基于相位控制的惯性与卫星超紧组合导航系统信号解调方法

卫星导航极易受到复杂环境下的干扰信号影响,捷联惯性导航系统(SINS)与卫星导航系统(GNSS)超紧组合导航技术可提高卫星接收机在信号干扰环境下的工作性能。在对比分析紧组合与超紧组合实现方案及北斗B1信号调制方式的基础上,提出基于相位控制的SINS与GNSS超紧组合环路信号解调方法,进一步分析SINS与GNSS超紧组合环路信号跟踪特性。对卫星信号受干扰环境及动态条件下的相位控制超紧组合与频率控制超紧组合方法的导航性能进行试验对比分析,结果表明相位控制超紧组合方法具有更稳定的定位性能,并可提高约7 dB的抗干扰能力。

采用相位平滑伪距方法研究两种卫星导航系统组合定位的精度

北斗卫星导航系统目前已经开始提供区域定位服务。为了研究北斗系统单点定位精度以及与全球定位系统组合定位效果,采用赫奇滤波方法对全球定位系统单系统、北斗系统单系统以及双系统消电离层组合伪距观测值进行相位平滑,并对单系统以及双系统消电离层组合的定位结果进行比较分析。实验结果表明,平滑后的定位误差更稳定,误差波动范围明显变小。目前北斗系统平面精度10m,高程精度优于20m。因为北斗系统星历精度目前还不及全球定位系统星历精度,在全球定位系统观测卫星足够时,引入北斗系统观测值并不一定能提高定位精度。

惯性导航系统INS与GPS系统的组合应用

由于传统的惯性导航系统设备是分离式的 ,且精度又较低 ,加上高价位的惯性系统的传感器是阻碍它被广泛应用于与GPS进行组合导航的主要原因。但近年来出现的低价位、高精度的传感器 ,使得惯性导航系统集合化、小型化成为现实。这也就使得惯性导航系统与全球卫星导航系统的组合导航系统成为可能 ,从而为解决民用GPS或GLONASS全球卫星导航系统存在的问题提供了另一个有效的途径。

伪卫星/惯性组合导航的非线性补偿

伪卫星具有抗干扰能力强和布置灵活机动的特点,在增强卫星系统和独立组网为用户提供更高精度导航定位信息方面具有广阔的应用前景.研究了一种伪卫星/惯性组合导航的非线性补偿算法.由于伪卫星与用户的距离比卫星近得多,其非线性量测的影响也严重得多.采用二次项修正一定程度上弥补了传统线性化方法存在的模型误差大、滤波效果差甚至发散的问题.为避免求解非线性方程的困难使用了两步估计方法,大大降低了算法的复杂度.仿真结果表明,该算法可以显著提高伪卫星/惯性组合导航系统的性能,具有很高的实用性.

机载惯性/卫星组合导航系统

惯性／卫星组合导航系统的优势旱已众所周知，许多国家和团体愈来愈重视这方面的研究应用工作。我所于１９９０年起，利用自己研制的惯导系统和美国的ＴＡＮＳ－ⅡＧＰＳ接收机，开始了组合导航系统的研制工作。经过几年的研究、探索，组合系统已经受了一系列的实验室试验、车载试验和飞行试验，取得了良好的结果。本文主要报告组合导航系统在设计、研制过程中遇到的所（需）解决的一些关键技术问题及其试验结果。

GNSS/INS组合导航中IMU参数设定与优化

针对惯性测量单元(IMU)参数设置不合理导致全球卫星导航系统(GNSS)/惯性导航系统(INS)组合导航无法充分发挥IMU性能的问题,提出了一套IMU参数设定与优化方案,建立了以GNSS短期中断期间导航漂移误差统计值、理论估计精度一致性以及IMU误差参数估计稳定性为评估对象的考核准则,使优化后的IMU参数可以确保GNSS/INS组合导航解算中状态预测方差阵的准确性,实现预测信息与观测信息权重合理分配,进而保障GNSS/INS组合导航最优性能。实测验证采用ADIS16465和ICM206022款典型车规级和消费级微机电(MEMS)IMU进行性能测试分析,测试结果表明:初始IMU参数与GNSS/INS组合导航算法适配度较低,无法得到最优组合导航结果;优化后,IMU参数在保障组合导航最优性能基础之上,也可实现理论估计精度与实际精度高度一致。

