因子图框架下里程计辅助GNSS/INS组合导航算法

在复杂观测环境下,GNSS/INS组合导航系统的GNSS信号易受干扰从而导致INS独立导航精度迅速下降。针对上述问题,本文基于因子图的里程计辅助GNSS/INS组合导航算法,利用里程计观测信息结合非完整性约束构建航向速度约束方程,同时采用能多次线性化计算和多次迭代的因子图优化方法进行参数估计。实际车载试验解算结果表明,在GNSS信号良好时,基于因子图方法比滤波方法具有更快的收敛时间,收敛速度提高了近10倍;在GNSS信号发生中断时,添加里程计辅助后组合导航系统在东向和北向分别提升了83%和89%。与传统的滤波融合手段相比,本文采用因子图优化后在东向和北向的定位精度分别有63%、70%的改善。

基于自适应高斯渐进滤波的工程车GNSS/INS紧组合定位

研究了量测野值影响下的工程车GNSS/INS紧组合定位问题,提出了一种基于自适应高斯渐进滤波的车辆定位方法。首先,为降低量测野值对滤波器的破坏风险,利用假设检验方法对量测野值进行检测和剔除;其次,对于野值漏检测引起的定位性能下降的问题,设计了自适应的高斯渐进滤波方法来补偿量测的不确定性;特别地,利用线性化误差与系统估计误差的变化关系,对渐进量测更新方式进行了改进,从而实现对线性化误差的间接补偿。最后,通过工程车GNSS/INS紧组合定位实验进行结果分析,验证了所提方法的可靠性和优越性。

基于MEMS IMU的GNSS RTK/INS紧组合定位分析

本文针对复杂动态的城市环境自动驾驶规模化应用需求,提出惯性单元辅助RTK快速收敛的自动驾驶低成本、高精度定位方法。使用MEMS IMU M39和战术级IMU Pos320,通过对多组实测车载数据进行仿真中断,得到INS位置漂移误差、模糊度收敛时间、模糊度固定正确性指标,再对无惯导辅助、M39辅助模糊度固定和Pos320辅助3种情形下的模糊度固定时间和定位精度进行了统计和分析。结果表明,M39在GNSS中断5 s时可辅助RTK实现模糊度瞬时固定,中断时间为10 s时可以将RTK模糊度收敛时间压缩至1/4。MEMS IMU的加入使得RTK模糊度固定错误个数显著下降,10 cm以内高精度定位占比由62.25%提高至98.44%。试验验证了MEMS IMU辅助RTK能够加快模糊度收敛速度,提高了其在自动驾驶导航定位应用中的精度和可靠性。

城市峡谷下视觉辅助的GNSS/INS多阶段定位方法

城市峡谷环境中卫星信号遮挡严重且质量易变,导致智能车的定位易失准甚至失效。为有效利用可观测的卫星信号,提出了一种基于可视卫星的GNSS/INS融合定位方法。首先,利用鱼眼相机筛选视距卫星,进而基于正交回归拟合方法定义空视情况优劣;接着,构建基于因子图的GNSS/INS融合定位框架,考虑到观测的不稳定性,分别构建了伪距、多普勒频率、载波相位观测因子,并在满足观测条件时增添对应的约束因子进行优化;最后,设计了基于空视情况的区间优化规则,优化长度跟随遮挡区间变化,以适应不同的遮挡情况。实车实验表明,相比传统的多传感融合方法,本文的多阶段定位方法在严重遮挡区域内定位精度提高了40%以上,有效提高了城市峡谷中的定位精度。

