基于两个点集间参数估计的DVL标定方法

[目的]为了提高无人艇(USV)捷联惯性导航(SINS)与多普勒计程仪(DVL)组合导航的精度,需要对DVL误差进行精确标定。[方法]首先,对DVL的安装误差角、杆臂、比例因子进行误差建模,着重分析舰船中杆臂误差项对组合导航定位产生的影响;然后,提出一种基于两个点集间参数估计的DVL误差标定方法,即将SINS/GNSS导航参数与DVL输出参数视为两个点集,将标定问题转换为两个点集间差值的估计问题,再利用卡尔曼滤波器对两个点集间的误差参数进行估计;最后,利用基于奇异值分解(SVD)的可观测性分析,对不同运动条件下滤波器的可观测性定量分析,给出标定过程中载体的运动策略。[结果]数学仿真和海试试验结果表明,标定后的SINS/DVL算法全局相对精度可达到0.122%航程;在角机动时,杆臂会导致SINS/DVL定位突变;补偿杆臂后的定位误差更加平滑,且整体上具有更小的定位误差。[结论]所提方法可为包括杆臂在内的各项DVL误差标定提供可行的途径。

Attention-GRU神经网络辅助的SINS/DVL组合导航算法

针对多普勒测速仪(DVL)短时失效导致定位精度下降的问题,提出了一种注意力机制门控循环单元(Attention-GRU)辅助的捷联惯导(SINS)/DVL组合导航算法。当DVL测速有效时,使用SINS/DVL组合导航信息对Attention-GRU神经网络进行训练。当DVL故障时,使用训练完毕的Attention-GRU神经网络预测DVL速度辅助校正SINS。仿真结果表明:当DVL故障时,Attention-GRU相对纯惯性导航系统和GRU在匀速运动状态的平均速度误差分别减小了71.35%和3.48%,平均位置误差分别减小了34.76%和1.74%;在运动状态变化时平均速度误差分别减小了58.45%和14.67%,平均位置误差分别减小了9.82%和2.27%。

DVL/SINS松紧组合的等价性分析及改进的虚拟波束辅助紧组合算法

系统地研究了不同波束可用情况下的多普勒计程仪(Doppler velocity logger,DVL)/捷联惯性导航系统(strapdown inertial navigation system,SINS)紧组合导航算法。证明了3个或4个波束可用情况下,DVL/SINS波束域紧组合的定位精度与三维速度松组合系统具有等价性,并给出了松组合中量测协方差阵的确定方法。针对紧组合系统定位精度随可用波束减少而降低的问题,考虑DVL的误差参数,基于载体运动约束和压力深度计提出一种改进的虚拟波束辅助紧组合算法。实验结果表明,3个或4个波束可用时的松组合与紧组合的定位精度等价;改进的虚拟波束辅助紧组合算法可以准确跟踪故障的波束速度,有效提升了不同波束可用情况下紧组合的定位精度。

DVL辅助的无人水下航行器回溯式无纬度运动对准方法

针对无人水下航行器需要精确的姿态信息而位置信息无法获得或无需提供的应用场景,提出一种多普勒测速仪(DVL)速度辅助的无纬度回溯运动对准方法。在粗对准阶段,通过对惯性系视速度矢量拟合粗略估计惯性导航系统(INS)的姿态矩阵和纬度信息,并完成惯性传感器数据的抽取和存储;在精对准阶段,重复利用粗对准阶段的存储数据完成INS/DVL卡尔曼滤波精对准。采用数据压缩存储和正向回溯导航技术,减小了存储空间和计算量,等效缩短了对准时间。船载实验表明,算法可在初始纬度未知条件下10min完成行进间对准,航向精度达0.085°,与纬度已知的传统对准方法精度相当。

基于改进Sage-Husa自适应滤波算法的SINS/DVL组合导航

捷联惯性导航系统(SINS)与多普勒计程仪(DVL)组合导航时需考虑量测数据异常问题。针对该问题,设计一种基于渐消因子动态调整的改进Sage-Husa自适应滤波。此滤波旨在解决自适应滤波估计量测噪声参数性能对渐消因子依赖性强的问题,提升DVL量测信息异常情况下的导航精度。实验结果表明,基于渐消因子动态调整的改进Sage-Husa自适应滤波,在DVL数据异常的复杂环境中仍可具有较好的信息处理能力,导航性能提高显著,实现高精度的组合导航,具有一定的研究与参考价值。

基于状态变换卡尔曼滤波的DVL/SINS组合导航算法

针对捷联惯性导航系统(strapdown inertial navigation system,SINS)误差定义存在的坐标系不一致的问题,将速度误差统一投影在真实导航坐标系中,基于状态变换Kalman滤波推导了更严密的SINS姿态、速度和位置误差方程。进一步地,在新定义的速度误差和SINS误差方程的基础上,构建了改进的多普勒计程仪(Doppler velocity logger,DVL)/SINS组合导航卡尔曼滤波状态模型和量测模型。仿真和船载实验表明,与常规DVL/SINS卡尔曼滤波模型相比,所提算法可以处理传统DVL/SINS误差模型中坐标系不一致问题的影响,可在一定程度上提高组合导航系统的性能。

