基于UKF的低成本SINS/GPS组合导航系统滤波算法

针对MIMU的精度不高,会带来较大的初始对准误差角,如果继续采用传统的小干扰线性方程就会给滤波带来很大误差,甚至发散。针对这个问题,对低成本SINS/GPS组合导航系统建立了基于四元数误差模型的非线性滤波方程,并采用了UKF非线性滤波方法。针对四元数误差模型单纯使用UKF方法无法估计加计零偏和陀螺漂移的问题,提出将UKF和EKF相结合的算法,仿真结果表明,比起扩展卡尔曼滤波以及采用传统小干扰线性方程的卡尔曼滤波,这种方法能够提高姿态误差角特别是方位误差角的估计精度。     

GFMIMU/GPS组合导航系统信息融合技术研究

GFMIMU/GPS(Gyroscope Free Micro Inertial Measurement Unit/Global Positioning System)组合导航系统具有抗高g值冲击、低成本、长寿命、较高精度等优点,在低成本精确制导武器和微小型无人机具有广阔的应用前景。针对工程应用中信息融合的精度和实时性两方面的要求,运用基于模型误差预测的扩展卡尔曼滤波MEP-EKF(Extended Kalman Filter base on Model Error Predictive)方法,将MEMS(Micro Electromechanical Systems)加速度计的误差作为模型误差来考虑,对GFMIMU/GPS组合导航系统进行建模仿真,将其与EKF和UKF(Unscented Kalman Filter)方法进行了仿真比较,在方位误差角的估计上取得了比他们精度高的仿真结果,而且MEP-EKF所需时间是UKF的10%.     

基于SAR的组合导航系统仿真研究

针对地形辅助导航中SAR图像匹配高度通道不可观，及传统Kalman滤波器自适应性差的缺陷，提出引入GPS高度信息及自适应联邦Kalman滤波算法，设计基于自适应联邦滤波的SINS／GPS／TAN／SAR四组合导航系统。该方案能有效地提高系统的自适应性、导航精度和自主性。并且由于方位误差角是直接观测量，使得载体不需机动即可获得良好的惯导空中对准能力。同时，该方案还可以提供SAR系统所需的运动补偿信息，由此构成导舷设备与任务设备互补的双向信息融合系统。     

基于光纤SINS/GPS组合导航系统故障诊断

针对某型号光纤捷联IMU与GPS组合导航系统规模大、复杂性增强,系统出错概率增加的问题,研究了包括动态系统故障检测的一般方法,随后又建立了两种x2检验法.然后,采用这两种x2检验法对SINS/GPS系统进行仿真基础上的故障分析;最后以某型号所用光纤惯性测量系统和GPS组合导航系统为背景,用环境试验所获得数据对算法进行了仿真,表明了算法的可行性与正确性;研究成果对导航系统可靠性设计具有重要参考价值.     

基于联邦滤波的SINS/GPS全组合导航系统研究

传统的捷联惯性导航系统(SINS)/全球定位系统(GPS)组合导航系统常采用位置速度组合模式,其可观测性与载体的飞行航迹有关,从而影响了整个组合导航系统的精度和可靠性.为了解决这一问题,提出了基于联邦滤波的SINS/GPS全组合导航系统方案,推导了姿态角误差和平台失准角之间的变换关系,建立了SINS/GPS全组合导航系统数学模型,最后采用联邦滤波算法进行组合导航仿真计算.通过对仿真计算结果的分析,证明基于联邦滤波的SINS/GPS全组合导航算法能够有效地提高系统的导航精度和可靠性.     