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。

玄参水提取物对高糖暴露条件下INS-1细胞AMPK的激活作用

目的研究玄参水提取物(AESN)对高糖(HG)条件下INS-1细胞腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)活性的影响。方法将INS-1细胞培养于HG培养基中,并给予不同浓度AESN共孵育处理;利用细胞计数试剂-8(CCK-8)法检测AESN干预对细胞增殖/活力和焦亡小体形成的影响,使用Western blotting法观察AESN对细胞内AMPK表达及磷酸化水平的影响;利用时间分辨-荧光共振能量转移(TR-FRET)实验检测AESN对AMPK激酶活性的影响。结果CCK-8检测结果显示同正常培养条件相比,HG暴露显著降低INS-1细胞增殖/活力并增加焦亡小体形成数量,Western blotting检测结果表明HG暴露可导致细胞内AMPK磷酸化水平下降;而AESN共孵育可呈浓度依赖性地增加INS-1细胞增殖/活力、抑制焦亡小体形成并激活AMPK。TR-FRET实验结果表明,AESN可浓度依赖性增加AMPK激酶活性。结论AESN对HG暴露条件下INS-1细胞AMPK具有激活作用。

基于组合历元新息抗差的GNSS/INS欺骗检测方法

针对传统的全球卫星导航系统/惯性导航系统(GNSS/INS)新息平均抗差欺骗检测算法对阶跃式欺骗存在检测时延长、对斜坡式欺骗检测不敏感等问题,提出了一种基于组合历元新息抗差的GNSS/INS欺骗检测方法。检测方法联合使用单历元新息和多历元新息平均检测方法提高检测效率,构造多历元等价权因子加大对斜坡式欺骗的削弱力度,按欺骗类型进行分类处理。实验结果表明,与单历元新息检测方法和多历元新息平均检测方法相比,所提方法更具敏感性,能够检测到单历元新息无法检出的10 m的阶跃式欺骗和多历元新息平均法无法检出的0.03 m/s的斜坡式欺骗;多历元等价权因子能削弱在检测到斜坡式欺骗之前误差跟踪效应对新息的影响;在多通道欺骗场景下,所提方法使检测时延缩短了21.3%,对欺骗进行分类处理使得与真实轨迹的最大位置误差减小了86.6%,均方根误差减小了96.8%。

LS-SVM和抗差估计的GNSS/INS紧组合欺骗检测算法

针对传统欺骗检测算法对斜率较小的斜坡式欺骗检测时间过长、虚警率和漏检率偏高等问题,提出一种最小二乘支持向量机(LS-SVM)和抗差估计的全球卫星导航系统(GNSS)和惯性导航系统(INS)紧组合欺骗检测算法。所提算法通过抗差自适应调整增益矩阵,有效削弱欺骗对新息的影响,将抗差优化的训练数据集经LS-SVM回归得到的预测新息来代替滤波器中的欺骗新息,从而进一步提高对斜率较小的斜坡式欺骗检测处理能力。仿真结果表明:在检测欺骗值为0.1 m/s的斜坡式欺骗时,所提算法与传统算法相比,检测时间缩短26.65%,虚警率降低40.63%,定位精度提高72.72%。所提算法具有检测快、虚警率低的优势,适用于GNSS/INS紧组合导航用户的斜坡式欺骗检测。

基于GNSS/INS的拖拉机导向轮偏转角度测量系统设计与试验

传统的角度传感器在拖拉机导向轮偏转角度的测量中存在准确度不足、安装调试复杂等问题,这些问题制约了拖拉机在自动导航作业时的高精度、高稳定性的需求。鉴此,本文旨在构建并验证一种新型系统,该系统基于全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)和惯性导航系统(inertial navigation system,INS)的技术原理,能够实现对拖拉机导向轮动态角度的实时解算。首先,对GNSS/INS融合原理进行了深入的分析,并设计了相应的GNSS/INS数据测量台架试验,以获取角度传感器的测量值。随后,采用卡尔曼滤波(Kalman filter,KF)、扩展卡尔曼滤波(extended Kalman filter,EKF)和无迹卡尔曼滤波(untraced Kalman filter,UKF)三种滤波算法对角度测量值的滤波处理,以超调量、响应时间和稳定性等指标进行评价,结果表明UKF在本系统中表现最优。其次,针对不同工况(沥青路面和农田),进行了拖拉机在自动导航下转向和直线性能测试。在转向性能测试中,进行了1°、5°和15°的不同角度的固定测量,结果显示在1°时两种环境的响应时间最小,但均产生了最大超调量,同时随着角度的增加,系统对稳态误差的降低有明显作用。直线自动导航性能测试中,沥青路面和农田的最大横向偏差分别为17.51 mm和18.52 mm,系统误差分别为10.45 mm(2σ)和21.07 mm(2σ)。通过对比两种工况,沥青路面的各项性能指标上均优于农田环境,但两种工况在精度、响应时间和平稳性上均满足自动导航系统需求,可应用于拖拉机的自动导航作业中。

