基于逆向导航解算和数据融合的SINS传递对准方法

提出两种观点:1)可以使用一段惯性传感器数据完成捷联惯性导航系统(SINS)的初始对准;2)通过在数据融合中加入逆向—正向SINS解算结果和外部参考数据,可以缩短传感器误差的估计时间。基于以上两观点,旨在不改变卡尔曼滤波器的情况下,短时间内估计陀螺漂移的一种快速传递对准的方法。在一个参考数据更新周期内,储存了惯性传感器数据和参考数据,并且执行了逆向—正向捷联解算。与此同时,当相应的捷联解算结束后,执行数据融合算法。在上述的更新周期内,由于加入逆向—正向捷联解算,陀螺漂移估计操作增加了两次并且缩短了其估计时间。在舰船晃动的情况下,实验表明:与经典的方法相比,当两种方法的数据融合执行次数相等时,提出的方法缩短了对准时间,对准时间从300 s缩短到100 s;当对准时间相等时,方案1的纵摇、横摇和航向对准误差的均值分别为?0.6638、?0.5896、0.3941,其方差分别为1.0736、0.4629、2.1697,而方案2对应的均值和方差分别为?0.4632、?0.5026、0.3375和0.8828、0.3876、1.7289。由此可知,方案2的对准精度高于方案1。

旋转多天线条件下导航解算方法

现阶段,一般采用多天线GPS接收机测量空间旋转目标。由于各天线安装位置不同,存在跟踪点不一致问题,影响了测量精度,有必要采取措施消除该系统误差。根据载体姿态信息,分析了旋转条件下天线安装位置与载体质心的位置速度关系,设计了旋转多天线条件下导航解算方法,将各天线观测值统一修正到载体质心,从而消除旋转条件下跟踪点不一致引入的系统误差。在载体姿态信息实时辅助下,该方法将天线安装位置不同引入的位置误差和速度误差分别减少至毫米量级和厘米量级,保证了高动态自旋载体测量精度。

微惯性导航解算与数据实时显示系统设计

针对工程应用中微小体积的导航解算应用场合,设计了一种FPGA+DSP架构的硬件导航解算系统,并通过无线传输将载体的三维运动姿态信息显示到上位机上。该系统中,FPGA是核心控制器,用来控制MIMU数据采集、启动DSP解算和导航参数的无线传输;DSP作为导航解算处理器,完成了导航参数的解算和数据传输。本设计系统具有功耗低、体积小和灵活性高的特点,能够完成MIMU数据的采集解算、无线传输和上位机显示,试验证明该方案切实可行。

基于FPGA的高速导航解算硬件实现

针对现有小型无人机导航系统的解算速度慢、多处理器核心臃肿可靠性差的缺点,实现了一种仅使用单一FPGA作为数据处理核心的小型高速导航解算系统。该系统对飞机运动方程组和导航方程组进行并行化分解,对相互独立的中间变量进行并行计算,使得单个运算周期能够同时进行6次浮点运算,在不盲目增加硬件消耗的条件下有效提高了解算速度。仿真和实验结果表明系统能够高效地进行导航信息解算,在小型无人机的导航控制领域有重要的工程应用价值。

单频实时GPS软件接收机导航解算的C++实现

针对单频实时GPS软件接收机的导航解算部分主要算法进行了研究,采用C++语言实现了该部分的仿真,并与MATLAB平台条件下仿真结果进行比较,仿真及测试结果表明采用C++语言编制的算法比MATLAB环境实时性要快近3倍,二者间方差的误差约为10-3米,满足一定条件下应用要求。并基于中频采样器GPS210A的前端在不同地区进行了实际数据验证,结果表明本程序可广泛运用于不同地区的导航解算,此时其误差产生的主要原因为电离层延迟。

基于高性能DSP的GPS导航解算模块设计与实现

本文基于TMS320C6747数字信号处理器,凭借其优异的浮点运算性能,提出了一种新型卫星导航解算模块的设计方法。在硬件方面,不仅给出了硬件设计方法,还实现了DSP与FPGA在较少接口条件下的高速数据传输。在软件方面,在现有的导航解算算法的基础之上做出改进,进一步优化代码,提升代码执行效率。最后的测试结果表明根据本方案设计出来的导航解算模块具有低功耗、软件易升级、运行速度快以及友好的人机交互界面等特性,为发展新一代导航解算模块提供了一条新的设计方案。

GPS伪距导航定位解算新算法研究

为提高全球卫星定位系统(GPS)中伪距导航定位解算的精度和改善对动态目标的实时跟踪,文中提出了一种新方法,采用镜像映射法解具有病态的矛盾方程组以提高精度,以及将伪距导航定位解算方程模型转换为具有贯序输入输出数据的系统辩识模型,然后用递推最小二乘法,对所求的GPS伪距导航定位信息──接收机的三维位置参数和时钟误差参数进行动态快速实时估计。

