基于联邦滤波的无人机组合导航系统设计

以高空长航时无人机为研究背景,提出了基于联邦滤波的捷联惯导/卫星导航/天文导航的组合导航系统方案,给出了组合导航系统的状态模型和量测模型,设计了联邦滤波器并开发了组合导航方案的仿真系统,对于两个子系统的导航性能和总体方案的导航性能分别进行了仿真分析,证明了方案的合理性和可行性,为进一步研究导航系统中故障诊断和容错控制提供了依据。     

卫星干扰环境下惯性/卫星组合导航系统性能试验方法

本文针对靶场惯性/卫星组合导航系统试验现状和不足,阐述了开展组合导航系统抗干扰性能测试的必要性,并分别从实装试验和仿真试验两方面,论述了测试实现的方法,通过实装测试和仿真试验案例,验证了方法的可行性。     

基于简化差分插值滤波的编队卫星相对导航

将一种基于Stirling内插公式的非线性差分插值滤波(Divided Difference Filter-DDF)算法的简化形式(Simplified Divided Difference Filter-SDDF)应用到编队卫星相对导航中.该算法通过对非线性系统方程进行多项式展开并取有限差分插值项进行近似.数值仿真结果表明:该算法相对于EKF(Extended Kalman Filter)算法有明显的优势,有较高的滤波精度、更快的收敛速度和较好的稳定性,其中相对位置估计相比EKF提高79%、相对速度提高52%,对编队卫星相对导航具有一定应用价值.     

量测信息引导的组合导航融合滤波方法

针对组合导航系统中各子系统量测输出速率不同的情况,提出了一种量测信息引导的组合导航融合滤波方法.该方法采用信息量与信息当量来描述当前时刻的所有可用信息,并基于加法原理,利用状态预测和当前可用的量测值来更新状态估计,实现最优融合估计.仿真结果表明,该方法能够应用于多量测信息非等间隔输出的情况,即使某子系统失效时也能正常工作,且能够取得较好的融合滤波效果,相较于联邦滤波和集中滤波具有更好的实时性能.     

基于变分贝叶斯原理的SINS/GPS组合导航VB-CKF滤波算法

系统量测噪声统计量不准确能引起组合导航系统滤波精度下降甚至发散,在变分贝叶斯原理的基础上,以容积卡尔曼滤波(CKF)为基础滤波器,导出基于变分贝叶斯的自适应容积卡尔曼滤波(VB-CKF)算法,仿真结果表明：在SINS/GPS组合导航系统中,VB-CKF算法较CKF算法能有效减少系统量测噪声统计量变化对滤波精度的影响,是一种具有广泛应用前景的SINS/GPS组合导航滤波算法。     

基于联邦滤波的组合导航故障诊断与容错研究

论述了车载BD-2/SINS组合导航的系统级故障诊断方法,包括残差χ2检验方法和状态χ2检验方法。针对状态χ2检验原理的不足,提出一种基于卡尔曼滤波器组的改进的状态χ2检验方法。文中构建了基于联邦滤波的车载BD-2/SINS组合导航的故障诊断系统结构,将残差χ2诊断和改进的状态χ2诊断方法加以整合,能够实现对BD-2/SINS组合导航硬故障和软故障的诊断,并针对无故障、硬故障和软故障三种不同情况分别进行了仿真研究和分析。     

基于联邦滤波的惯性导航姿态组合算法

为了充分利用姿态量测信息来提高组合导航系统的姿态精度，以联邦滤波为基础，研究了以姿态、位置和速度信息作为观测量的多信息融合导航技术，分析并提出了适合工程使用的联邦滤波器的原理结构与算法实现，深入推导了基于联邦滤波的姿态组合算法的观测矩阵的具体形式，最后给出了仿真和实测数据的验证．结果表明，基于联邦滤波的姿态组合滤波算法能够有效地提高惯导系统的姿态精度，对方位角的改善尤为明显．     