基于VB-EKF的GPS/INS松组合导航定位算法

针对应用在无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)中的全球定位系统/惯性导航系统(GPS/INS)松组合导航非线性系统受到外界噪声干扰导致量测噪声在滤波时不断变化,从而造成滤波精度下降等问题,提出一种变分贝叶斯扩展卡尔曼滤波(VB-EKF)算法。该算法利用EKF(Extended Kalman Filter)将非线性系统中的状态函数和量测函数展开为线性方程,并将两个不同的导航系统数据进行融合,避免了单系统导航定位发散的问题。考虑到组合系统中量测噪声的时变特性,引入变分贝叶斯算法进行改进,有效解决了系统滤波精度下降问题。仿真结果表明,VB-EKF较EKF算法可有效提高滤波稳定性,进而提高系统导航定位精度。

低功耗BDS-SPP/INS融合定位系统的设计与试验

【目的】融合定位设备大多依赖于BDS-RTK,而BDS-RTK功耗大,在网络信号不佳的区域无法获取差分链路,只能使用标准单点定位(Standard point positioning,SPP),而SPP定位系统存在定位误差大、抗干扰能力弱的问题。本研究致力于解决这些问题。【方法】提出一种惯性导航系统(Inertial navigation system,INS)和BDSSPP传感器信息融合卡尔曼滤波方法,基于该方法开发了低功耗融合定位系统。采用BDS-RTK作为基准,测试了BDS-SPP的低功耗模块静态和动态的误差、航姿参考系统(Attitude and heading reference system,AHRS)零偏和噪声,同时进行滤波器融合定位试验,检测在单天线BDS受到干扰时AHRS的断点续航情况。【结果】BDS定位的静态误差为0.4726 m,BDS-SPP/INS融合定位系统动态平均标准差小于1.9137 m,相较于融合前减少0.1652 m。断点续航试验结果表明,融合定位系统偏移距离平均标准差为3.6365 m,相较于融合前减少了2.5900 m。BDS-SPP/INS融合定位系统比BDS-RTK定位系统功率降低了33.3 W;融合后的输出频率较单独采用BDS-SPP情况提高了3倍。【结论】本文的融合定位装置提高了BDS-SPP的抗干扰能力,减少了定位误差,可以在缺少RTK链路的情况下为农业机器人提供定位,可以为农业机器人导航研究提供了技术基础。

基于北斗三号DGNSS/RDSS/INS的高性能轻量级导弹编队基线测量方法

在导弹编队基线测量是导弹集群攻击的前提下,针对导弹编队基线测量问题,提出了一种基于北斗三号DGNSS/RDSS/INS的高性能轻量级基线测量方法。以北斗RDSS区域短报文作为编队数传链路,基于北斗三号DGNSS/INS建立伪距单差观测模型,在GNSS信号连续正常或信号中断情况下,进行DGNSS与INS组合导航实现稳定的基线测量输出。仿真结果表明:在GNSS信号连续正常的观测历元中,DGNSS/INS组合导航可以实现稳定的基线测量输出。在GNSS信号中断20 s以内,DGNSS/INS组合导航在东向(E)、北向(N)的基线测量误差小于2.5 m(1σ),天向(U)的基线测量误差小于3.0 m(1σ)。与RTK算法相比,伪距单差模型对算力的要求降低了70%~80%。

