检索结果-南通市图书馆

基于惯性系统和短基线定位系统的组合导航算法研究

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基于惯性系统和短基线定位系统的组合导航算法研究

作者：祝宇翰哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

水下机器人作为人类进行海洋资源勘探与开发的主要手段之一,由于其体积小,隐蔽性强的特点,在军事运用方面和民用方面都有很大的前景,因此加大水下机器人领域研究的投入对我国加快建设海洋强国战略的重要性不言而喻。导航定位技术在水下... 详细信息

水下机器人作为人类进行海洋资源勘探与开发的主要手段之一,由于其体积小,隐蔽性强的特点,在军事运用方面和民用方面都有很大的前景,因此加大水下机器人领域研究的投入对我国加快建设海洋强国战略的重要性不言而喻。导航定位技术在水下机器人相关技术中处于重要地位,是实现水下机器人正常工作以及自主化、智能化的必要条件之一,惯性导航系统由于其独立自主性、隐蔽性和输出的导航参数全面的优点,一直以来都是水下导航系统的首要选择,但也由于其定位误差会随着时间积累的工作特性,只能在短时间内提供高精度信息,不适合单独使用,需结合其它辅助导航系统进行组合导航。而因为电磁波信号在水下传播时衰减严重导致GPS无法用于水下定位,目前水下导航系统较多采用声学定位系统进行辅助。其中,短基线定位系统由于其基阵尺寸小,布置相对简单,在一定范围内定位精度高等特点,而广泛应用于微小型水下机器人组合导航定位系统中。本文基于现有的一台搭载惯性导航系统的有缆水下机器人和一套短基线水声定位设备来研究提高导航定位精度的组合导航定位算法,论文主要研究内容如下:1.对惯性导航系统和声学定位系统的工作原理进行了介绍,并分析这两类导航系统的误差来源,推导出本文采用的惯性导航系统解算算法。接着对本文采用的惯性测量元件和短基线定位设备进行了介绍,给出了惯性测量元件的误差模型并进行了噪声标定,通过噪声标定确定了惯性测量元件的误差模型参数并进行了误差补偿。2.对扩展卡尔曼滤波算法和无迹卡尔曼滤波算法的原理进行介绍,并基于本文采用的惯性导航系统和短基线定位系统的组合,确定系统的状态量并对两种滤波算法进行了推导。对比分析了两种算法的优劣势。3.介绍了两种算法的具体实现以及参数的选取,在MATLAB软件中对两种算法进行仿真实验,通过仿真实验结果的分析,验证了所采用算法的可行性并对比分析了算法的性能。4.介绍了组合导航系统的试验平台、组合导航系统的总体框架,近一步在试验平台上验证了本文采用组合导航算法,通过对湖试采集的数据结果分析,验证了算法的可行性。

关键词：惯性导航系统短基线定位系统组合导航算法卡尔曼滤波

基于BP人工神经网络的GPS/SINS组合导航算法

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同方学位论文库

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现代防御技术 2004年第5期32卷 43-48页

作者：帅平陈定昌江涌中国航天科技集团公司第五研究院北京100086 中国航天科工集团公司第二研究院北京100854

基于扩展Kalman滤波的GPS/SINS组合导航算法,需要对原始的非线性连续系统模型进行线性化和离散化处理,要求系统噪声和测量噪声为零均值的高斯白噪声,且易于出现滤波器发散。BP人工神经网络无需对所求解的问题建模,能够很好地逼近系统非... 详细信息

基于扩展Kalman滤波的GPS/SINS组合导航算法,需要对原始的非线性连续系统模型进行线性化和离散化处理,要求系统噪声和测量噪声为零均值的高斯白噪声,且易于出现滤波器发散。BP人工神经网络无需对所求解的问题建模,能够很好地逼近系统非线性特性,获得较高精度的导航定位信息;还具有计算过程稳定,不涉及矩阵求逆,不需要迭代逼近,以及容易实现并行处理等优点。设计适用于GPS/SINS组合导航系统的BP网络模型,并在标准的BP算法基础上,采用共轭梯度法改进网络训练速度及精度。最后,通过仿真算例说明BP网络方法用于GPS/SINS组合导航计算的可行性。

