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SINS/USBL组合导航技术研究

SINS/USBL组合导航技术研究

作者：刘云哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

随着人们依靠水下航行器探索海洋的步伐逐渐深入,如何实现水下航行器高精度导航成为了学者们研究的热点。SINS可以为航行器自主的提供完备导航信息,然而其误差随时间积分累积的缺点,使其无法满足长航时工作的需求;USBL是简化的小型声学... 详细信息

随着人们依靠水下航行器探索海洋的步伐逐渐深入,如何实现水下航行器高精度导航成为了学者们研究的热点。SINS可以为航行器自主的提供完备导航信息,然而其误差随时间积分累积的缺点,使其无法满足长航时工作的需求;USBL是简化的小型声学定位装置,可安装在水下航行器上,并为其提供位置信息,但工作范围受限。利用组合导航的方法,通过USBL修正累积误差,可以提高导航精度。本文将USBL与SINS进行组合,研究了提高组合导航精度和稳定性的方法。针对SINS/USBL组合实现方法,设计了基于扩展卡尔曼滤波的松组合和紧组合,其中松组合融合USBL的位置输出,紧组合融合USBL的时延、时延差测量,通过间接滤波修正SINS输出。仿真结果表明两种组合方式能有效抑制SINS导航的累积误差;滤波尚未稳定时,紧组合天向位置和天向速度误差收敛较慢,松组合在大基阵开角下的导航精度低;滤波稳定后,松组合在基阵开角接近90°时的导航误差仍有起伏,而紧组合导航误差变化稳定;紧组合整体精度比松组合高15%以上。针对组合导航滤波观测噪声的时变问题,研究了基于序贯滤波的Sage-Husa自适应滤波算法,该算法以一个加权因子决定当前噪声对过去噪声的依赖程度,结合新息对观测噪声的协方差矩阵进行估计,仿真结果表明,Sage-Husa算法用于松组合后,导航误差收敛速度快,整体导航精度提高,而用于紧组合前后的导航误差变化小。针对松组合导航误差受USBL开角影响较大的问题,提出了以基阵开角余弦为权值因子来控制开角大于80°时的滤波增益的方法,仿真结果表明,该方法的天向速度和天向位置精度分别比Sage-Husa算法高19%和45%。针对USBL的测量特点,本文提出了将USBL测量的径向速度引入到松、紧组合中,仿真结果表明,引入径向速度能够提高松、紧组合水平方向的导航精度,天向导航精度改善效果差。针对该问题,提出了组合方式切换方法,该方法在开角大于80°和USBL定位无效时,采用基阵坐标系下的水平位置和径向速度进行数据融合,其它情况下采用引入径向速度的松组合。仿真结果表明,该方法的天向位置和天向速度精度比直接引入径向速度的松组合分别提高65%和58%,比直接引入径向速度的紧组合分别提高66%和25%。

关键词：惯性组合导航超短基线卡尔曼滤波基阵开角径向速度

景象匹配辅助导航中图像多尺度局部特征匹配算法研究

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景象匹配辅助导航中图像多尺度局部特征匹配算法研究

作者：王先敏南京航空航天大学

学位级别：硕士

针对景象匹配辅助导航系统的发展需求,综述了基于局部特征的景象匹配算法研究现状,分析了景象匹配辅助导航关键技术问题。为克服基于点特征匹配的弱点,研究了基于多尺度局部特征的景象匹配导航算法,为进一步提高算法的适应性及精确性,... 详细信息

针对景象匹配辅助导航系统的发展需求,综述了基于局部特征的景象匹配算法研究现状,分析了景象匹配辅助导航关键技术问题。为克服基于点特征匹配的弱点,研究了基于多尺度局部特征的景象匹配导航算法,为进一步提高算法的适应性及精确性,在分析SIFT算法步骤的基础上,研究了相关参数对匹配结果的影响规律,设计了景象匹配算法自适应导航方案及软件流程,并对算法性能进行对比验证。为解决景象匹配过程中存在的错误匹配问题,利用景象匹配结果构建了图像空间变换模型H,基于PRONSAC方法,设计了H模型高效求解算法,通过H模型变换进行景象匹配效果自评估研究并剔除错误匹配,提出了一种自调节/自评估的S~2SIFT算法,并通过实验验证了S~2SIFT算法的精度和可靠性。为提高景象匹配辅助导航的实时性,结合SURF算法展开加速鲁棒多尺度局部特征景象匹配研究,简要阐述了SURF基本原理,深入分析了SURF算法具备快速鲁棒性的主要技术特征,通过结合惯性器件误差特性,提出了SURF算法的加速鲁棒改进方法,提高了基于SURF的加速鲁棒景象匹配算法的实时性。为验证多尺度局部特征景象匹配算法对惯性导航的修正作用,设计了基于卡尔曼滤波器的组合导航方案,搭建了基于VC++6.0的组合导航软件仿真系统,通过对导航数据的分析,验证了基于多尺度局部特征的景象匹配算法对惯性导航的修正效果。基于多尺度局部特征的景象匹配算法性能优越,能较好地辅助惯性导航系统,提高系统的可靠性和精度,具有较强的工程应用价值。

