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基于自适应高斯渐进滤波的工程车gnss/ins紧组合定位

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传感技术学报 2024年第4期37卷 620-628页

作者：张文安沈嘉俊史秀纺杨旭升王军浙江工业大学信息工程学院浙江杭州310023 中电海康集团有限公司浙江杭州310023

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... 详细信息

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。

关键词： gnss/ins紧组合工程车量测野值高斯渐进

gnss/ins紧组合的新息优化抗差估计欺骗检测算法

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中国惯性技术学报 2022年第2期30卷 272-280页

作者：柯晔吕志伟周玟龙邓旭周舒涵艾宏岩战略支援部队信息工程大学郑州450000 31618部队福州350000 31700部队辽阳111000

针对传统的新息抗差估计欺骗检测算法对缓慢增长的斜坡式欺骗检测时间较长甚至检测不敏感等问题,提出了一种gnss/ins紧组合的新息优化抗差估计欺骗检测算法。所提出的算法对缓慢增长的斜坡式的新息检测量进行了优化,结合抗差估计自适应... 详细信息

针对传统的新息抗差估计欺骗检测算法对缓慢增长的斜坡式欺骗检测时间较长甚至检测不敏感等问题,提出了一种gnss/ins紧组合的新息优化抗差估计欺骗检测算法。所提出的算法对缓慢增长的斜坡式的新息检测量进行了优化,结合抗差估计自适应调整增益矩阵并合理选择“检测窗口”,进一步提高了对缓慢增长的斜坡式欺骗干扰的检测效率和检测性能。仿真结果表明,在检测单通道0.1 m/s缓慢增长的斜坡式欺骗时,所提算法检测时间较新息抗差估计欺骗检测算法平均缩短了30%以上,漏检率为0;在检测多通道时,检测时间平均缩短了30%,漏检率为0,虚警率平均降低了18.5%。所提算法在检测缓慢增长的斜坡式欺骗干扰时,具有检测快、漏检率和虚警率低的优势,对无人机应用领域具有重要意义。

关键词： gnss/ins紧组合新息优化抗差估计欺骗检测

gnss/ins紧组合桥梁动态变形监测技术研究

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GNSS/INS紧组合桥梁动态变形监测技术研究

作者：任钊中南大学

学位级别：硕士

结构健康监测是保证大型桥梁正常运行的必要措施,在利用gnss技术监测桥梁过程中,存在接收机采样率不足以及gnss信号容易受到监测对象自身结构遮挡、干扰等问题,导致其精度与可靠性难以满足工程应用中连续、稳定的要求。目前,已有的gnss/... 详细信息

结构健康监测是保证大型桥梁正常运行的必要措施,在利用gnss技术监测桥梁过程中,存在接收机采样率不足以及gnss信号容易受到监测对象自身结构遮挡、干扰等问题,导致其精度与可靠性难以满足工程应用中连续、稳定的要求。目前,已有的gnss/ins多传感器集成监测方案中多侧重于在结果层面的互补验证或者结构简单的松组合方式,对系统整体性能提升有限,而在实际桥梁场景下的不同传感器间的紧组合研究尚不深入。为进一步提高gnss/ins集成系统在桥梁变形监测过程中的实用性,本文从定位方法、精度、可靠性以及实际应用等方面进行详细地实验分析,研究了在桥梁变形监测环境下gnss/ins紧组合算法,并在此基础上开发了一款gnss/ins紧组合动态变形监测数据处理软件。主要工作与成果包括:(1)推导分析了gnss/ins紧组合动态参数估计方法,在此基础上,提出了一种基于桥梁平面变形速度信息约束的gnss/ins紧组合变形监测方法。该方法可增加滤波过程中状态的可观测性,以提升桥梁垂直位移监测的精度与可靠性。利用实测数据系统分析了加速度计及陀螺仪观测值噪声水平对ins系统递推过程的影响,确定gnss/ins紧组合最优的定权策略。(2)采用振动变形装置模拟桥梁动态位移变化,对gnss/ins紧组合变形监测方法以及附加平面速度约束后的定位精度进行评估。在开阔环境中,后者精度优于前者,且解算精度均优于gnss-RTK。在gnss/ins融合解算中,多系统解算结果优于单系统解算结果;在卫星数量较少的模拟遮挡环境中,附加平面速度约束信息的gnss/ins紧组合解算相比于gnss-RTK解算对定位精度有明显提升作用,最大可达23%。(3)提出了一种验前ins辅助异常值探测结合验后抗差的双重观测值质量控制方法。对ins辅助探测方法进行了理论推导,并通过模拟和实际环境对方法进行验证,实验结果表明出现的异常值无论是粗差还是周跳,本文方法都能起到很好的作用,ins的高精度预测值使得该方法对微小粗差更敏感。(4)利用C++语言对gnss/ins紧组合算法进行了实现,开发了具有可视化界面的gnss/ins紧组合数据处理软件,实现了监测数据管理、监测点可视化、紧组合解算等功能。在长沙三汊矶大桥开展监测试验,并对位移结果进行了分析。相比gnss单独监测,ins可以在减小用户接收机成本的情况下辅助提升监测系统采样率,获得桥梁更多的模态频率信息,与标准值相比小于5%,说明本文算法及软件具有较好的实用性。图50幅,表14个,参考文献74篇

