (UPF),即以无位卡尔曼滤波(UKF)为建议密度的粒子滤波方法(PF)应用于车辆GPS/DR组合导航系统中,避免了EKF方法的线性化近似过程,提高载体的定位精度。为验证该方法的有效性,将其与EKF分别用于GPS/DR组合导航系统的滤波仿真。仿真结果表明:UPF能减小导航定位误差,滤波性能明显优于EKF。     

车载GPS/DR/电子地图组合定位导航研究

针对单一导航定位手段的精度和使用范围在车辆导航定位技术中的局限性,提出了采用GPS、DR与电子地图组合导航的方案.经过对GPS/DR/电子地图组合导航定位方法地深入研究,表明GPS/DR电子地图组合导航是一种较为理想的车辆导航方式,它克服了GPS信号受阻时定位间断或失效的缺点,又避免了航位推算定位误差随时间的积累,提高了导航定位的精度并扩展了使用范围.     

基于信息融合的GPS航位推算组合导航系统设计

全球定位系统（GPS）和航位推算（DR）两种定位方式的结合,构建了基于卡尔曼滤波的算法,实现陆地GPS/DR组合定位系统的数据融合,当其中任何一个子系统出现故障时联合滤波器仍然可继续为用户提供导航服务。本文简介了GPS/DR车载组合导航。系统的设计原理及运用联合卡尔曼滤波进行数据融合的实现方法。     

陆地车辆导航系统滤波技术的研究

给出一种基于航位推算的陆地车辆导航系统的硬件结构,设计了一种实用卡尔曼滤波器.通过实际车载试验,说明滤波器有效地减小了导航系统的随机干扰,提高了系统的导航定位精度.     

车辆无陀螺航位推算系统的导航原理及其算法

建立了利用车辆内部传感器取代惯性敏感器获得航向、速度信息的车辆航位推算（DR）系统的系统方程和观测方程,并采用描述机动载体运动的当前统计模型,给出了基于自适应卡尔曼滤波的车载无陀螺DR系统的导航算法,在导航算法中,对原始测量数据进行组合运算获得线性形式的观测方程,避免了目前常用导航算法由于观测方程线性化引起的模型误差,算法稳定性较好,且计算量小,现场跑车试验表明,给出的车载无陀螺DR系统的模型及其导航算法能够获得满意的导航精度。     

基于神经网络的航位推算导航

针对航位推算法中陀螺仪对方向测量存在较大噪声,进而导致航位推算误差较大的问题,提出一种基于神经网络的航位推算方法.该方法利用神经网络考察加速度测量值与方向测量值之间的时变关系,从而在不使用陀螺仪的情况下,通过该时变关系使用加速度值计算方向值,进而完成水下自主航行器(AUV)的航位推算导航.结果表明,该算法能在仅使用加速度计的情况下完成航位推算导航,因此可避免近海面由陀螺仪噪声导致的航位推算误差问题.仿真实验证明了该算法准确率较高.     

约束无迹粒子滤波及其在车辆导航中的应用

针对城市高楼密集区,卫星导航信号易被干扰或遮挡、航位推算长期定位误差积累导致车辆组合导航定位精度差的问题,提出一种约束无迹粒子滤波算法。首先,该算法利用无迹卡尔曼滤波对实时状态的均值和方差进行估计,生成的高斯分布作为粒子采样的重要性函数,克服了粒子滤波重要性函数难以选取的问题。其次,采用从观测方程中提取约束条件、构建约束方程的方法,解决约束条件难以构造和新增约束方程导致算法计算量激增的缺陷。再次,通过构造拉格朗日函数,得到无迹粒子滤波的状态估值投影到约束平面的最小值。然后,设计车辆组合导航系统的车辆运动约束方程和道路约束方程,对状态估计值进行约束,修正误差大的估计值,提高了状态量的估计精度。最后,将提出的约束无迹粒子滤波应用到全球定位系统/航位推算车辆组合导航系统中进行仿真验证,并与无迹粒子滤波和自适应无迹粒子滤波进行比较。结果表明:提出的算法估计得到位置误差均值控制在1.5 m左右,而2种比较算法估计得到的位置误差均值控制在3 m左右;提出算法的位置误差估计精度明显优于2种比较算法,车辆组合导航定位性能得到了改善。该方法为驾驶人提供了可靠的反馈信息,避免了交通事故的发生,从而减小了人员伤亡和经济损失。     

基于EKF的无人潜航器航位推算算法

为了解决传感器的安装角偏离误差以及量测误差导致的无人潜航器(AUV)在水下自主航行时不能满足长时间导航定位的要求,对航位推算算法进行了研究.针对AUV在高纬度、长时间航行中曲率半径的变化,采用地球参考椭球体作为地球几何形状的数学描述;针对数据滤波实时性的要求,基于扩展卡尔曼滤波(EKF)对卫星导航系统(GPS)数据进行滤波,并利用AUV湖试数据对传感器的安装偏离误差进行了校正.对提出的导航算法进行了试验验证,结果表明AUV的自主导航定位精度为0.75%,满足设计要求,并优于改进前的航位推算算法.     