基于位置观测信息的Davenport四元数DVL标定方法

多普勒计程仪(Doppler velocity log,DVL)能够实时为捷联惯性导航系统(strapdown inertial navigation system,SINS)提供外部速度辅助信息,准确稳定的DVL标定工作对提升SINS/DVL组合导航系统的性能具有重要意义。为有效解决此问题,提出了一种基于位置观测信息的Davenport四元数标定方法。在所提方法中,通过基于多普勒测速原理的位置观测推算标定刻度因子误差以减小速度量测噪声的不利影响,利用基于Davenport四元数方法的位置观测矢量方程解算标定安装角误差以增强旋转矩阵求解的稳定性。船载湖试结果表明,相比于现有方法,所提标定方法在简单和复杂的机动情况下均具有更高的准确度和更好的稳定性。

水下SINS/DVL组合导航误差抑制综述

为实现水下潜航器高精度长航时航行,基于SINS/DVL组合导航的误差抑制和校正技术是关键。对于DVL数据失效情况,介绍了不同的替代方法。比较了SINS/DVL组合数据融合常见滤波算法;从长航时导航误差抑制和校正角度,叙述了阻尼算法、地形辅助校正、重力匹配辅助定位、长基线系统辅助定位和重力扰动补偿等方法。可为水下潜航器SINS/DVL组合长航时导航误差抑制提供参考。

INS/DVL组合导航安装偏差的双矢量标定方法

为提高水上船舶中惯性导航系统/多普勒速度计程仪(Inertial Navigation System/Doppler Velocity Log, INS/DVL)组合导航系统定位精度,提出一种利用GPS定位信息进行矢量计算的安装偏差标定方法,该方法只需船舶以直线沿不同方向航行2段距离,依托GPS下的速度信息进行矢量计算,即可标定INS与DVL之间的安装偏差。试验结果表明,用该方法能够可靠地标定DVL的安装偏差,将标定结果代入评估后,组合导航精度得到有效提高。

SINS/DVL组合导航在海底挖沟机施工中的应用探索

针对难以精确监测海底挖沟机工作状态的问题,依据捷联惯性导航系统SINS(Strapdown inertial navigation system)以及DVL(Doppler log)水下组合导航技术的原理,建立组合导航模型以及误差模型,根据施工特点设置挖沟施工作业路线,依照挖沟机实际作业状态设置运动参数,并进行仿真实验,验证SINS/DVL技术在海底挖沟机管道铺设作业中的监测能力.结果表明,在铺设海底管道时,SINS/DVL组合导航系统可以实时获取海底挖沟机的工作数据,测量高精度的经纬位置、速度、姿态数据:经、纬度误差控制在±0.02°范围内;速度误差在-0.05~0.10 m/s范围内;俯仰角误差为±0.20°,横滚角误差为±0.20°,航向角误差为±1.00°.

基于自适应滤波的水下SINS/相控阵DVL组合导航算法设计

针对远程自主水下航行器的远程性和自主性,加之水下环境复杂,其导航和定位的精度很难保证的特点,设计一种基于相控阵DVL的自适应滤波的SINS/DVL组合导航算法。基于相控阵DVL特点,推导了速度观测方程,并对降维滤波器进行了设计和时空误差进行修正。采用50型激光陀螺研制出工程样机,并进行了河试试验和海试试验,试验结果表明采用自适应滤波算法能够进一步提高SINS/DVL自主导航的精度,并且SINS/DVL自主导航精度优于2‰D(D为航程),为远程水下航行器提供一种自主好、精度高、价格适中的导航手段。

基于SINS/GPS/DVL组合导航定位半实物仿真系统研究

为了满足水下航行远航程和长时间的要求,远航程自主水下航行器(AUV)采用以SINS导航为主、DVL导航为辅、卫星导航定期修正的方式来提高导航的精度和可靠性;文中研究了一种采用惯性测量器件(IMU)、GPS卫星定位导航模拟器、GPS接收机、多普勒测速仪仿真装置、ADI/RTS仿真工作站和水压模拟器构成的采用SINS/GPS/DVL组合导航方式的AUV导航半实物仿真系统,并进行了全航程仿真实验;仿真试验的结果表明,所设计的半实物仿真系统方案可行,可用于更高置信度的AUV组合导航仿真实验。