GPS／INS／伪卫星组合导航定位系统及其应用探讨

当前，GPS／INS组合系统在精确定位，定向时被认为是最主要的传感器，并被应用在摄影测量，地图绘制或者其它方面．然而，该系统的可靠性和精度主要依赖于环境和其它条件，在城市范围特别是在卫星信号经常失锁的地方表现尤其明显。为了保持稳定性和可靠的精度，或者进一步提高这样系统的精度，本文介绍了地面卫星系统（又称伪卫星）．这种卫星改善了可用卫星的几何图形，从而保证并且提高了地面GPS／INS组合系统的可靠性和精度．

伪距率伪距双差GPS／IMU组合导航系统研究

采用伪距和伪距率的ＧＰＳ／ＩＮＳ组合，由于卫星历误差，传播误差，仪器误差及人为干扰（ＳＡ）等因素的存在，使组合系统精度不可避免地受到严重影响，本文提出采用距率双差和伪距双差为观测向量的组合方法，并推导了系统的观测方程，采用低成本ＩＭＵ和ＧＰＳ组合的实验结果表明，这种方法可有效地消除上述主要误差的影响，组合系统的姿态速度位置精度分别小于０．１１°，０．１ｍ／ｓ，０．３ｍ（ＲＭＳ）。

基于伪距、伪距率的GPS/SINS容错组合导航系统

为了提高组合导航系统的容错性和可靠性 ,本文采用基于伪距、伪距率的GPS/SINS组合导航系统 ,详细推导了该组合导航系统的模型 ,并通过仿真验证了当有效定位卫星数目小于四颗时 ,该组合方法仍可以利用GPS信息修正SINS的导航误差 ,满足一定的导航精度需求。并通过可观性分析 。

双卫星导航系统相位平滑伪距在车载定位中的应用

多卫星导航系统组合伪距差分定位可有效提升低成本车载单频设备精度。首先对伪距差分定位原理和数学模型进行阐述和推导,提出了一种适用于单频的窗口化相位平滑伪距定位技术。针对单卫星导航系统在遮挡等环境下观测卫星少,卫星结构不稳定的情况,在统一多系统的时空基准基础上,选取一颗共同参考星,进行伪距差分定位。使用一组实测的多卫星导航系统单频卫星数据进行实验论证,结果表明:车载多卫星导航系统相位平滑伪距平面精度优于0.2m,高程优于0.7m,对亚米级北斗系统高精度应用具有实际工程应用意义。

双星定位/SINS组合导航系统研究

双星定位系统是一种区域性定位系统。介绍了双星定位系统的定位原理 ,说明了其存在的定位实时性较差的不足。对此提出了利用惯导经卡尔曼滤波器校正后的输出速度信息来修正双星定位系统的输出水平位置信息 ,然后与惯导进行组合 ,建立了其状态方程与观测方程。仿真结果证明该方案切实可行 。

基于图优化的INS/GNSS深组合导航系统研究

为充分考虑历史信息对未来导航结果的影响,并充分利用更深层次的组合导航信息进行信息融合,提出了一种基于图优化的INS/GNSS深组合导航方法。通过将量测信息和状态传播作为约束信息,在时间域上构建优化代价函数,利用列文伯格-马夸尔特法求解状态的最优估计。通过INS/GPS深组合导航系统仿真实验对该方法进行了评估和分析,仿真实验结果表明,所提算法与常规卡尔曼滤波方法相比,三轴方向的位置误差均值分别减少了38.5%,21.0%和30.9%,速度误差均值分别减少了31.4%,52.8%和57.3%,所提算法能有效提高定位精度。

弹道导弹INS/GNSS/CNS组合导航系统研究

提出了弹道导弹惯性 /卫星 /天文组合导航系统的方案与组合结构 ,分析并建立了组合导航系统的误差模型 ,采用了联邦滤波器进行组合导航系统导航状态的最优估计 ,并进行了组合导航系统的仿真计算。仿真结果表明采用卫星导航定位系统和天文导航系统对弹道的惯性导航系统进行辅助将大幅度提高弹道导弹的导航精度 。