镜像映射法及递推最小二乘法在GPS伪距导航定位解算中的应用

为提高全球定位系统 (GPS)中伪距导航定位解算的精度和改善对动态目标的实时跟踪 ,提出了一种新方法 ,采用镜像映射法解具有病态的矛盾方程组以提高精度 ,以及将伪距导航定位解算方程模型转换为具有贯序输入输出数据的系统辩识模型 ,然后用递推最小二乘法 ,对所求的GPS伪距导航定位信息──接收机的三维位置参数和时钟误差参数进行动态快速实时估计。

基于导航姿态解算的光纤陀螺平台低频角振动测试方法研究

为准确评价光纤陀螺平台的低频角振动特性,提出了一种基于导航姿态解算的光纤陀螺平台低频角振动测试方法。首先,通过角振动台精确模拟载体的低频角振动状态,并通过光纤陀螺平台飞行导航过程中的断调平差分信号,实现平台框架角度信号与角振动台激励角度信号的数据同步;然后,利用平台式惯导系统的导航姿态解算方法,实时解算低频角振动过程中光纤陀螺平台的台体姿态,并通过坐标系转换得到平台基座系相对于地理系的实时姿态;最后,通过对光纤陀螺平台稳定回路的幅相特性分析,得到低频角振动激励下稳定回路的幅值和相位特性,实现对光纤陀螺平台角动态特性的准确评估。

基于纯惯性导航系统的智慧铁路人员定位系统研究

针对GPS与IMU组合导航定位系统在不同应用场景下,存在GPS无线信号失锁和惯性传感器导航解算过程误差累积等问题,提出了一种纯惯性导航系统的智慧铁路人员定位方法。利用惯性传感器采集铁路巡检员的足部数据,并分析其运动特征;提出机器学习智能分类算法,检测行人在行走过程中的静止阶段和运动阶段。在初始状态下进行初始对准,以确定初始方位;在零速状态下,通过扩展卡尔曼滤波估计航向误差、角速度误差、速度误差,实现导航解算的姿态、速度和位置的零速修正。对比巡检员导航实验与GPS RTK差分定位实验发现,提出的基于纯惯性导航系统的智慧铁路人员定位系统可以准确跟踪巡检员的实时位置,并且平均误差为2.674%,最大误差不超过3.3%。

新型无陀螺捷联惯导系统导航方案设计及建模

针对传统无陀螺捷联惯导系统角速度求解复杂,解算效率低,惯性元件安装精度要求高等问题,提出一种新型的无陀螺捷联惯导导航方案,将8-UPS型并联式六维加速度传感器作为其惯性元件,直接测量出运载体的六维绝对加速度。基于矢量力学理论,推导了其惯导基本方程;通过数值积分运算来提取载体的线运动参量;运用空间几何理论建立姿态方程,实时更新捷联矩阵以获取载体的角运动参量,从而完成了导航建模与解算。仿真结果表明该系统能满足航行体中精度实时导航的要求,是有效可行的。与同类导航相比,该系统具有结构紧凑、解算效率高、物理模型误差敏感性低等优势。

大圆航线导航与控制律设计

随着无人机(UAV)应用范围的扩大,要求无人机能精确跟踪预定航线。预定的飞行任务可以有两种规划方式,一是近似在当地切平面上的直线或曲线;二是飞行距离较长时在地球表面的大圆航线。第二种规划相对复杂,研究较少,因此,介绍了某型无人机的动力学模型,提出了一种全新的大圆航线导航解算算法,设计了大圆导航控制律,此外,还分析了常值风及突风干扰对导航的影响。经计算机仿真验证和部分的实际飞行试验结果表明:与预定航线的距离偏差较小,航迹精度较高,新算法及设计较好地满足了实际大圆航线飞行要求。

钟滑动辅助GNSS定位算法研究

针对GNSS卫星星座几何形状不好或者观测卫星数量不足,无法为导航解算和自主完好性监测提供足够观测量的问题,提出采用GNSS接收机时钟观测值进行辅助定位,提高定位精度,实现自主完好性监测。通过对接收机时钟建模,引入本地钟的钟差方程、辅助接收机观测方程,从而建立了一套完整的钟滑动辅助定位算法。通过对采集的真实数据作计算机仿真,证明了该算法的可行性和有效性。结果表明,在卫星星座几何形状较差或者某颗卫星出现故障时,利用钟差辅助算法能够有效地排除故障星,得到较好的定位结果。