GPS/INS组合导航终端的全向位置驱离算法研究

随着微惯性导航系统技术的发展,越来越多的无人平台装备了GPS/INS组合导航终端并具备了一定的抗欺骗能力,但现有的卫星导航欺骗方法难以满足对欺骗目标任意方向的位置驱离需求。为解决这一问题,提出了一种GPS/INS组合导航终端的全向位置驱离算法,可用于对非法无人平台管控的场景。该方法以卫星欺骗信号的设计为突破口,首先分析了卫星导航欺骗对组合导航位置和状态参数的影响,接着将卫星导航欺骗对组合导航状态参数的影响量作为求取欺骗信号的约束条件,进而确定位置驱离所需卫星欺骗信号的欺骗量,接着利用确定的欺骗量建立全向位置驱离模型,最终利用建立的模型生成对应的欺骗信号实现对组合导航终端的全向位置驱离任务。试验验证了本文设计的算法能够实现对组合导航终端360°任意方向的位置驱离。

复杂环境下GPS+BDS-3 PPP/INS紧组合算法性能分析

针对城市复杂环境下精密单点定位(PPP)连续高精度定位受限的问题,本文基于北斗三号全球卫星导航系统(BDS-3)与全球定位系统(GPS)双系统,利用PPP与惯性导航系统(INS)紧组合算法来改善城市复杂环境下定位性能。通过构建GPS+BDS-3双系统PPP/INS紧组合滤波模型,分别对GPS PPP、GPS+BDS-3 PPP、GPS PPP/INS紧组合、GPS+BDS-3PPP/INS紧组合4种方案在城区开阔、复杂环境下的定位、测速、定姿性能进行了分析和评估。实验结果表明,开阔环境下PPP/INS紧组合相比PPP定位精度略有提升;而在复杂环境下PPP/INS紧组合可显著解决PPP定位结果连续性和有效性较差的问题;引入BDS-3后,PPP/INS紧组合导航性能进一步提升,GPS+BDS-3 PPP/INS紧组合相比GPS PPP/INS紧组合,在东、北、天方向上,开阔环境下定位精度分别提升18.5%、32.7%、43.2%,复杂环境下定位精度分别提升35.9%、49.1%、56.5%。

丝胶靶向Akt1调控PI3K/Akt信号通路促进STZ致损伤INS-1细胞增殖

目的探讨丝胶是否通过靶向Akt1调控磷酸肌醇-3-激酶(PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B,Akt)信号通路促进链脲佐菌素(STZ)致损伤大鼠胰岛素瘤细胞(INS-1细胞)增殖。方法INS-1细胞随机分为4组:对照组(不予任何处理)、模型组(给予10 mmol/L STZ处理细胞)、丝胶组(给予10 mmol/L STZ+600μg/mL丝胶处理细胞)、抑制剂组(给予10 mmol/LSTZ+600μg/mL丝胶+0.3 mmol/L的Akt1抑制剂A-674563处理细胞)。药物作用时间均为24 h。CCK-8法检测各组INS-1细胞存活率。免疫蛋白印迹法(western blot)检测PI3K/Akt信号通路相关蛋白PI3K、p-Akt和增殖相关蛋白增殖细胞核抗原(PCNA)、细胞核增殖相关抗原Ki67(Ki67)的表达情况。结果与对照组相比,模型组INS-1细胞存活率下降(P<0.05),PI3K、p-Akt1、PCNA和Ki67的蛋白表达显著下降(P<0.05);与模型组相比,丝胶组INS-1细胞存活率上升(P<0.05),PI3K、p-Akt1、PCNA和Ki67的蛋白表达显著增多(P<0.05);与丝胶组相比,抑制剂组INS-1细胞存活率下降(P<0.05),p-Akt1、PCNA和Ki67的蛋白表达显著下降(P<0.05)。结论丝胶具有促进STZ致损伤INS-1细胞增殖的作用,其作用机制与丝胶通过靶向Akt1调控PI3K/Akt信号通路有关。