SINS/DVL/UTP/VP组合导航系统在UUV回收中的应用

针对UUV回收过程中的导航定位问题,采用水下应答器和水下视觉定位辅助捷联惯导设备,通过航位推算,构成SINS/DVL/UTP/VP组合导航定位系统,以获得较高的定位精度。采用异步贯序块结构形式,解决各传感器采样不同步,频率不一致的问题。利用小波多尺度变换,将信号分解到不同尺度上分别进行加权滤波,再进行小波重构,充分利用各传感器的特点实现数据融合。仿真结果显示,水下应答器定位和水下视觉定位辅助捷联惯导和航位推算可有效提高UUV的定位精度,保证UUV安全回收。     

改进的车载DR系统自适应扩展卡尔曼滤波模型及仿真研究

提出了车载ＤＲ系统改进的自适应扩展卡尔曼滤波模型及其滤波算法。由于考虑了速率陀螺漂移误差中的马尔柯夫过程成分,和采用描述机动载体运动的“当前”统计模型及自适应算法,提高了ＤＲ系统模型的准确性。计算机仿真结果表明,应用该模型和算法与改进前相比,ＤＲ系统的定位精度得到明显提高。     

一种基于相关性分析的地图匹配方法

为了改善机动车导航地图匹配的精度,提出了一种新的基于递推轨迹与候选路径相关性分析的地图匹配方法.为了获得最佳匹配路径,分别计算递推轨迹曲线和候选路径曲线的切向量角,并沿曲线分段计算切向量角的一阶差分,剔除机动车递推轨迹曲线与候选路径曲线间的相对转角,将二维曲线相关问题降为一维曲线的相关问题.基于差分切向量角序列,计算递推轨迹曲线与不同候选路径曲线的相关系数,获得最佳匹配路径,定义具有最大相关系数的路径段为最佳匹配段.实例说明,新的地图匹配的方法对相似候选路径具有正确的分辨能力,对递推数据的随机误差有较强的鲁棒性.     

AUV同时定位与跟踪算法研究

为了提高自治水下航行器的水下适应能力,对比目标跟踪与协同导航的概念,并仿照同时定位与制图方法,提出了基于EKF-SLAM框架和FastSLAM框架的自治水下航行器同时定位与跟踪算法.根据装备在携带低精度自定位传感器AUV上的声纳传感器持续探测非合作目标并估计目标航迹的同时,利用探测到的AUV与目标间的相对信息修正其自身航位推算带来的累积估计误差,从而提高AUV的自定位精度,AUV的定位和目标的状态估计同时进行,且要满足一定的精度.仿真比较了所提出的两种算法的精度,并验证了算法的有效性和一致性.     

基于改进强跟踪滤波器的微小型水下机器人船位推算

针对微小型水下机器人低速航行时的水下导航问题,提出一种基于改进强跟踪滤波器的船位推算方法.引入Sage-Husa量测噪声估计器以及自适应调节因子,通过改善渐消因子的大小,使得微小型水下机器人在机动性能较低情况下仍能加强滤波器的跟踪能力,提高滤波精度.以SY-1载体为研究对象进行的仿真试验验证了该方法的可行性和有效性.     

基于GPS与超宽带的室内外无缝定位改进算法

结合GPS、惯性导航技术以及超宽带(UWB)技术,提出基于定位信号数量和信号强度的定位方法切换策略.根据切换策略,将伪距测量、Chan-Taylor协同算法以及行人航迹推算算法进行松散组合,得到优化后的定位算法.通过实验验证了切换策略的可行性,优化了室内外交界区域的定位轨迹,为室内外无缝定位技术提供了思路.     

基于路网拓扑特性及先验知识的地图匹配算法

基于最大似然估计原理,提出了地图匹配的统一数学模型.将二维地图匹配算法的估计拓展到多维估计,利用道路网络的拓扑特性及先验知识修正前述算法.通过先验知识数字化,用代价函数将基于拓扑特性和先验知识的地图匹配算法纳入统一数学模型中.通过在香港大量的车辆定位实验,及参数修正和模型改进,对前述算法进行验证.实践表明,通过综合利用全球定位系统、航位推算以及数字地图道路网络等多种信息,该地图匹配算法在大规模复杂网络以及高楼环绕的场合可以达到很好的定位效果.     

新的非线性滤波算法在GPS/DR组合导航中的应用

为解决传统粒子滤波算法中样本贫化的问题,提出一种新的粒子滤波算法.在重要性采样过程中,利用最新测量值,结合UKF滤波来产生粒子滤波中的建议分布;同时在再采样过程中,用高斯混合模型表示后验状态密度,引入最大期望(Expectation Maximization,EM)算法来获得该后验状态密度的参数,从新的参数分布中进行采样得到样本粒子,取代传统的再采样过程.把新算法应用到车辆组合导航系统中,仿真结果表明新算法的有效性.