捷联惯性/卫星超紧组合导航技术综述与展望

捷联惯性/卫星超紧组合导航技术是当前导航制导领域研究的热点和难点,对此研究具有重要的理论意义和应用价值,国内外研究者众多。但由于对超紧组合技术研究的出发点和应用对象不同,研究者所提出的超紧组合系统结构和原理不完全一致,针对这种混杂现象,目前尚无统一的分类标准。综合了捷联惯性/卫星超紧组合导航技术国内外发展现状,对现有超紧组合技术原理进行了详细分析,并在总结各类超紧组合结构的技术特点基础之上,将其分为基于相关数据浅度融合超紧组合、基于相关数据深度融合超紧组合和基于伪距数据超紧组合3种。最后,对捷联惯性/卫星超紧组合技术未来的发展趋势进行了展望。     

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。     

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。     

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。     

信号级GNSS/SINS超紧组合导航仿真平台设计

超紧组合是全球卫星导航系统(global navigation satellite system, GNSS)和捷联惯性导航系统(strapdown inertial navigation system, SINS)组合中最深层次的信息融合方式。由于需要重新设计GNSS接收机内部的捕获跟踪环路以接收SINS的辅助信息, 超紧组合的工程实现较为困难。从信号级层次出发研究超紧组合的难点在于得到同源且同步的GNSS和SINS信号, 并打开GNSS接收机的捕获跟踪环路。为此, 构建了信号级GNSS/SINS超紧组合仿真平台, 分别设计了载体轨迹发生器、GNSS中频信号发生器、惯导解算器、GNSS软件接收机、组合导航滤波器等关键环节, 从而攻克了上述技术难关。该仿真平台不仅验证了超紧组合在高动态应用方面的优越性, 同时也为其迈向实际应用奠定了坚实的基础。     

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。     

MIMU/GPS组合导航技术研究

介绍了MIMU/GPS组合导航系统的基本工作原理,推导了以惯导误差系数为状态参数的组合导航系统误差状态方程,应用卡尔曼滤波技术实现了MIMU/GPS组合导航计算.仿真试验表明:采用惯导误差系数代替惯导测量误差作为状态参数进行滤波计算的MIMU/GPS组合导航方法,在技术上是可行的.     

GPS/SINS全组合系统确定SAR卫星的轨道和姿态

GPS/SINS组合系统因其多方面的优越性而在许多导航系统中使用。不过 ,利用GPS接收机的伪距、伪距率和载波相位双差等所有原始观测信息的全组合系统还处于研究之中。针对全组合系统进行了研究 ,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。并以高分辨率SAR小卫星的轨道和姿态确定为仿真对象 ,对该系统进行了计算机仿真。仿真结果表明 ,GPS/SINS全组合系统具有很高的精度和可靠性 ,基本上能满足SAR卫星平台的任务要求     

INS/双星组合导航系统仿真平台研究

建立了INS／双星组合导航系统仿真研究平台，提出了双星系统中2种误差的建模方法，即定位信息滞后误差和接收机定位零偏的建模方法，并详细地介绍了跑车试验方案、软件设计和测试，为INS／双星组合导航系统的仿真／半物理仿真研究提供了一个仿真平台。     

一种新的北斗/罗兰C组合导航滤波算法

改造后的罗兰C系统可作为伪卫星,与国内已有的北斗系统进行组合导航,在2颗卫星、2个罗兰台构成四伪距定位的基本定位方程的基础上,推导了该组合导航系统的一种直接迭代算法,设计了一种噪声实时估计卡尔曼滤波定位算法,通过对系统噪声和量测噪声进行实时估计,使系统统计特性更符合实际情况,提高了算法的精度.跑车试验定位结果表明,采用所设计的改进卡尔曼滤波算法后,定位结果得到明显改善.     

