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。     

绕地飞行器GPS/INS组合测量系统

采用全球定位系统 /惯性导航系统 (globalpositioningsystem/inertialnavigationsystem ,GPS/INS)组合方式实现对绕地飞行器定位和姿态测量。通过对可观测性能分析 ,得出了这样的结论 :仅用伪距和伪距变化率为观测量的组合系统对姿态角误差的可观测性较差。引入GPS载波测量信息作为观测量 ,可以提高姿态测量的可靠性和准确性。采用接收机自主完整性检测 (receiverautonomousintegritymonitoring ,RAIM)技术实时剔除异常数据 ,总结一种改进的自适应滤波算法进行数据处理 ,较之常规的Kalman滤波算法 ,收敛速度更快 ,平稳性更好。计算机仿真验证了算法的有效性     

基于多频模糊度解算的BDS/GPS中基线 AEKF RTK算法

为了提高中基线实时动态(real time kinematic, RTK)定位的模糊度解算成功率和定位精度,提出一种基于三频北斗系统(BeiDou navigation satellite system, BDS)和双频全球定位系统的多频模糊度解算算法。该算法结合三频模糊度解算(three carrier ambiguity resolution, TCAR)和最小二乘降相关(least square ambiguity decorrelation adjustment, LAMBDA)算法通过三级迭代固定模糊度。此外,为了减少电离层延迟等误差对模糊度解算的影响,提出一种组合系数搜索算法。利用自适应扩展卡尔曼滤波实现RTK定位。在中基线实验中,将提出算法与BDS TCAR和单/双系统LAMBDA算法在成功率和定位精度方面进行比较。结果表明,所提算法的成功率最高,可即时固定模糊度,且定位误差在毫米级,精度在3种算法中最优。     

基于相对信息观测量的INS/USBL非线性组合导航方法

针对传统惯性导航系统/超短基线定位系统(inertial navigation system/ ultra short base line, INS/USBL)组合导航利用绝对位置做观测信息存在导航精度较低,且噪声异常引起抗干扰能力弱的问题,提出基于相对信息观测量的INS/USBL非线性组合导航方法。以INS解算的应答器相对于INS在基阵坐标系下的入射角、斜距信息与超短基线输出的入射角、斜距信息之差作为观测量建立量测方程。在改进Sage Husa算法基础上采用容积规则,设计一种适用于非线性系统的自适应容积卡尔曼滤波估计器。仿真结果表明,该方法定位精度较传统方法提升2.4倍,在噪声异常情况下,滤波收敛,组合导航性能稳定。     

飞行器动力学信息辅助MEMS惯导系统

使用微机械电子(micro electro mechanical systems, MEMS)惯导系统(inertial navigation system,INS)的飞行器由于其MEMS惯性器件测量精度低,致使导航误差快速发散。针对该问题,提出了一种利用飞行器动力学(aircraft dynamics, AD)信息辅助MEMS惯导解算的方法。〖JP2〗它基于AD建立的飞行器运动模型和运动误差模型,利用实时解算的飞行器运动状态构建卡尔曼滤波器对MEMS惯导误差进行估计和修正。在此基础上,进一步考虑了INS/全球定位系统(global positioning system,GPS)组合导航时该方法的改进算法,提出了一种利用GPS定位信息和预测滤波器对飞行器动力学模型误差估计的方法。最后的半实物仿真实验结果表明,飞行器动力学信息辅助滤波器可以有效地减小系统误差,提高 MEMS惯导系统输出精度。     

模糊度固定解PPP/INS紧组合模型

差分全球定位系统(difference global positioning system, DGPS)与惯性导航系统(inertial navigation system,INS)所构成的组合定位测姿系统已广泛应用于高精度移动测量领域,但由于需要基准站支持,该系统作业范围有限、作业复杂且成本高。模糊度为浮点解的精密单点定位(precise point positioning,PPP)与INS所构成的组合系统,虽不需要架设基准站,但定位精度有限且收敛时间较长,其原因就在于模糊度为浮点解。针对以上问题,提出将模糊度为固定解的PPP与INS进行紧组合,给出了该新组合详细的观测模型和系统模型。实测车载组合导航实验对新组合进行了验证,结果表明,仅用单台GPS接收机,只需约10余分钟就能获取首次固定解;一旦实现固定,新组合的位置误差迅速由分米级降低到稳定的厘米级。     

基于因子图的车载INS/GNSS/OD组合导航算法

针对车载多传感器组合导航系统中传感器有效性动态改变,以及传感器存在异步和时延的问题,提出了基于因子图的INS/GNSS/OD组合导航算法。采用因子图方法对惯性导航系统(inertial navigation system,INS)、全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)、里程计(odometer,OD)进行建模,构建了INS/GNSS/OD组合导航系统因子图模型。采用变量消除算法将因子图转化为贝叶斯网络,并通过贝叶斯树的形式实现增量推理,确保了因子图算法的实时性。仿真结果表明,当传感器有效性动态改变,以及传感器存在异步和时延时,基于因子图的组合导航算法能够连续稳定地输出高精度的导航结果,满足了车载INS/GNSS/OD系统的要求。因子图算法具有很强的鲁棒性和灵活性,在处理多传感器信息融合问题中具有较大优势。     