卫星导航设备组合时延测试方法研究

设备时延准确性是关系卫星导航系统服务精度的关键要素之一,卫星导航系统对于设备时延的实际应用都使用组合时延,接收机定位、定时都需要卫星发射与接收机接收的组合时延,星地时间比对需要卫星发射与地面接收、地面发射与卫星接收的组合时延,站间时间比对需要A站发射与B站接收、B站发射与A站接收的组合时延,卫星轨道确定需要卫星发射与监测接收机的组合时延等.本文论证分析了设备组合时延对于卫星导航系统的重要性,介绍了设备时延的定义,根据测试准确性需要和可实现性因素,提出了使用专用时延传递测试设备分别与两个设备测试以获得组合时延的传递测试方法,并提出了待时延传递设备直接环路测试、卫星共视下不同地面站设备时延差的准确性检核方法,进行了卫星、地面站设备组合时延的传递测试及检核试验,结果表明设备组合时延传递测试闭合性较好、卫星共视下设备时延差与传递测试基本符合,验证了该卫星导航设备组合时延测试方法的可行性.     

深空天文测角测速组合导航滤波算法研究

针对天文光谱测速导航量测中存在的常值量测误差、慢时变量测误差、光谱畸变量测误差,提出了扩维自适应容积卡尔曼滤波算法.本文通过状态扩维将常值测速量测误差及慢时变测速量测误差作为状态量之一,在导航滤波中进行同步估计并在量测中进行补偿.针对天体表面活动导致的光谱畸变量测误差,通过Sage-Husa噪声估计器对滤波算法中的量测噪声协方差阵进行自适应估计以降低含该误差量测的影响.同时,为了进一步提高导航的精度,将天文光谱测速信息与天体方向矢量信息结合,并通过联邦滤波器进行信息融合.以火星接近段为背景的仿真结果表明,该算法能够有效抑制上述量测误差对导航精度的影响,实现高精度天文自主导航.     

基于PF-UKF组合滤波的SINS/GPS组合导航系统空中对准方法

针对捷联式惯性导航系统(SINS)/全球定位系统(GPS)组合导航系统模型的误差以及粒子滤波(PF)存在的粒子退化问题,结合无迹卡尔曼滤波(UKF)算法,提出一种基于PF-UKF组合滤波的SINS/GPS组合导航系统空中对准方法.由误差四元数代替姿态角,以SINS和GPS的位置差和速度差作为观测量,建立新的组合导航系统误差方程.所提出的PF-UKF组合滤波算法将采样粒子分为随机粒子和确定粒子,其中随机粒子为概率密度函数所采集,确定粒子为UKF中采集Sigma点后所求取的系统状态值.由此降低了PF处理粒子时的复杂程度以及粒子退化的程度.仿真结果表明：相比于UKF算法,该方法有效提高了组合导航系统的精度,具有较好的鲁棒性.     

基于曲率分析地图匹配的车载组合导航研究

为了提高车载导航的自主性和精度,针对捷联惯导的特点,设计了一个基于曲率分析的地图匹配算法。然后应用该地图匹配算法对基于捷联惯导/地图匹配/里程仪的车载组合导航进行了研究。推导了捷联惯导系统的误差方程和里程仪的误差方程。并在此基础上建立了捷联惯导/地图匹配/里程仪组合系统的卡尔曼滤波方程。通过仿真分析,表明应用该地图匹配算法的组合导航系统可以有效地减小误差,实现车载自主导航。     

基于中心差分卡尔曼滤波的航天器视觉相对导航算法研究

在航天器视觉相对导航过程中,量测方程的非线性特性会影响航天器相对位姿的估计精度.分析了扩展卡尔曼滤波方法(EKF)将非线性模型线性化时存在的缺点,研究了中心差分卡尔曼滤波方法(CDKF),提出用中心差分卡尔曼滤波方法来解决视觉导航中两航天器的相对位姿估计问题,并给出了EKF与CDKF的仿真结果.仿真结果表明在相同条件下,CD-KF算法比EKF具有更高的精度和稳定性,该方法能够在航天器视觉相对导航中应用.     

