MINS/GPS一体化紧组合导航系统

采用基于MEMS技术的低成本IMU和GPS作为传感器,以DSP和FPGA分别作为计算和通信器件,实现一体化紧凑型的紧组合导航系统。除去外接天线,整个导航系统尺寸为12 cm×12 cm×11.6 cm。算法方面,采用扩展卡尔曼滤波器,以伪距、伪距率误差作为观测量进行实时滤波估算导航系统的状态量,进而修正系统误差。采用双子样优化的圆锥效应和划船效应补偿算法,实现100 Hz的导航数据输出。通过静态和跑车实验验证,该系统的静态水平定位误差为0.2 m(CEP),动态水平定位误差优于10 m(CEP),俯仰角和横滚角误差为0.3°,航向角误差为0.5°。

低成本MINS/GPS组合导航系统的设计实现

设计了一种基于MEMS惯性器件和ARM微控制器的低成本MINS/GPS组合导航系统。GPS辅助信号的引入克服了MEMS惯性器件精度低、稳定性差,无法独立完成长时间导航的问题。文中针对组合滤波中的非线性和滤波发散等问题,采用自适应UKF算法解决,完成了系统原理样机的设计实现,并进行了相关测试。静态实验和跑车实验证明,系统设计方案可行,具有一定的精度、稳定性和实用价值。

MINS/GPS组合导航系统车载试验误差特性分析

分析了MINS/GPS组合导航系统车载试验中卡尔曼滤波器各状态的滤波效果。介绍了捷联惯导的误差方程,并将陀螺零偏和加速度计零偏扩展为卡尔曼滤波器的状态,从而建立15维状态的组合导航滤波模型。采用PWCS可观测性理论分析了滤波器各状态的可观测性,并预测了这些状态在车载试验中的滤波效果。车载试验结果验证了理论分析结论。MINS/GPS组合导航系统车载试验中,位置误差和速度误差估计准确;姿态误差与加速度计零偏误差存在耦合,滤波中不能完全解耦;陀螺零偏误差不能有效收敛。

紧耦合MINS/GPS组合导航系统数据融合的分析与处理

针对MINS/GPS组合导航系统的松耦合、紧耦合组合方案进行了讨论,借鉴国内外对紧耦合MINS/GPS组合模式的研究,分析了松耦合、紧耦合和超紧耦合MINS/GPS组合模式的构成和工作原理,通过理论分析建立了基于伪距差分的组合卡尔曼滤波模型。通过半实物仿真试验研究紧耦合MINS/GPS系统数据融合处理的特性。

高性能MINS/GPS组合导航计算机研究

针对MINS/GPS组合导航计算机设计中所面临的具体要求,设计了一款基于高性能浮点DSP及FPGA的组合导航计算机。在该系统的设计中,FPGA EP20K160E负责系统的数据采集和主要的逻辑控制,浮点DSP TMS320C6713则在植入嵌入式操作系统后主要负责导航信息的处理,并能够有效支持本系统所采用的基于模糊自适应卡尔曼滤波器的数据融合方法。跑车实验结果证明:基于选用的DSP和FPGA所设计的导航系统的精度和实时性均能达到设计要求,并具有低成本、体积小等优点,对微型导航技术的广泛应用具有实际意义。

制导炮弹用MINS/GPS滚转角在线对准方法

针对制导炮弹空中飞行时间短、无法实现有目的机动的问题,提出了一种制导炮弹用MINS/GPS（Micro Inertial Navigation System/Global Position System）滚转角在线对准的方法。该方法首先利用弹体绕质心转动的运动学方程,建立了制导炮弹发射后的滚转角在线对准模型,并从理论上推导了该模型的对准误差,最后以低旋尾翼弹为研究对象进行了仿真验证。仿真结果表明：提出的滚转角在线对准方法获得的滚转角误差分布在0°-2°范围内,能够有效地辨识出弹体飞行过程中的滚转角,满足空中粗对准的滚转角估计精度要求。

MINS/GPS组合导航系统设计与实验

设计了一套MINS/GPS组合导航系统实验样机,可实时输出导航位置、速度和姿态信息。以GPS接收机的秒同步脉冲(PPS)与串口通信协议尾字节作为对齐标志,完成MINS与GPS时间同步;利用GPS的速度信息进行车载实验初始方位角对准,并利用横向约束条件标定惯导与车体间的方位安装误差角;设计了基于虚拟噪声的现场最优标定方法。以上措施均有效提高了系统的精度和可靠性。车载实验结果表明:无GPS辅助时,纯惯性导航在120 s时刻满足短时间惯性导航精度要求;组合导航定位精度在30min内与GPS相当。

一种制导炸弹MINS／GPS导航系统误差分析与分配

研究了对准误差和惯性敏感器主要误差对制导炸弹捷联惯导位置误差的影响,并从捷联惯导位置导航精度要求反推出对准误差和微机械惯性敏感器工具误差的分配原则和方法。分析了微机械陀螺和微机械加速度计的误差模型,并说明在短时间工作过程中均可简化为零偏叠加随机噪声。捷联惯导系统误差模型研究和弹道仿真表明,水平姿态对准误差和惯性敏感器零偏是制导炸弹惯导误差的主要误差源,用GPS辅助的组合导航可对所有主要误差源的误差进行估计并补偿。根据理论分析和仿真结果,以及误差源的误差和系统导航位置误差存在的正比关系,分析了MINS/GPS制导炸弹捷联导航的误差分配原则和方法,并给出了误差分配样例。

自适应联邦滤波器及其在组合导航系统中的应用

针对现有的信息分配方法在滤波精度和自适应性方面存在不足的问题,设计了一种在模糊神经网络基础上改进的自适应联邦滤波器,利用模糊神经网络自适应地调整信息分配系数,从而有效抑制干扰对子滤波器工作状态的影响,使主滤波器能够充分、有效地利用子滤波器的信息。将这种自适应联邦滤波器应用到MINS/GPS组合导航系统设计中,并对系统进行了仿真。通过与基于常规联邦滤波器的组合系统的仿真结果比较可知,自适应联邦滤波器的组合系统在性能上有了显著的提高,且速度误差标准差控制在0.06m/s以内,位置误差标准差控制在3.3m以内,具有良好的导航精度。