SINS/CNS/GPS组合导航系统半物理仿真研究

实际飞行实验费用大,组合导航系统最初实验不可能进行实时搭载实验,为缩短研制周期,降低成本,设计了一种新颖的采用真实器件误差特性的SINS/CNS/GPS组合导航半物理仿真系统结构。本系统将物理仿真与数学模型结合起来,采用真实器件输出的误差特性,通过轨迹发生器软件进行轨迹仿真,具有一定的灵活性和可扩展性。针对实物系统,设计了一种根据不同步观测量进行时间更新的信息同步方法,得到了较高的组合导航系统精度。利用该系统进行半物理实时实验对研究飞行器在实际噪声下系统特性具有重要的现实意义。     

基于卡尔曼/粒子组合滤波器的组合导航方法研究

粒子滤波在组合导航系统非线性非高斯条件下的滤波估计中获得广泛关注,但捷联惯导误粒子组合滤波算法,采用卡尔曼滤波和粒子滤波分别对系统的线性和非线性状态进行估计,降低粒子滤波器状态维数,避免维数灾难.采用系统残差采样法的规则化粒子滤波器,有效缓解粒子贫化问题,并减少计算负担.仿真结果表明卡尔曼/粒子组合滤波方法的估计性能与粒子滤波相当,但计算复杂度前者要低得多.     

神经网络辅助的组合导航系统仿真研究

针对高空长航时无人机(High Altitude and Long Endurance Unmanned Aerial Vehicle,HALEUAV)的特点,提出一种SINS/GPS/北斗/DVS组合导航系统总体方案,并建立其联邦滤波器模型。在分析常规联邦滤波局限性的基础上,研究了基于子系统精度变化的信息分配系数自适应修正算法,设计了神经网络辅助联邦滤波的改进算法。仿真结果表明,改进滤波算法改善了数值计算的稳定性及系统的容错性,有效提高了导航精度,系统可满足无人机的导航要求。     

组合导航系统的自适应MCMC信息融合算法

针对组合导航系统为高维非线性非高斯的特点,提出了一种在线实时调整粒子个数的自适应MCMC(Markov Chain Monte Carlo)粒子滤波算法.该算法利用基于KLD(Kullback-Leibler Distance)采样方法的自适应粒子个数调整算法在线调整MCMC粒子滤波过程中的粒子个数,利用预测粒子在状态空间中的分布情况来在线实时的确定下一次滤波迭代所需的粒子个数,从而有效减小算法的运算量,提高MCMC粒子算法的实时处理能力.最后,将该算法应用到了组合导航系统中进行了仿真研究.通过仿真结果可以看出,该算法在保持了MCMC粒子滤波算法的估计能力的同时,有效降低了算法的计算量,更适合于实际应用.     

基于鲁棒滤波的组合导航系统动基座对准

基于采用旋转组件的SINS/GPS组合导航系统,讨论了系统中的旋转组件转速误差和GPS信号延迟带来的时间不同步问题,针对这些扰动造成的系统模型误差,提出将基于极小极大准则的H∞滤波用于组合导航系统的动基座对准。通过对载体在不同运动方式下的动基座对准仿真,对Kalman滤波和H∞滤波的性能进行比较,证明H∞滤波算法具有对准时间快,精度高,抗干扰能力强的特点。     

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…     

SINS/CNS/GPS integrated navigation algorithm based on UKF

A new nonlinear algorithm is proposed for strapdown inertial navigation system (SINS)/celestial navigation system (CNS)/global positioning system (GPS) integrated navigation systems. The algorithm employs a nonlinear system error model which can be modified by unscented Kalman filter (UKF) to give predictions of local filters. And these predictions can be fused by the federated Kalman filter. In the system error model, the rotation vector is introduced to denote vehicle’s attitude and has less variables tha...     

基于四元数平方根UKF算法的SINS/GPS紧组合导航系统研究

在较大初始姿态误差角下,针对SINS/GPS紧组合导航系统扩展卡尔曼滤波（extenthed Kalman filter, EKF）算法定位精度下降的问题,提出了一种基于四元数的平方根无迹卡尔曼滤波（square root unscented Kalman filter, SRUKF）算法。为解决SRUKF算法中四元数正交规范化的限制,通过构造姿态矩阵代价函数将四元数预测均值问题转化为代价函数最小时的四元数向量求解问题,保证了均值四元数的规范化;利用乘性四元数误差表示四元数预测值与均值之间的距离,求取四元数的预测协方差矩阵,保证了算法的合理性。在此基础上,给出了SINS/GPS紧组合系统四元数平方根无迹卡尔曼滤波算法的具体步骤。在较大初始姿态误差角下的仿真实验结果表明,与EKF算法相比,该算法精度更高,稳定性更强。     