基于自适应UKF算法的机载INS/GPS空中对准研究

在空中对准失准角不满足小角度假设的条件下,推导了一种新的机载INS/GPS大失准角空中对准的误差模型。将基于极大似然估计的自适应估计器与无迹卡尔曼滤波(unscented Kalman filter, UKF)算法相结合,修改自适应滤波算法中自适应参数的表达式。提出将自适应UKF算法用于非线性误差模型的空中对准方案中。仿真表明,自适应UKF算法能够克服噪声统计模型不准确对滤波结果的影响,失准角估计的精度好于UKF算法的精度。     

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     

Novel approach to GPS/SINS integration for IMU alignment

Strapdown inertial navigation system(SINS) requires an initialization process that establishes the relationship between the body frame and the local geographic reference.This process,called alignment,is generally used to estimate the initial attitude angles.This is possible because an accurate determination of the inertial measurement unit(IMU) motion is available based on the measurement obtained from global position system(GPS).But the update frequency of GPS is much lower than SINS.Due to the non-synchronous data streams from GPS and SINS,the initial attitude angles may not be computed accurately enough.In addition,the estimated initial attitude angles may have relatively large uncertainties that can affect the accuracy of other navigation parameters.This paper presents an effective approach of matching the velocities which are provided by GPS and SINS.In this approach,a digital high-pass filter,which implements a pre-filtering scheme of the measured signal,is used to filter the Schuler cycle of discrete velocity difference between the SINS and GPS.Simulation results show that this approach improves the accuracy greatly and makes the convergence time satisfy the required accuracy.     

高动态GPS载波跟踪算法研究

为了寻求更好的高动态GPS载波跟踪解决方案,设计了适于高动态环境的基于参数估计的载波跟踪环路,分析了高动态GPS载波跟踪系统模型,比较了EKF、UKF和PF三种滤波算法的参数估计性能。在此基础上,完成了基于EKF、UKF和PF的载波跟踪环路的设计,并以JPL提出的高动态模型为例进行仿真验证。仿真结果表明,虽然这三种算法均能实现对高动态信号的精确跟踪,但总体而言,基于PF的载波跟踪环路具有更好的动态适应能力。另外,鉴于高动态GPS接收机应用场合的特殊性,又对PF滤波算法在非线性、非高斯GPS载波系统的假设下进行了仿真验证,结果显示了应用粒子滤波算法解决非高斯噪声干扰载波跟踪问题的可行性。     

Study on Federated Architecture for GPS/INS/TRN Integrated Navigation System

1.INTRODUCTIONModernflighttasksrequiremoreandmoreontheprecisionreliabilityofnavigationsystem.Theobjectiveforthedevelopmentofmodernilltegratednavigationsystemistoprovidesatisfiedperformancewithsynthesisandtobefault--tolerallt.Popularapproachesoftenuseaninertialnavigationsystem(INS)asareferencesystemandtheothersensorsasbangsystemsforfailurerobustilltegratednavigationsystem[1].Inmodernmilitaryapplications(e.g.battleplane,Iinssile,etc.),positioningprecisioniscommonlydemandedtobelimitedwithin…     

INS/GPS制导炸弹非奇异Terminal滑模制导律设计与仿真

针对INS/GPS制导炸弹的特点,提出了有落角约束的非奇异terminal滑模鲁棒制导律.该制导律能够保证在末制导阶段获得一个陡峭的飞行弹道,以减小高度测量误差的影响;同时具有强鲁棒性,能抑制视线角速度测量噪声,确保炸弹在大空域工作环境下有高的制导精度.以某型INS/GPS制导炸弹为例进行了仿真计算,仿真结果表明该制导律的有效性与可行性,为INS/GPS制导炸弹制导和控制系统设计提供了一种适用的方法.     

卫星/惯性组合导航事后高精度融合算法研究

高精度的组合导航数据事后融合处理算法是多传感器信息融合处理的重要环节,是对导航系统性能进行评估分析的关键。研究了一种分两步进行的惯性/卫星组合导航信息事后高精度融合算法,在惯性/卫星组合导航卡尔曼滤波算法的基础上,利用最优固定区间平滑滤波算法对惯性/卫星组合导航信息进行再次平滑滤波融合,可以提高组合导航数据事后处理的精度。设计了仿真验证平台,对所提出的融合算法进行了仿真验证。仿真结果表明:基于卡尔曼滤波与固定区间平滑滤波实现的惯性/卫星信息事后融合算法有效、可行,可作为试飞性能评估中确定参考基准的方法。