基于GPS/地磁组合弹体滚转姿态测量方法

在全球定位系统(global positioning system, GPS)/地磁组合测量方法的基础上,对组合测量过程中存在地磁测量盲区问题进行了研究分析。针对磁阻传感器在测量弹丸滚转姿态时因有可能出现的磁探测盲区而造成解算结果不准确的情况,提出了利用弹丸的速度倾斜角代替滚转姿态输出的思路,建立了基于GPS弹丸速度倾斜角的解算模型,根据GPS的量测输出信息,对弹丸的速度倾斜角进行测量解算,并对采用弹丸的速度倾斜角代替滚转姿态输出的可行性进行了理论验证。通过数值仿真计算验证了该解算方法的正确性,有效弥补了磁探测盲区出现时组合测量解算误差较大或无法解算的不足,在一定程度上提高了GPS/地磁组合弹体滚转姿态解算的精度。     

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。     

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。     

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…     

约束信息辅助整周模糊度求解研究

研究了在双天线姿态测量中应用先验几何信息加快整周模糊度求解问题,首先采用Kalman滤波估计初始浮点模糊值,然后采用基线约束和高度约束辅助LAMDA解算整周模糊度,并给出了计算机实验结果。与传统的模糊度解算算法相比,整周模糊度解算方法能有效缩小可能的模糊值状态集合,提高解算效率,对GPS实时高动态定位和GPS实时姿态测量技术的工程应用及理论研究具有一定的参考价值。     

惯导系统陀螺漂移的ESO估计算法

为满足舰艇航行的高精度导航要求,提高惯导系统陀螺漂移估计精度,设计了基于扩张状态观测器(extended state observer, ESO)的惯导系统陀螺漂移估计算法。首先引入了惯导系统水平姿态角的ESO估计算法;其次基于惯导系统姿态控制方程,研究并推导了陀螺漂移的ESO估计算法,给出了估计误差的量化分析结论;最后对算法进行了仿真验证。结果表明,基于ESO的陀螺漂移估计方法可在短时间内快速、无超调、高精度地估计出陀螺漂移,当ΔAx=ΔAy=10^-5g时,估计的稳态误差约为10^-4(°)/h,提高了惯导系统后续导航精度。     

New celestial assisted INS initial alignment method for lunar explorer

In the future lunar exploration programs of China,soft landing,sampling and returning will be realized.For lunar explorers such as Rovers,Landers and Ascenders,the inertial navigation system(INS) will be used to obtain high-precision navigation information.INS propagates position,velocity and attitude by integration of sensed accelerations,so initial alignment is needed before INS can work properly.However,traditional ground-based initial alignment methods cannot work well on the lunar surface because of its low rotation rate(0.55%).For solving this problem, a new autonomous INS initial alignment method assisted by celestial observations is proposed,which uses star observations to help INS estimate its attitude,gyroscopes drifts and accelerometer biases.Simulations show that this new method can not only speed up alignment,but also improve the alignment accuracy.Furthermore, the impact factors such as initial conditions,accuracy of INS sensors,and accuracy of star sensor on alignment accuracy are analyzed in details,which provide guidance for the engineering applications of this method.This method could be a promising and attractive solution for lunar explorer’s initial alignment.     

Fast fine acquisition algorithm of GPS receiver aided by INS information

Acquisition time of global position system (GPS) receiver, which is the main factor contributes to time to first fix (TTFF), can be shortened by estimating the Doppler frequency shift through external inertial navigation system (INS) information and almanac data and reducing the searching area. The traditional fast acquisition is analyzed, the fast acquisition of the GPS receiver aided is presented by INS information, and the signal is fine captured by spectrum zooming. Then the algorithm is simulated by sampled GPS intermediate frequency (IF) signal and the result verifies that this acquisition can dramatically improve the capability of GPS receiver and reduce its acquisition time.     

卫星/伪卫星/惯性组合着舰导引算法

针对舰载机安全着舰对高精度、高可靠性着舰导引系统的迫切需求,研究了卫星/伪卫星/惯性组合着舰导引技术,基于几何精度因子(geometric dilution of precision, GDOP)计算提出了伪卫星在舰船上的布设方案,并设计了其导航电文结构。研究了卫星/伪卫星/惯性组合着舰导引算法,利用卫星及伪卫星的双差分载波相位信息,采用改进的模糊度最小二乘去相关平差(least squares ambiguity decorrelation adjustment,LAMBDA)迭代算法解算其双差分整周模糊度,并基于舰载机运动模型建立滤波方程解算出舰机相对运动信息,再与惯导数据进行信息融合得到高精度的导引信息。仿真结果表明,提出的卫星/伪卫星/惯性着舰导引技术横向定位误差在0.3m以内,纵向定位误差在0.1m以内,高度定位误差在0.3m以内,可以满足舰载机着舰的要求,与卫星/惯性组合导引相比,该组合方式大大提高了垂直方向的定位精度,这对于确保安全着舰极为重要。并且,提出的着舰导引技术不仅精度高,而且工作连续可靠、抗干扰能力强,对保障舰载机着舰安全有重要的意义。     

一种动态整周模糊值求解算法及其仿真分析

针对GPS应用中的动态整周模糊值求解问题,结合Z变换减少模糊值参数的强相关性和FASF(快速模糊值搜索滤波器)算法递归确定模糊值搜索空间的优点,提出了基于Z变换增强FASF的整周模糊值求解算法,并给出了计算机实验结果。仿真结果表明,相对于传统的模糊值解算算法,该算法能显著降低整周模糊值解算所需要的历元数目,提高整周模糊值解算的效率和实时性,对GPS实时高动态定位和GPS实时姿态测量的工程应用及理论研究具有参考价值。