关键词：人工神经元网络 GPS SINS 组合导航算法仿真算例

基于倒置声学基阵的INSUSBL组合导航算法研究

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海洋技术学报 2017年第5期36卷 46-54页

作者：徐博郝芮王超张勋哈尔滨工程大学自动化学院黑龙江哈尔滨150001

文中关注水下潜航器导航定位时,电磁波传播途径中能量衰减、惯导系统长航时积累误差以及提高水下潜航器定位精度等问题。基于倒置的超短基线声学基阵,分析声波往返传播时间(RTT)、平面波近似方法和USBL导航解算方法及其坐标转换过程,结... 详细信息

文中关注水下潜航器导航定位时,电磁波传播途径中能量衰减、惯导系统长航时积累误差以及提高水下潜航器定位精度等问题。基于倒置的超短基线声学基阵,分析声波往返传播时间(RTT)、平面波近似方法和USBL导航解算方法及其坐标转换过程,结合INS误差方程,建立INS/USBL松组合模型。为进一步提高系统精度、动态性能和抗干扰性,考察USBL的原始斜距、斜距差以及声学基阵的空间分布信息,提出基于USBL原始输出信息的INS/USBL紧耦合组合导航方法。通过MATLAB仿真对导航算法进行验证,结果表明两种算法能充分抑制纯惯导误差随时间积累问题,且有效地估计出姿态、速度和位置误差角;其中紧耦合方法状态估计误差最小,导航参数精度相对松组合提高30%以上,对于提高水下载体导航定位精度、海洋探测具有重大意义。

关键词：组合导航算法惯性导航系统超短基线定位系统紧组合技术

一种全天时星跟踪器相对惯导的安装阵在线快速估计方法

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航空学报 2020年第8期41卷 46-53页

作者：王立孙秀清张春明李晓吴奋陟北京控制工程研究所北京100190

全天时星跟踪器与捷联惯导组成的惯性/天文组合导航系统具有精度高、自主性强等优点,在飞机、无人机、船舶等领域具有广泛的应用前景。组合导航系统长时间工作中力热变化导致安装矩阵漂移进而影响导航系统精度,全天时星跟踪器由于天空... 详细信息

全天时星跟踪器与捷联惯导组成的惯性/天文组合导航系统具有精度高、自主性强等优点,在飞机、无人机、船舶等领域具有广泛的应用前景。组合导航系统长时间工作中力热变化导致安装矩阵漂移进而影响导航系统精度,全天时星跟踪器由于天空光影响视场小,一次只能观测一颗恒星,无法根据一副星图直接进行安装阵估计。提出了一种基于Levenberg-Marquart(L-M)算法的捷联惯性/天文组合导航系统安装阵在线快速高精度估计方法,利用捷联惯导姿态测量值,将不同时刻的观测星矢量转移到同一时刻同一坐标系中,构造多颗观测星的观测矢量误差与导航星矢量最小二乘目标函数,利用自适应步长的L-M算法对其进行迭代求解,实时得到系统安装矩阵的变化量。试验结果表明,使用该方法后星跟踪器在捷联惯导本体坐标系的输出恒星投影矢量精度提升了1倍以上,在线估计时间优于5ms,满足用户实时性和高精度要求。

关键词：星光导航组合导航算法 L-M算法安装矩阵在线估计

水下潜航器的惯导/超短基线/多普勒测速信息融合及容错验证

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光学精密工程 2017年第9期25卷 2508-2515页

作者：徐博郝芮王超张勋张娇哈尔滨工程大学自动化学院黑龙江哈尔滨150001

针对水下潜航器惯导系统的定位误差积累和容错性差等问题,分析了水声超短基线的相位差定位方法,推导了基于惯导提供实时位置、姿态误差角信息的惯导/超短基线(INS/USBL)导航解算过程及其坐标转换。结合惯导/多普勒测速(INS/DVL)滤波器,... 详细信息