关键词：景象匹配多尺度局部特征 SIFT S~2SIFT H模型错误匹配匹配评估 SURF 惯性组合导航

基于编码器和PLC的公路智能巡检测距模块设计

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自动化仪表 2023年第4期44卷 12-17页

作者：王葱宋伟东孙尚宇李禹萱张展辽宁工程技术大学测绘与地理科学学院辽宁阜新123000

针对公路智能巡检过程中如何获取采集数据时刻车载平台所处桩号的问题,设计了一种基于增量式编码器和可编程逻辑控制器(PLC)的测距模块。基于工业互联网实现PLC、编码器、惯性组合导航、上位机、控制端等多种设备的集成,可长时间、长距... 详细信息

针对公路智能巡检过程中如何获取采集数据时刻车载平台所处桩号的问题,设计了一种基于增量式编码器和可编程逻辑控制器(PLC)的测距模块。基于工业互联网实现PLC、编码器、惯性组合导航、上位机、控制端等多种设备的集成,可长时间、长距离自动获取平台的瞬时桩号位置。编码器的标定场标定和实地标定功能使得模块适用于不同尺寸车轮的车载平台,并且在测距精度和生产成本上均有显著优势。经过上万千米的公路巡查测试,模块功能、性能、精度均可满足需求,程序稳定可靠、续航时间长、实用性和适用性较强、操作简洁、交互体验感良好。经过测距试验和标定过程的重复性试验,模块测距精度和编码器标定精度均满足需求。测距模块的实地标定解决了交通、测绘、勘察等行业的公路智能养护巡查计划的核心问题,可为国家五百多万千米公路巡查数据和时空信息的自动采集提供技术支撑,对车载移动测量系统研究领域起到一定的推进作用。

关键词：可编程逻辑控制器编码器惯性组合导航嵌入式开发公路智能巡检测距校桩通信

改进粒子滤波算法及其在GPS/SINS组合导航中的应用

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海军航空工程学院学报 2016年第1期31卷 51-57页

作者：王林林雪原孙炜玮王萌海军航空工程学院信息融合研究所 92154部队

针对标准粒子滤波中存在的粒子退化问题,将无味卡尔曼滤波方法、线性规划方法与标准粒子滤波相结合,得到一种改进粒子滤波算法。改进粒子滤波算法中的重要性概率密度通过UKF算法获得,从而使粒子使用效率得到提升;二次采样过程中加入线... 详细信息

针对标准粒子滤波中存在的粒子退化问题,将无味卡尔曼滤波方法、线性规划方法与标准粒子滤波相结合,得到一种改进粒子滤波算法。改进粒子滤波算法中的重要性概率密度通过UKF算法获得,从而使粒子使用效率得到提升;二次采样过程中加入线性规划方法,保证了粒子的多样性。将改进粒子滤波算法应用于GPS/SINS组合导航,建立了GPS/SINS组合导航模型,通过仿真验证了该滤波算法的有效性,使用该算法可使惯性组合导航系统导航精度得到提高。

关键词：惯性组合导航无迹卡尔曼滤波线性规划粒子滤波

基于UKF的GPS/SINS组合导航直接式滤波算法

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导航定位与授时 2015年第3期2卷 43-48页

作者：王林林雪原海军航空工程学院研究生管理大队山东烟台264000 信息融合研究所山东烟台264000

基于无迹卡尔曼滤波(UKF)方法,使用姿态、速度、位置等9个导航参数组成状态向量,以GPS系统输出的速度、位置组成6维观测向量,构建直接式结构的UKF滤波器。该滤波器能够直接反映系统导航参数的动态过程,准确显示运动状态演变。针对GPS/S... 详细信息

基于无迹卡尔曼滤波(UKF)方法,使用姿态、速度、位置等9个导航参数组成状态向量,以GPS系统输出的速度、位置组成6维观测向量,构建直接式结构的UKF滤波器。该滤波器能够直接反映系统导航参数的动态过程,准确显示运动状态演变。针对GPS/SINS组合导航系统的特点,构建了GPS/SINS组合导航直接式卡尔曼滤波仿真验证系统,仿真结果验证了基于UKF的GPS/SINS组合导航直接式滤波算法的有效性,该直接式非线性滤波算法可使惯性组合导航系统的导航精度得到提高。

关键词：惯性组合导航无迹卡尔曼滤波直接式滤波