INS/GPS/DVL组合导航系统中测量延迟的影响及标定方案分析

以INS/GPS/DVL组合导航系统为例,分析了测量延迟误差对系统精度的影响(会产生较大的航向误差,继而会影响前向加表偏置)。提出了延迟误差的软硬件标定方法,包括时标法和相关系数分析法,对硬件和算法不需要作较大的改动就可以估计出延迟误差并补偿外部观测量。在无延迟、有延迟和延迟补偿后几种情况下进行了对比仿真。结果表明:该标定补偿方案可以准确地估计出延迟误差,有效地提高系统精度,几乎达到无延迟的精度水平。

水下SINS/DVL组合导航技术综述

基于捷联惯性导航系统(SINS)与多普勒计程仪(DVL)相结合的组合导航技术近年来在自主水下航行器(AUV)导航上得到了广泛应用。文中简要介绍了水下SINS/DVL组合导航的基本原理、耦合方式和系统应用研究现状;详细论述了数据融合处理技术、标定技术和DVL数据失效处理技术等3个关键技术及其研究现状;最后,探讨了水下SINS/DVL组合导航技术的发展趋势及其将要面临的技术问题。文中的研究可为水下高精度组合导航研究提供参考。

AUV中SINS/DVL组合导航技术研究

针对水下自主潜器的特点,重点介绍一种采用捷联惯导系统与多普勒计程仪的组合导航技术。通过引入多普勒计程仪提供的绝对速度,提出了输出校正与反馈校正相结合的混合校正集中卡尔曼滤波方案,仿真结果证明该方案可有效提高系统导航精度。

基于改进自适应滤波的SINS/DVL组合导航算法研究

针对水下长航时捷联惯性导航系统(SINS)与多普勒计程仪(DVL)组合定位精度问题进行研究,提出了一种改进的自适应滤波的方法。建立了SINS/DVL组合导航模型,通过对比经典Kalman滤波和Sage-Husa自适应滤波在SINS/DVL组合导航系统应用时存在的问题,利用失准时的新息对先验状态均方误差矩阵进行自适应调节,解决DVL数据突变后新息协方差严重偏离实际的问题。进行了约10 h仿真试验,结果表明:当DVL噪声突然增加到原来的10倍时,改进的自适应滤波算法相对于经典Kalman滤波提高了精度,且性能优于改进的Sage-Husa自适应滤波。

基于SINS/DVL/GPS的AUV组合导航标定方法的研究及其误差分析

为了进一步提高自主水下航行器(AUV)捷联惯导(SINS)与多普勒计程仪(DVL)组合导航定位精度,需要准确标定出SINS与DVL之间的安装误差角以及DVL的刻度系数。论文系统的介绍了组合导航系统的标定方法和流程,最后分析了组合导航系统的误差来源。

水下SINS/DVL紧组合导航算法

针对SINS安装误差角、DVL刻度系数误差及杆臂误差等因素对水下SINS/DVL组合导航精度的影响,推导了当杆臂误差不为小量时的非线性量测方程,建立了同时估计SINS与DVL误差状态的卡尔曼滤波模型,并进行了DVL量测故障检测与隔离,从而实现了SINS与DVL之间的相互校正。仿真试验表明:采用该方法在不单独进行DVL校准的情况下,可得到较高的导航精度,且具有容错导航能力。

DVL-1 cDNA重组质粒在N2a细胞中的瞬时表达

目的 将鼠dishevelled 1(DVL 1)cDNA重组质粒转染到培养的鼠成神经瘤细胞N2a ,建立瞬时表达系统 ,为研究Wnt信号途径在阿尔茨海默病 (AD)发病中的作用提供实验基础。方法 用常规分子生物学方法扩增、纯化DVL 1cDNA重组质粒 ,用紫外分光技术检测纯化质粒的纯度 ;用脂质体介导法将重组质粒转染入培养的鼠成神经瘤细胞N2a,用免疫印迹、免疫荧光法从蛋白质水平检测转染和表达效果。结果 质粒酶切电泳结果显示 :鼠DVL 1cD NA重组质粒PCS2 +MT MDVL1扩增和纯化成功 ,纯度达到要求 ;免疫印迹、免疫荧光结果显示外源鼠DVL 1cDNA重组质粒在鼠成神经瘤细胞N2a中获得表达 ,基因转染和表达率为 5 7 6 %。结论 成功将鼠DVL 1cDNA重组质粒转染到培养的鼠成神经瘤细胞N2a中 ,并获得瞬时表达。

SINS/DVL水下初始对准与定位导航

在仅有初始位置信息的条件下,给出一种SINS/DVL组合导航系统初始对准与定位导航的方法;以惯性坐标系作为SINS解算的参考基准并借助DVL测量的信息,用四元数卡尔曼滤波进行初始对准;计算载体在惯性凝固载体坐标系下的位移增量再转换至导航坐标系,完成在对准过程中及对准完成以后的定位导航;处理试验数据表明:该方法能够实现SINS/DVL组合导航系统水下航向大失准角初始对准与定位导航,可在600 s内完成初始对准,在航行4 000 s后定位精度约为航程的0.4%。