针对水下潜航器惯导系统的定位误差积累和容错性差等问题,分析了水声超短基线的相位差定位方法,推导了基于惯导提供实时位置、姿态误差角信息的惯导/超短基线(INS/USBL)导航解算过程及其坐标转换。结合惯导/多普勒测速(INS/DVL)滤波器,给出INS/USBL/DVL组合导航联邦滤波在3种信息融合算法下的应用。通过MATLAB仿真对导航算法进行了验证,结果表明该导航算法能够抑制惯导系统误差随时间发散的问题,能充分利用了3种导航系统提供的参数信息,且状态维数低,滤波收敛速度快,其中基于精度因子信息分配方法的导航系统误差最小。容错性验证结果显示,当超短基线出现故障时,重构后的组合导航系统在较高航速情况下依旧能提供有效的导航参数。所提出的INS/USBL/DVL组合导航联邦滤波方法能够精确地提供水下潜航器的各位导航参数信息,且具有较高的容错性和稳定性。

关键词：组合导航算法惯性导航系统超短基线定位系统多普勒测速联邦滤波

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多系统PPP/INS组合算法研究

多系统PPP/INS组合算法研究

作者：王浩源战略支援部队信息工程大学

学位级别：硕士

精密单点定位(Precise Point Positioning,PPP)技术是卫星定位技术中继实时相对定位(Real-time Kinematic,RTK)技术之后的又一项技术革命,集成了标准单点定位和相对定位的优点,随着GPS和GLONASS的更新换代、BDS和Galileo的快速建设以及... 详细信息

精密单点定位(Precise Point Positioning,PPP)技术是卫星定位技术中继实时相对定位(Real-time Kinematic,RTK)技术之后的又一项技术革命,集成了标准单点定位和相对定位的优点,随着GPS和GLONASS的更新换代、BDS和Galileo的快速建设以及IGS推出的MGEX(Multi-GNSS Experiment)项目,PPP朝着具有快速、高精度、高可靠优势的多系统实时固定解方向发展。为获取完备的导航参数,通过与惯性导航系统(Inertial Navigation System,INS)组合,优势互补,构建定位、测速、定姿一体化的组合导航系统,PPP/INS组合系统相较于基于载波相位差分的DGNSS/INS组合系统,具有作业距离不受限制、系统成本低的优势,具有广阔的应用前景。本文围绕GNSS多系统PPP与INS组合算法进行了相关研究,主要工作如下:1.通过引入系统间偏差,推导了GNSS多星座融合的PPP模型,使用IGS测站数据验证了算法的正确性并进行了多系统PPP的性能分析。多系统PPP实验表明:与GPS单系统PPP相比,双系统PPP能改善20%-35%的定位精度、提高25%-40%的定位稳定性、缩短35%-45%的收敛时间,BDS和Galileo在多系统中的贡献基本一致,三系统组合PPP性能进一步提升。BDS和Galileo静态PPP对比实验表明:两者在水平方向的定位精度和收敛速度基本一致;BDS PPP在天向的性能稍差,BDS天向定位精度为6 cm,三维收敛时间为70.26 min,而Galileo相应项为5 cm和49.50 min;BDS异构星座对增加系统的可用性和观测连续性是有利的。2.通过引入相关系数用于确定噪声信息占主导模态的本证模态函数(Intrinsic Mode Function,IMF)分量,改进了联合经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)和小波阈值的降噪方法,避免了直接剔除高频IMF分量引起的观测信息失真问题。静态惯导数据降噪实验表明:联合降噪后的Allan方差曲线的可拟合性更好,陀螺仪角度随机游走误差系数由0.199deg?h降低到0.102deg?h,加速度计相应项由2.98 e-3m?s降低到8.01 e-4m?s;动态惯导数据降噪实验表明:联合降噪后的纯惯导解算的长时间导航精度更高,300 s解算的误差累积幅度降低20%左右。联合方法对静态、动态数据均有较好的降噪效果,而小波阈值方法对动态数据降噪效果一般。3.基于杠杆臂改正方程和惯导误差方程推导了基于结果域的线性离散化的PPP/INS组合滤波模型,两组车载实验结果表明:相比单独PPP解算,组合算法的位置精度基本一致,速度精度提高了一个量级,并能提供较高精度的姿态参数,验证了组合算法的正确性。将抗差自适应滤波应用到PPP/INS组合滤波中,实验表明:抗差对于观测粗差、自适应对于状态预报异常都有一定的抑制作用,抗差自适应联合效果需要平衡两者之间的贡献。

