惯导辅助的基于GPS的航向姿态参考系统的设计与实现

描述了一种惯导辅助的基于GPS的航向姿态参考系统的设计与实现,主要工作包括两个方面:第一,采用最小二乘方法和乔里斯基分解,基于基线长度约束设计并实现了实时的GPS定姿系统;第二,采用低成本的光纤陀螺辅助CPS定姿系统,提出了基于姿态角约束的多分辨率方法,用于在GPS定姿失败的情况下,正确求解载体姿态。该系统经过船载航行实验,证明完全能够达到实时计算,在基线长度为3 m的条件下,航向角精度优于0.1°。

一种惯导辅助卫星导航三阶载波PLL算法

载波跟踪技术影响着卫星导航接收机性能,在载体高动态运动条件下卫星导航接收机常采用三阶锁相环(PLL)进行载波跟踪,但在某些应用中,接收机与卫星之间存在高达50g/s的加加速度,此时PLL相位误差将超过允许容限,不能稳定跟踪载波相位。为解决上述问题,提出了一种利用惯性导航系统(INS)速度信息辅助卫星导航接收机三阶PLL跟踪环的算法。通过理论推导与仿真方法,详细分析了INS辅助前后接收机PLL环路带宽、相位稳态跟踪误差变化情况;分析了INS辅助后PLL相位颤动随环路带宽及噪载比变化情况。结果表明,新的跟踪环不仅能在高动态条件下稳定工作,同时可以大幅减小PLL噪声带宽,提高接收机抗干扰能力。

惯导辅助下的单星高动态定位算法

在战争区域或星外探索环境中星座型导航损毁或缺失条件下,单星定位系统可以有效补充星座型导航系统的缺失。但是,当定位目标具有高动态特性时,单星定位的定位结果由于定位目标的移动存在较大误差,不能满足实际需求。因此,提出了一种惯导辅助下的单星高动态定位算法,该算法利用惯导器件得到定位目标高动态条件下的坐标偏移,结合单星定位中基于积分多普勒测量值与惯导系统得到的伪距差信息,通过融合滤波得到目标的定位信息,从而实现高动态下目标的定位。将所提出算法与多普勒单星定位算法及伪距率辅助单星定位算法进行仿真对比,在定位目标的运动速度为100 m/s,系统运行时间为300 s下,新算法的定位误差仅为多普勒单星定位算法的2%,伪距率辅助单星定位算法的3.5%,可以有效为高动态定位目标提供定位导航服务。

惯导辅助的相对导航系统的相对坐标漂移及其组网仿真

在未来战争中，惯导辅助的相对导航系统是引导多军种联合作战竹重要电子设备，系统组网的相对坐标漂移是成员进行精密相对导航定位的关键技术。本文论述了相对坐标漂移的概念和原理，说明了设置相对位置基准的规则，证明了漂移坐标中位置基准的条件定理，推出了漂移坐标方程，得出了几个指导相对定位的推论，并介绍了在漂移坐标系中系统组网仿真模拟方法，是惯导辅助相对导航系统组网相对定位的理论基础。

惯导辅助的三元天线阵欺骗干扰检测算法

对欺骗信号的到达角检测是目前最有效的欺骗检测方法之一,常用的到达角检测又分为载波相位单差和载波相位双差检测。载波相位单差检测技术不能应用于运动载体,载波相位双差技术对多阵元发射的欺骗信号或单路欺骗信号失效。针对该问题,提出一种惯导辅助的三元天线阵欺骗干扰检测技术,该算法主要应用于车辆运动载体,运动载体只需在某一时间段内运动一段距离即可利用该算法进行欺骗干扰检测。该算法对多阵元发射的欺骗信号或单路欺骗信号都同样有效。通过理论分析和仿真实验验证了所提方法的有效性,并得出天线阵基线长度越长,运动位移越大、欺骗源距离接收天线越近,信号入射方向与天线位移方向夹角越接近90°,该方法检测性能越优的结论。

惯导辅助相对导航系统在漂移坐标系中的相对定位算法

对惯导辅助相对导航系统（JTIDS／INS）组网，根据相对坐标漂移概念和理论，本文详细介绍了辅助相对位置基准的相对位置滤波、相对坐标漂移滤波和在漂移坐标系中进行相对定位的特点和算法，并进行了组网仿真，仿真结果满足系统技术性能要求。

惯导辅助的动对动整周模糊度快速解算方法

针对北斗动对动相对定位中卫星信号极易受到外界环境的遮挡,导致整周模糊度无法快速、准确固定的问题,提出了惯导辅助的动对动整周模糊度解算方法.该方法利用两个运动运载体上的惯导的实时位置输出构造惯导伪距双差,并将其与载波相位双差进行组合,构造新的观测量和观测方程,再进行整周模糊度的解算.仿真实验结果表明,惯导信息的辅助使得模糊度浮点解误差明显减小,整周模糊度的固定时间缩短为16s,相对定位精度达到厘米级,能够较好地实现动对动整周模糊度的快速解算.

