车载导航系统中航向信息融合技术研究

为了提高运动载体航向测量的精度,针对角速率陀螺误差随时间积累和磁罗盘易受外界磁干扰的问题,设计了磁罗盘、角速率陀螺和GPS航向信息融合方案。文中分析了磁罗盘、角速率陀螺和GPS的误差特性,进行了误差建模,构建了综合滤波模型,然后根据GPS可能出现的信息失落、遮挡等问题,采用一种能够检测磁罗盘低频磁干扰,并对干扰误差进行剔除的前置检测环节(PDL)。通过仿真实验可知,本文研究的信息融合算法不仅能够有效地抑制磁罗盘高频磁干扰以及角速率陀螺的积累误差,同时也可很好地抑制磁罗盘的低频干扰误差,可以给运动载体提供较高精度的航向信息,且在GPS信号质量不好的情况下,基于PDL的补偿滤波可作为一种辅助方案,保证载体在较长时间内保持较高精度的航向。

多航向传感器信息融合与容错联邦卡尔曼滤波器在舰艇综合导航系统中的应用

不同的航向确定方法呈现不同的误差特性,通过多航向传感器的信息融合能够获得更稳定、准确的航向测量。本文提出了一种包含多个航向传感器数据融合和故障容错联邦卡尔曼滤波器的组合导航方法。该方法能够实现多个航向传感器的数据融合,同时还能实现传感器的在线故障检测和实时容错。首先基于输出误差协方差的权值法对航向测量进行最优融合,然后基于状态卡方和残差卡方设计了一个容错联邦卡尔曼滤波器,该滤波器能够检测并隔离故障的航向传感器。实测数据试验表明,该方法能够达到预期的舰艇组合导航系统的故障容错性能。

无人机航向测量抗差补偿滤波技术研究

针对角速率陀螺误差随时间积累和电子磁罗盘易受外界干扰的问题,为提高低成本自主导航精度,设计了角速率陀螺和电子磁罗盘信息融合的组合方案。并对传统的补偿滤波方法进行改进,提出一种能够检测出电子磁罗盘的低频干扰,并对干扰误差进行剔除的抗差补偿滤波算法。通过对角速率陀螺和电子磁罗盘进行误差建模和仿真实验可知,抗差补偿滤波器可以有效地抑制磁罗盘高频干扰误差和角速率陀螺的积累误差,同时,也可很好地抑制磁罗盘的低频干扰误差。结果表明:研究的抗差补偿滤波算法效果明显,是一种简单可靠的航向融合方法。

棚架果园自主导航机器人快速上线方法与试验

棚架果园是一种适用于葡萄、梨和猕猴桃等水果的枝蔓布于架上的果树种植方式,棚架果园环境对卫星信号遮挡严重,现有研究多通过分析果园局部环境特征实现农机的自主导航作业。自主导航的行头上线性能影响生产作业的质量和效率。为了实现棚架果园环境下基于相对定位导航方式机器人的快速上线,该研究提出了一种基于电子罗盘与激光雷达航向信息融合的位姿检测方法,依据精准位姿信息规划上线轨迹和最优上线角以实现快速的上线。该系统作业时,通过触控串口屏人机界面向控制器输入先验棚架朝向信息,融合电子罗盘和激光雷达航向信息获得机器人相对于果树行的精准位姿,按照位姿偏差指标的不同阈值进行车体位姿状态归类并触发相应上线轨迹程序,并以求解的最优上线角度实现快速上线。在模拟棚架葡萄园环境中以自主研发的葡萄生产机器人为试验平台开展快速上线性能试验。试验结果表明:在恒定速度0.3 m/s、初始横向偏差1.4 m和航向偏差-π/4,-π/18,0,π/18,π/4的条件下,上线时间分别为6.11、7.15、7.46、7.74、8.90 s,上线距离分别为1.357、1.367、1.387、1.383、1.403 m。该研究以最优上线角完成自主导航系统快速上线,可为棚架果园无人化作业技术研究提供参考。