关键词：精密单点定位全球卫星导航系统惯性导航系统组合导航算法降噪

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INS/USBL组合导航技术研究

INS/USBL组合导航技术研究

作者：白金磊哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

惯性导航依靠惯性测量单元和其它配套设施,提供姿态、速度和位置等非常完备的导航信息,短时间精度高,与外界不发生任何声光电信号的联系,隐蔽性好,常用作导航系统的主导航设备。在不透明的水域中,不管是光波还是电磁波,它们在传播途径... 详细信息

惯性导航依靠惯性测量单元和其它配套设施,提供姿态、速度和位置等非常完备的导航信息,短时间精度高,与外界不发生任何声光电信号的联系,隐蔽性好,常用作导航系统的主导航设备。在不透明的水域中,不管是光波还是电磁波,它们在传播途径中能量衰减都很大,其传播距离很是有限;但声波在海水中的衰减率小、传播性能好,比光波、电磁波更契合水下定位对信息载体的严苛需求。在进行水下定位时,综合采用INS/USBL组合导航系统,既能克服纯惯性导航系统误差积累问题,又能适用于水下导航定位的特殊环境,为水下载体和目标提供高精度的导航信息。本论文拟定基于倒置的超短基线声学基阵,研究惯性导航系统与超短基线定位系统的松组合和紧组合技术,主要研究内容如下:1、对若干常用的运动参数,坐标系及其转换关系进行说明定义,依据牛顿力学定律等理论,推导出惯性导航系统的数学解算流程;为了分析INS的误差特性,建立INS误差方程。接着,研究超短基线定位系统基于相位差的定位原理,结合最小均方误差算法设计出自适应相位差估计器的原理框图;针对若干误差项,研究USBL的误差特性,分析并补偿其定位误差。2、基于声波往返传播时间(RTT)和平面波近似方法求解出应答器相对于USBL的定位位置,为后续建立系统的数学模型奠定基础。研究卡尔曼滤波的基本理论及其滤波流程,在前文INS误差方程和USBL导航解算方程的基础上,以位置差为观测量,建立INS/USBL松组合导航系统的状态方程和量测方程。为了提高系统的动态性能和抗干扰性,设计INS/USBL紧组合技术,它考察了 USBL的原始斜距、斜距差以及声学基阵的空间分布信息,其中的误差较为简单易于补偿,对组合导航算法更有益。3、为了更深一步地提高组合导航系统的导航精度,研究非线性滤波方法—EKF和UKF算法,推导了 EKF算法中非线性状态方程和量测方程线性化过程;依据UKF算法的基础—Unscented变换过程,完成UKF算法的实现流程设计。进行数值仿真,仿真曲线和数理统计表格表明线性和非线性的INS/USBL组合导航技术均能够有效地估计出误差角,且非线性滤波算法的估计误差更小,其导航精度更高。

关键词：组合导航算法惯性导航系统超短基线定位系统紧组合技术

基于组合导航的无人船导航系统研究及软件开发

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基于组合导航的无人船导航系统研究及软件开发

作者：王明旺华中科技大学

学位级别：硕士

近几十年来,我国科学技术飞速发展,湖面和海面的船舶导航定位也受到了更多的重视,导航定位算法和相关的软件开发技术也得到了很大的发展。本文以无人船项目为切入点,针对项目需求,针对性地设计并搭建了船体搭载的传感器硬件系统、船载... 详细信息