惯导辅助单历元解算模糊度测姿方法

GNSS与INS在测姿方面的组合理论上可以提升精度,但实际中有时会由于GNSS模糊度固定率低、固定出错、易受干扰等原因导致其精度相对INS过低,以至于组合精度不佳;针对以上问题,提出一种用惯导辅助解算模糊度的方法 (IAACM),利用惯导信息辅助解算模糊度浮点解,在固定模糊度后得出更精准稳定的GNSS载体姿态,该姿态可与INS姿态再次组合有效提升测姿精度;该方法在解算模糊度层面引入了惯导信息,具有不受卫星数量限制,单历元固定模糊度,误差稳定等优势;利用高精度GNSS接收机与光纤惯导组合搭建试验平台,在城市道路环境中进行跑车测试,验证模糊度固定情况及测姿精度;试验表明,该方法可提供更精准的模糊度浮点解,并可单历元固定模糊度,有效提升模糊度固定率,使测姿精度大幅提高。

惯导辅助下的动态精密单点定位算法研究

精密单点定位中的模糊度不具有整数特性,如何将其准确求解一直是当前研究的热点。且在定位初始阶段,需要经过长时间观测才能使定位精度收敛到厘米、分米级。为解决上述两个问题,可引入惯性导航系统(INS)输出的短时间内高精度的导航信息,以用于辅助模糊度浮点解快速准确地解算。文中分别介绍了直接利用位置信息代入和构建虚拟观测量的两种最小二乘方法,以及这两种方法下INS导航信息精度与模糊度浮点解精度之间的关系。仿真结果表明:惯性信息的辅助作用能够有效地在定位初始阶段提高模糊度解算的效率和精度、缩短收敛时间、改善定位精度。

惯导辅助的波束形成技术研究

介绍了惯导辅助的波束形成技术,该方法实时装订目标的位置信息并通过惯性测量模块实时输出载体自身的位置、姿态信息,将这些信息经过适当的坐标平移和转换,计算出波束指向向量,并进一步计算出阵列天线的俯仰和方位角,更新阵列天线的权值并进行波束形成。和传统波束形成算法相比,本算法角度计算不受信噪比的影响,可以保证低信噪比环境下阵列天线的信噪比增益不会损失,是设计高增益接收机的关键技术,缺点是硬件平台需增加惯性测量模块。

惯导速度辅助接收机跟踪环路算法

针对接收机在强干扰高动态环境难以定位导航的问题,提出基于惯导速度辅助卫星跟踪环路算法,通过惯导速度估算环路多普勒频移,压缩了环路需承载的动态范围,从而减少了环路等效噪声带宽,进而降低了跟踪环路带内干扰,提高了卫星接收机抗干扰能力。对提出算法的普适性、动态性、抗干扰性以及惯导估算误差影响等方面进行了仿真评估,仿真结果验证了算法的正确性,同时证明提出算法相比传统算法,载体运动加速度由91g提升至193g,同时抗干扰能力提升5~8 d B,可以容忍较大惯导辅助信息误差,为算法工程化奠定了基础。

惯导信息辅助的匹配模板校正方法

面向飞行器对地面目标的匹配系统应用,提出一种惯导信息辅助的模板校正方法。根据目标位置以及摄像机位姿信息,建立目标透视成像模型以及不同摄像机位姿下的模板校正方程;通过分析目标任意点与形心的景深关系,对校正方程进行转化并给出完整的模板校正算法。最后通过基于视景仿真技术搭建的目标模拟平台,截取不同摄像机位姿下的目标成像,并与本文校正结果进行对比,结果表明校正后的模板图与实时图在尺度、旋转、视角具有良好的一致性。使用校正后的模板做目标匹配可以有效地抑制漂移,提升系统的匹配性能。

惯导速度辅助下GNSS高精度定位

传统的卫星导航接收机无法同时适应高动态和高精度要求。对于10g以上的加速度,高精度接收机很难达到高精度的指标,甚至基带环路失锁无法正常导航定位。针对GNSS动态条件下高精度定位需求,引入惯性/卫星深组合导航技术,在应用惯性信息辅助接收机减小基带跟踪环路带宽基础上,采用码片窄相关方法降低伪距抖动误差,提高动态条件下GNSS伪距定位精度。仿真结果表明:通过惯性信息辅助跟踪环路可实现较小跟踪环路带宽下的稳定跟踪;在此基础上,通过码片窄相关方法并提高射频前端带宽可实现定位精度的提高。对比传统的伪距定位方法,定位精度(1?)从6 m提高到3 m左右。

惯性加速度辅助卫星接收机跟踪环路算法

针对卫星接收机在强干扰高动态环境难以定位导航的问题,提出了基于惯性加速度辅助卫星跟踪环路算法,通过惯性加速度估算环路多普勒频移变化率,压缩了环路需承载的动态性,从而减少环路等效噪声带宽,降低了跟踪环路带内干扰,提高卫星接收机抗干扰能力.对所提算法的普适性、动态性、抗干扰性以及惯导估算误差影响等方面进行了仿真评估,仿真结果验证了算法的正确性,同时证明所提算法相比传统算法动态性大大提升,抗干扰能力提升5-8,d B,可以容忍较大惯导辅助信息误差,为算法工程化奠定了基础.