丝胶通过PI3K/Akt信号通路对受损INS-1细胞糖酵解的调控作用

目的观察丝胶对链脲佐菌素(STZ)致损伤大鼠胰岛素瘤细胞(INS-1细胞)PI3K/Akt信号通路和糖酵解的调控作用。方法实验以体外培养的INS-1细胞为研究对象随机分为五组,正常对照组、模型组、丝胶组、Akt1抑制剂组、Akt1激动剂组。运用蛋白印迹和实时荧光定量PCR法检测各分组细胞的磷脂酰肌醇-3-激酶(PI3K),蛋白激酶B(Akt),磷酸果糖激酶-1(PFK1),6-磷酸果糖-2,6-二磷酸酶(PFKFB2)的蛋白及mRNA的表达情况。结果与正常对照组相比,模型组PI3K,p-Akt,PFK1,PFKFB2的蛋白表达显著下降(P<0.05);丝胶组与模型组相比PI3K,p-Akt,PFK1,PFKFB2的蛋白表达显著增高(P<0.05);Akt1抑制剂组与丝胶组相比,p-Akt,PFK1,PFKFB2的蛋白表达显著降低(P<0.05);Akt1激动剂组与丝胶组相比,p-Akt,PFK1,PFKFB2的蛋白呈现上升的趋势。各组INS-1细胞中PI3K,Akt,PFK1,PFKFB2 mRNA的变化趋势与蛋白一致。结论丝胶对STZ致损伤INS-1细胞发挥保护作用的机制可能是,靶向Akt1影响PI3K/Akt信号通路增强糖酵解。

一种高精度地图辅助的UWB/INS组合定位方法

提出了一种高精度地图辅助的UWB/惯性导航系统(Inertial Navigation System,INS)紧组合定位算法,即利用数字测图方法获得高精度地图信息并建立地图数据库,采用线段匹配算法识别非视距(Non-Line-of-Sight,NLOS),使用抗差卡尔曼滤波(Robust Kalman Filter,RKF)融合UWB/INS的组合定位方法。实验结果表明,本文提出的算法平面定位精度在0.25 m内,能够在复杂的室内环境下提高UWB/INS组合定位系统的定位精度和稳定性。

基于GNSS/INS组合精密定位模糊度校正方法在城市车载测绘系统中的应用研究

城市车载测绘系统在城市环境下进行精密定位时面临着多路径效应和信号遮挡等问题,导致定位精度下降。为了解决这一问题提出了基于GNSS和INS组合的精密定位模糊度校正方法。研究结果表明,基于GNSS和INS组合的精密定位模糊度校正方法能够有效地提高城市车载测绘系统的定位精度,减小多路径效应和信号遮挡对定位精度的影响,该方法具有重要的应用价值和广阔的推广前景。

GPS与INS的组合定位技术研究

组合定位技术是一种新的导航技术,能够使多个导航系统实现信息的互补性和协同性。其中,GPS和惯导结合是一种较为理想的组合定位系统,而深度融合模式是目前GPS和惯导(INS)联合使用的最佳方式,因此,对深度融合模式的研究显得尤为重要。

基于简化鲁棒UKF的GNSS/INS紧组合列车定位方法

针对GNSS/INS组合列车定位中的信息融合非线性与传感器量测故障问题,为满足复杂多变列车运行场景下列车定位精度与鲁棒性的需求,提出一种基于简化鲁棒UKF的GNSS/INS紧组合列车定位优化方法。综合标准KF的时间更新与标准UKF的量测更新来构建简化UKF,在保证GNSS/INS紧组合列车定位精度的同时改善定位解算实时性。在简化UKF滤波框架内,引入故障检测与自适应调整因子构建简化鲁棒UKF,可以快速检测传感器量测故障导致的系统故障,并对故障历元的量测噪声协方差进行自适应调整降低滤波增益,使得滤波算法具有较强的鲁棒性。采用京沈高铁实测数据与故障仿真数据进行算法定位性能验证与评估,结果表明:基于简化UKF的GNSS/INS紧组合定位算法水平定位精度为2.6865 m,与传统EKF滤波模型下的紧组合与松组合方法相比定位精度分别提高5.6%和15.0%。此外,提出的简化鲁棒UKF方法可以快速有效检测到不同类型的传感器量测故障,且大幅抑制传感器量测故障,优化复杂运行场景下的列车定位精度与鲁棒性。