车载GPS/DR组合导航系统卡尔曼滤波方法的改进

将全球定位系统(GPS)和航位推算法(DR)两种定位方式结合,实现车辆GPS/DR组合定位系统的自适应信息融合.联合卡尔曼滤波器存在数学模型不确定性和误差模型的随机性的缺点,提出改进方法是采用联邦滤波器,并引入利用模糊推理建立的模糊自适应联邦滤波器,提高了系统的精度和功能.     

基于Sage-Husa自适应滤波组合导航系统的仿真研究

本文提出了基于Sage-Husa自适应滤波技术的GALILEO/BEIDOU/SINS位置全组合导航系统,并对提出的全组合系统进行了MATLAB/Simulink仿真。仿真结果表明该系统结构简单,状态估计精度高,系统仿真鲁棒性好,能满足中低速飞行器的导航定位要求,便于工程实现。为研究适合我国国情的组合导航系统提供了思路。     

一种新的卫星导航定位系统抗干扰体系研究

在提高卫星导航定位系统的抗干扰能力优化问题的研究中,卫星信道面临众多类型的干扰信号,难以采用一种干扰抑制技术有效抑制所有类型的干扰。为解决上述问题,提出了一种新的卫星导航定位系统抗干扰体系架构,即采用时频域干扰类型识别、功率分析和干扰DOA估计相结合的干扰认知方法,给出了基于干扰认知的卫星导航定位系统抗干扰体系架构设计。理论分析与仿真结果显示,该抗干扰架构设计能够针对不同的干扰类型,检测不同的干扰信号,简化干扰抑制算法,分级、分类进行干扰的抑制。     

组合导航半物理仿真系统的设计与实现

为了检验组合导航系统和算法的性能,提出了一种基于Windows2000操作系统的组合导航半实物仿真系统。详细介绍了该系统的软硬件设计,重点分析了可视化软件设计中难点问题及其解决方法。实践结果证明,该系统实时性高,工作稳定可靠,满足了设计要求。     

嵌入式GIS在卫星导航系统中的应用

基于嵌入式GIS的卫星导航系统是嵌入式GIS的典型应用。本文介绍了嵌入式GIS的特点以及应用,并重点说明了目前广泛应用的基于嵌入式GIS的卫星导航系统的组成及其关键技术。     

联合动力循环的优化分析

基于有限时间热力学理论，研究了由两个内可逆卡诺循环构成的无中间热源的联合动力循环的优化性能．首先导出联合循环的输出功率与效率的普遍关系，并由它求出活塞式和定常态流两种联合循环在不同约束条件下的基本优化关系．然后作些有意义的讨论．获得一些重要新结论，同时还指出了有关研究中存在的一些问题．     

组合导航半物理仿真系统的设计与实现

为了检验组合导航系统和算法的性能,提出了一种基于Windows2000操作系统的组合导航半实物仿真系统。详细介绍了该系统的软硬件设计,重点分析了可视化软件设计中难点问题及其解决方法。实践结果证明,该系统实时性高,工作稳定可靠,满足了设计要求。     

一种组合导航系统故障检测算法

在研究组合导航系统常用故障检测方法的基础上,将两种χ2故障检验法的检验量相结合,提出了一种针对组合导航系统的二叉树模糊支持向量机故障检测算法.该算法综合应用了Kalman滤波器、二叉树支持向量机等理论,采用模糊因子有效地减弱了噪声样本数据对支持向量机训练结果的影响,采用二叉树支持向量机的多个支持向量机实现对组合导航系统的多级故障进行多级分类和故障检测.最后,针对MINS/GPS组合导航系统,进行了相关仿真研究,仿真结果证明了该方法的有效性.