基于“导航战”的北斗卫星定位抗干扰策略

为了进一步加强北斗卫星定位系统的抗干扰应用,立足“导航战”理念,提出电磁干扰环境下北斗卫星定位抗干扰策略:在总结北斗卫星信号结构和特性的基础上,查找北斗接收机面临人为干扰的薄弱环节,并重点对压制式、欺骗式和组合式干扰的机理、特点等进行分析;结合“导航战”3种属性进行逆向思维,从可用信号增强、干扰信号抵消、其他定位辅助等3个角度设计抗干扰总体策略;最后针对接收机抗干扰,提出一种“圆形阵列天线/空时域滤波”的压制式干扰对抗策略,以及惯导辅助定位、基于宽窄巷组合的载波相位差分等2种欺骗式干扰对抗策略。研究结果可为“导航战”理念实战转化和接收机抗干扰相关研究提供参考。

超紧组合导航系统SINS辅助GPS快速捕获技术研究

为提高强干扰和高动态环境下,GPS接收机的灵敏度,缩短首次定位时间及失锁重捕时间,研究了超紧组合导航系统中SINS辅助GPS快速捕获技术。首先,研究了基于FFT的并行快速捕获技术,采用相干累加方法,提高弱信号环境下的捕获灵敏度。采用循环移位、平均采样以及FFT模块复用技术,降低捕获算法的运算量和硬件资源占用率。其次,采用SINS辅助捕获技术,提高接收机高动态环境下的捕获灵敏度,降低首次定位时间和失锁重捕时间。经仿真验证,结果表明,所采用技术是有效的,在高动态和弱信号条件下,接收机捕获时间和灵敏度均显著提高。

对主动雷达导引头无源侦察截获性能分析

主动雷达导引头可提供精确且稳定的测速信息,具有辅助惯导的潜力。飞行中段主动雷达导引头开机采用导引头/惯导信息融合,可在不增加硬件设备基础上提高导航精度,同时也可能将暴露于敌方的侦察设备探测范围内。重点分析了无源电子侦察对导引头雷达的截获情况,提出了通过窗口函数模型法来分析影响舰载侦察设备的截获时间等主要因素,得出一些有意义的结论。仿真分析表明,该方法很好的解决了复杂电磁环境下导引头融合算法的选择问题,为提出合理的中段信息融合方案建立理论依据。

INS辅助的GNSS接收机信号捕获性能分析

针对信号捕获过程中Doppler频移造成的影响,采用INS辅助的GNSS信号捕获方法,分析了INS辅助后卫星信号捕获的性能。利用INS速度误差方程与Doppler误差之间的关系,分析INS辅助后的捕获性能,并通过性能参数的比较,理论上验证了INS辅助后的捕获能力的提升。仿真结果表明,INS辅助能够有效提高信号捕获的检测概率和对弱信号的捕获能力,并大幅减小平均捕获时间。同时,考虑到INS器件参数的关键性作用,采用战术级的INS器件完全满足工程需求。

SINS/GPS超紧致组合导航系统设计及分析

在GPS软件接收机和SINS辅助GPS跟踪技术的基础上,提出了一种SINS/GPS超紧致组合导航方案。该超紧致方案在GPS软件接收机的捕获环节中加入了基于相位估计的精细捕获算法,从而提高了频率捕获精度,省略了频率跟踪牵引过程;在信号跟踪环节中,利用SINS位置、速度信息与卫星参数,求取接收机与卫星之间的径向距离和径向距离率,为码环、载波环提供辅助,从而降低了载体动态变化对跟踪环的影响,提高了跟踪环的动态跟踪性能;同时,降低载波环噪声带宽,减小码环相关间隔,从而提高了载波环和码环的跟踪精度。

基于EKF载波跟踪环路的INS辅助性能分析

针对采用传统方式进行惯性导航系统(INS)辅助载波跟踪环路时,辅助性能取决于INS自身精度的问题,提出了基于扩展卡尔曼滤波(EKF)的INS辅助载波跟踪环路的结构.对载波跟踪环路和INS辅助载波跟踪环路的结构进行介绍,分析了影响载波跟踪精度的因素,对基于EKF的环路结构和滤波器模型进行设计.通过仿真验证,基于EKF的INS辅助跟踪环路结构,能够抑制载波相位跟踪偏差的噪声,提高INS对载波环路的辅助性能,降低辅助环路对INS精度的依赖.