一种GPS/BDS/INS深组合导航系统降维滤波方法

针对全球定位系统/北斗卫星导航系统/惯性导航系统(GPS/BDS/INS)深组合导航系统中卫星数量增加导致计算量迅速增加,难以满足高精度实时定位的问题,该文提出了一种基于星间差分的多星座GPS/BDS/INS深组合导航系统降维滤波方法。首先,通过星间差分消除时钟误差相关状态量,降低状态方程维数;然后,将滤波器分拆成多个子滤波器,通过分散估计、两步级联的方法减少计算量,即通过分散式组合方法(DIM)降低量测方程维数;最后,通过子滤波器的并行运行实现高精度实时定位需求。通过仿真实验对该文算法的定位精度和复杂度进行了分析。结果表明:当GPS和BDS可见星数目均为4时,DIM运行时间相对于集中式组合方法(CIM)减少了约31.7%;当GPS和BDS可见星数目均为5时,DIM运行时间相对于CIM减少了约28.4%。该文算法可以在保持定位精度的同时有效减小计算量。

GPS/INS组合导航系统的研究

讨论了飞机惯性导航系统(INS)与全球卫星导航系统(GPS)的利与弊以及卡尔曼滤波方法在组合定位中的应用情况,进一步提出了基于神经网络数据融合方法的GPS/INS组合导航系统。系统神经网络结构采用单隐层的三层神经网络,输入输出神经元数目是4个,基于256个训练样本由经验公式求得隐层神经元数目为8个,同时还建立了惯导系统的数学模型和数据融合的数学模型。给出了利用MATLAB编制的神经网络训练程序并对这一神经网络进行了训练和仿真。实验表明,组合导航系统经度误差可达9m,纬度误差可达8m,与单独GPS定位和INS定位相比精度得到了提高。

双星定位系统/SINS深组合导航系统研究

以卫星模拟器为基础,介绍了一种双星定位系统定姿的基本原理,解决了双星定位系统 存在的位置滞后即定位实时性较差的缺陷,把双星定位系统的位置与姿态信息和捷联惯导系 统的位置、姿态信息进行组合后,可有效地提高系统的精度.

INS/GNSS/CNS组合导航系统仿真研究

研究了INS/GNSS/CNS组合导航系统的原理和特点,分析并建立了组合导航系统的误差模型,采用了平台失准角、INS与GNSS的位置之差和速度之差作为观测量进行仿真计算。仿真结果表明:采用天文导航系统对弹道导弹的INS/GNSS组合导航系统进行辅助将大幅度提高导弹的导航精度,具有重要的实际意义。

GALILEO/SINS组合导航系统研究

GALILEO是新一代的全球卫星定位系统。文章根据GALILEO系统的特点,有针对性地研究了GALILEO/捷联惯导(SINS)伪距组合导航模式。分析并建立了GALI LEO的误差方程,并以此为基础,给出了GALILEO/SINS伪距组合导航系统的误差模型和相应的卡尔曼滤波方程。为了有效验证设计的组合导航系统的有效性,在仿真过程中采用了协方差分析法,对组合导航系统性能进行了仿真研究。仿真结果表明GALILEO/SINS伪距组合导航系统能够有效的提高导航精度,随着GALILEO的不断完善,该系统将具有很大的应用前景。

INS/GNSS组合导航系统校准方法

惯性导航系统(INS)和全球导航卫星系统(GNSS)组合的导航系统应用越来越广泛,它的校准问题亟待解决。本文简要介绍了目前广泛使用的各种导航系统,论述了INS/GNSS组合导航系统的工作原理及组合算法;详细分析了INS/GNSS组合导航系统各种测试及校准方法,比较了各种校准方法的优缺点;提出了INS/GNSS组合导航系统校准装置应具备的条件:可产生标准的空间位置和速度、可产生标准的姿态角度变化、可有效地接收GNSS卫星信号、统一的时间基准与同步信号。

GPS/SINS/RA组合导航系统用于精密着陆的研究

本文针对飞机进场着陆的要求,提出了一种GPS/SINS/RA组合导航系统方案,建立了组合系统的数学模型,采用了组合卡尔曼滤波器,按18颗导航星的布置方案,应用了GPS仿真器。在考虑飞机沿3度倾斜角下滑线进行着陆飞行时,对组合系统进行了计算机仿真。仿真结果表明,当GPS接收机采用P码,或采用C/A码再使用差分和伪卫星技术时,组合导航系统能够达到国际民航组织(ICAO)提出的精密进场着陆时的定位精度要求。