某型无人机GPS/Radio/DR组合导航中的滤波技术研究

针对某型无人机GPS Radio DR组合导航中各子系统的特点,提出一个分散集中化滤波方法。通过建立简化的无人机动力学及运动学模型,利用卡尔曼滤波对磁航向及空速信息进行处理,提高了航位推算(DR)的精度;由于无线电测量雷达中传动机构存在一定间隙,造成方位测量信息包含定频段的干扰,通过采用低通数字滤波器有效地抑制了干扰信号;利用GPS信息分别对滤波后的航位推算和无线电信息进行融合修正。仿真结果表明,经过融合后的无人机航迹精度明显得到了提高。     

Accuracy improvement of GPS/MEMS-INS integrated navigation system during GPS signal outage for land vehicle navigation

To improve the reliability and accuracy of the global positioning system (GPS)/micro electromechanical system (MEMS)inertial navigation system (INS) integrated navigation system,this paper proposes two different methods.Based on wavelet threshold denoising and functional coefficient autoregressive (FAR) modeling,a combined data processing method is presented for MEMS inertial sensor,and GPS attitude information is also introduced to improve the estimation accuracy of MEMS inertial sensor errors.Then the positioning accuracy during GPS signal short outage is enhanced.To improve the positioning accuracy when a GPS signal is blocked for long time and solve the problem of the traditional adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS) method with poor dynamic adaptation and large calculation amount,a self-constructive ANFIS (SCANFIS) combined with the extended Kalman filter (EKF) is proposed for MEMS-INS errors modeling and predicting.Experimental road test results validate the efficiency of the proposed methods.     

基于UKF的新型北斗/SINS组合系统直接法卡尔曼滤波

针对传统的间接法卡尔曼滤波在北斗/捷联惯导(serial inertial navigation system, SINS)组合导航系统中无法实现较高的定位精度且计算的冗余度大的缺点,提出一种基于无迹卡尔曼滤波（unscented Kalman filter, UKF）的新型组合系统滤波算法。本算法以SINS输出的导航参数及平台误差角等作为系统状态,无源北斗输出的位置速度参数作为量测,采用改进的UKF方法进行数据融合,并直接计算组合系统导航参数的最优估计。实验结果表明,新算法可以降低对伪距误差模型的精确度要求,同时避免非线性系统状态方程的线性化,简化滤波参数的调整过程,从而有效地缩短组合导航系统的解算时间,提高定位精度。     

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.     

Pulsar/CNS integrated navigation based on federated UKF

In order to improve the autonomous navigation capability of satellite, a pulsar/CNS (celestial navigation system) integrated navigation method based on federated unscented Kalman filter (UKF) is proposed. The celestial navigation is a mature and stable navigation method. However, its position determination performance is not satisfied due to the low accuracy of horizon sensor. Single pulsar navigation is a new navigation method, which can provide highly accurate range measurements. The major drawback of single pulsar navigation is that the system is completely unobservable. As two methods are complementary to each other, the federated UKF is used here for fusing the navigation data from single pulsar navigation and CNS. Compared to the traditional celestial navigation method and single pulsar navigation, the integrated navigation method can provide better navigation performance. The simulation results demonstrate the feasibility and effectiveness of the navigation method.     

Robust fault detection filter and its application in MEMS-based INS/GPS

Since any disturbance and fault may lead to significant performance degradation in practical dynamical systems,it is essential for a system to be robust to disturbances but sensitive to faults.For this purpose,this paper proposes a robust fault-detection filter for linear discrete time-varying systems.The algorithm uses H∞ estimator to minimize the worst possible amplification from disturbances to estimate errors,and H_ index to maximize the minimum effect of faults on the residual output of the filter.This approach is applied to the MEMS-based INS/GPS.And simulation results show that the new algorithm can reduce the effect of unknown disturbances and has a high sensitivity to faults.