近几十年来,我国科学技术飞速发展,湖面和海面的船舶导航定位也受到了更多的重视,导航定位算法和相关的软件开发技术也得到了很大的发展。本文以无人船项目为切入点,针对项目需求,针对性地设计并搭建了船体搭载的传感器硬件系统、船载软件设计、岸基软件设计及实现、基于松组合导航算法的导航系统设计及实现。以下为本篇文章主要的研究内容以及完成的工作内容:对船载的传感器以及其他相关硬件进行调研选型,确定了船载硬件系统,在此基础之上,设计了船体总体方案。由船体总体方案的硬件连接和各个数据流向,设计了基于ROS系统的船载软件,详细的定义了各个节点的功能,通过编程实现了船载软件,并在实际实验中正常运行。根据无人船实际的项目需求,对岸基控制柜上面运行的岸基软件进行了需求分析、软件方案设计、最后在Windows10环境下使用QT编程实现了所设计的岸基软件,在实际湖面实验中,岸基软件的通讯功能、数据显示功能和数据记录功能都正常,满足了项目的需要。由理论入手,详细的推导了惯性导航的静基座初始化原理和惯性导航系统的姿态、速度以及位置更新原理,根据所描述的算法原理,在Linux系统下使用C++语言编程实现了惯导的初始化及其系统的整体流程,通过实验验证了惯性导航系统的特点。为后续的组合导航系统做铺垫。由于惯性导航系统和全球导航卫星系统各有所长和所短,为了得到导航性能更加优秀的导航系统,最终决定使用基于卡尔曼滤波的松组合导航算法对惯性导航系统和全球卫星导航系统的数据进行数据融合,本文设计了松组合导航算法的软件流程图。根据软件流程图,在Linux系统下使用C++语言编程实现了松组合导航算法,并使用真实的数据,对编写的程序进行了验证,通过对实验结果的分析,验证了松组合导航算法的导航精度。本文以无人船项目为基础,根据项目详细的制定了船载软硬件系统和岸基软件设计以及具体的实现,满足了无人船在湖面实验的实验要求。本文所设计的松组合导航系统,经实验证明,提高了导航精度。船载软件、岸基软件以及组合导航算法中的数据处理和相关解算算法,是本文研究的重点内容。

关键词：无人船组合导航算法惯性导航算法船载软件岸基软件

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二维静态环境下路径规划算法研究

二维静态环境下路径规划算法研究

作者：尤越齐鲁工业大学

学位级别：硕士

有关于移动机器人的研究一直是控制领域的热门问题,而路径规划算法对于移动机器人而言也尤为重要。本文主要对移动机器人在二维静态环境下的路径规划进行了研究,本文主要针对完善人工势场法和RRT算法的缺陷提出了三种优化算法。本文针... 详细信息

有关于移动机器人的研究一直是控制领域的热门问题,而路径规划算法对于移动机器人而言也尤为重要。本文主要对移动机器人在二维静态环境下的路径规划进行了研究,本文主要针对完善人工势场法和RRT算法的缺陷提出了三种优化算法。本文针对人工势场法面对大型凹形障碍物时极易产生局部极小点问题进行了讨论,本文引入了A*算法,将其和人工势场法组合起来,依据特定的切换方式在二者之间进行切换以满足不同的路径状态,以此来解决移动机器人在局部极小点震荡的问题,提高了路径规划的成功率,减少了路径规划所用的时间,缩短了路径距离。此外,本文还对RRT算法进行了改良,针对该算法随机性过大、路径冗长等问题,本文提出了黏菌生物模型的思想,在传统快速搜索随机树算法的基础上加入了黏菌生物模型的理念,加快了算法的收敛速度,降低了算法的随机性,缩短了路径距离。本文还对RRT的渐进最优性进行了研究,并提出了基于多次规划的路径重构RRT优化算法,将路径规划问题视为信息滤波问题,将数据通过贝叶斯滤波后进行数据处理,从而得到较优路径,优化路径结果,减小了生成路径的曲率,增加了路径平滑度。本文还对以上三种算法分别进行了正确性、完备性和复杂度分析,以此来保证以上三种算法在数学上的合理性,并将分析结果和原算法进行了对比,以此来说明改良后的算法更优。针对以上三种方案,本文均用MATLAB软件进行了路径仿真,并将仿真数据与原始算法和其他研究者提出的改进算法进行了对比,实验结果证明,本文提出的三种算法均有效且稳定。实验结果表明,本论文算法在减少运算时间、提高运算效率、缩短所得路径和提高路径质量方面均有效,以此说明了本论文研究的价值意义和实用性。

关键词：路径规划 A*算法改进人工势场法组合导航算法快速搜索随机树算法