美国SEXTANT项目脉冲星导航空间试验进展及启迪

X射线计时与导航技术的空间站在轨验证试验(SEXTANT),是美国国家航空和航天局(NASA)在国际空间站(ISS)上开展的脉冲星导航试验项目,首次利用毫秒脉冲星实现近地空间航天器优于10km的脉冲星导航试验。首先介绍了X射线脉冲星导航技术及SEXTANT项目发展过程,论述了SEXTANT项目的研究意义、系统结构和各部分技术细节;针对国际上首次在轨成功演示脉冲星导航空间试验,详细地论述了其实施操作过程及导航解算策略,有利于我们掌握其技术细节;最后简要地对比国内外脉冲星导航发展情况,提出了利用SEXTANT公开发布的观测数据检验我国脉冲星导航算法实用性的建议。

潜艇巡航目标导航定位仿真研究

在研究潜艇航行的导航定位问题中,潜艇远程长航时要求导航系统稳定。但是由于惯性导航系统元件陀螺仪会产生漂移误差,造成定位精度不准。为了确保潜艇的航行安全以及可靠性,需要保证潜艇长航时导航定位的精度。提出采用Delta算子高速采样方法,结合潜艇惯性导航系统误差模型,利用Delta算法对惯性导航系统误差方程进行解算,并进行常规卡尔曼滤波处理,实验结果表明,所得的经纬度定位精度较之传统的z域离散化解算方法优越,证明导航改进算法在高速采样情形下能有效提高潜艇长航时的导航定位精度。

脉冲星导航试验卫星空间计时数据的初步分析

脉冲星导航试验卫星(X-ray pulsar-based navigation-1,XPNAV-1)是我国首颗致力于探索X射线脉冲星导航技术的空间试验平台,已在轨运行七年多,获得大批观测数据,本文收集了该卫星三年多的空间观测数据,开展了一些有益的技术探索.首先处理分析了卫星对Crab脉冲星观测数据,得到Crab脉冲星的每轨、每天和总脉冲轮廓,结果表明,在时间维度上脉冲轮廓是稳定的,与国内外观测结果一致性较好;其次得到Crab脉冲星不同能段脉冲轮廓,分析了脉冲轮廓随能量变化特征;在能量维度上,得到了Crab脉冲星在不同脉冲相位区间的能谱,发现能谱与相位区间的脉冲强度成正比,表明我国自主研制的聚焦型X射线探测器具备良好的技术状态,也实现了卫星精确地“看得见”脉冲星的试验目标.最后利用XPNAV-1卫星的三天观测数据,实现基于最小二乘算法的脉冲星导航试验解算,得到卫星轨道确定精度约为56.93 km,分析发现XPNAV-1星对Crab脉冲星观测误差和初始轨道误差对当前导航解算精度影响较大.

基于相位和频率反馈的GNSS矢量跟踪算法比较与研究

GNSS接收机在室内、高架,都市峡谷以及茂林遮挡等恶略条件下定位导航成为目前研究的重点。与传统的GNSS接收机相比,矢量型导航跟踪算法具有较强的弱信号跟踪能力和抗干扰能力。文章研究了基于扩展卡尔曼滤波算法的GNSS跟踪算法,分别采用误差相位信息和频率信息作为反馈信息,组成矢量型延迟锁相环。分析了两种方式下算法实现的结构模型,通过仿真验证了两种方式在跟踪性能上的一致性。

高动态条件下的捷联惯导并行算法研究

为提高高动态条件下导航解算的速度,文中给出了一种单更新速率的并行导航解算算法。该并行算法由并行姿态算法模块、并行速度算法模块、并行位置算法模块和参数计算模块等4个并行执行的模块组成。分析表明,该并行算法的总执行周期仅为普通算法的6%左右,显著提高了计算速度。基于FPGA的仿真实验结果表明,这一设计可大大提高导航解算算法的更新速率,对在高动态条件下提高导航解算的精度有重要作用。

载波相位辅助的GPS动态单点定位算法综述

对载波相位辅助条件下应用于全球定位系统(Global Positioning System,GPS)动态单点定位的各种算法进行了综合分析与比较。首先简要介绍定位算法中的基本公式与观测模型;然后分别对周跳修复与滤波解算两部分所应用的各种算法进行详细介绍并比较其性能与适用范围;最后对尚待解决的问题及可能的发展方向进行了总结。

递推最小二乘方法在导航定位中的实用分析

在无线电导航定位解算方法中，最小二乘方法必须要求一次有三个以上的测量值，卡尔曼滤波方法要求系统动态过程和观测噪声的统计信息已知。本文给出对测量值和统计信息要求相对较松的递推最小二乘方法，并通过与最小二乘方法和卡尔曼滤波方法的比较，对其实用性进行了分析。