关键词：桥梁健康监测 gnss/ins紧组合桥梁变形约束模态频率分析

gnss/ins紧组合算法实时性改进与嵌入式验证

同方学位论文库评论

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东南大学学报（自然科学版） 2016年第4期46卷 695-701页

作者：章红平常乐汪宏晨牛小骥高周正武汉大学卫星导航定位技术研究中心武汉430079 武汉大学科学技术发展研究院武汉430079 武汉大学测绘学院武汉430079

针对gnss/ins实时紧组合导航系统中存在的gnss数据延迟以及组合更新解算耗时过长的问题,基于Kalman滤波理论,提出了一种在完成了滞后的观测更新后将误差状态向量一步转移到当前时刻的Kalman滤波数学模型.为了验证改进模型的有效性,首先,... 详细信息

针对gnss/ins实时紧组合导航系统中存在的gnss数据延迟以及组合更新解算耗时过长的问题,基于Kalman滤波理论,提出了一种在完成了滞后的观测更新后将误差状态向量一步转移到当前时刻的Kalman滤波数学模型.为了验证改进模型的有效性,首先,在Windows平台上,利用车载实测gnss观测数据和IMU观测数据对比分析了使用改进模型解算与标准Kalman模型解算在gnss信号中断时段内的导航误差,分析结果表明,2种模型的导航误差相当,说明了改进模型对时间延迟处理的正确性.然后,在DSP硬件平台上,基于改进模型实现了gnss/ins实时紧组合导航系统,并进行了车载测试,实测结果表明:相对于标准Kalman模型,所提出的改进模型能够在保障紧组合导航系统精度的前提下,将输出导航结果的时间延迟减少到最小,保障了组合导航结果的实时性.

关键词： gnss/ins紧组合算法实时性 DSP Kalman滤波

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gnss/ins紧组合中的周跳探测方法

测绘科学技术学报 2019年第4期36卷 335-339页

作者：谷明泽胡志刚赵齐乐苏景岚武汉大学卫星导航定位技术研究中心

讨论了gnss/ins紧组合算法;依据卡尔曼滤波新息检验理论研究了gnss/ins紧组合中的周跳探测方法。通过实验论证,对比分析了gnss/ins紧组合模式和纯gnss模式下,动态周跳探测与处理的效果。实验结果表明:紧组合模式对周跳的发生更为敏感,... 详细信息

讨论了gnss/ins紧组合算法;依据卡尔曼滤波新息检验理论研究了gnss/ins紧组合中的周跳探测方法。通过实验论证,对比分析了gnss/ins紧组合模式和纯gnss模式下,动态周跳探测与处理的效果。实验结果表明:紧组合模式对周跳的发生更为敏感,可以有效地提升周跳探测的效果。

关键词： gnss/ins紧组合紧组合模式周跳探测卡尔曼滤波新息

小型无人飞行器的gnss/ins紧组合观测模型算法

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长春工业大学学报 2022年第1期43卷 35-46页

作者：申红雪丁国强郑州轻工业大学软件学院河南郑州450002 郑州轻工业大学电气信息工程学院河南郑州450002

采用非线性稳定性理论,针对小型无人飞行器(Small UAV)导航制导控制问题,基于gnss/ins紧组合框架,研究一种新型的姿态观测器级联平移运动观测器模型算法。利用IMU中的陀螺仪、加速度计和磁力计的非平行观测矢量设计UAV的四元数姿态观测... 详细信息

采用非线性稳定性理论,针对小型无人飞行器(Small UAV)导航制导控制问题,基于gnss/ins紧组合框架,研究一种新型的姿态观测器级联平移运动观测器模型算法。利用IMU中的陀螺仪、加速度计和磁力计的非平行观测矢量设计UAV的四元数姿态观测器模型的注入项算子。并利用gnss广播星历数据开展伪距\伪距率观测方程设计。采用模糊度计算方法构造UAV扩展平移运动观测器模型,用Riccati求解计算系统噪声误差方差矩阵。由小型UAV实验平台测试,模型算法计算量降低23.6%。

关键词： gnss/ins紧组合姿态观测器平移运动观测器模糊度计算 Riccati方程

零速修正在gnss/ins紧组合导航中的应用研究

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大地测量与地球动力学 2016年第10期36卷 879-883页

作者：常乐章红平高周正丁昱心张全武汉大学卫星导航定位技术研究中心武汉市珞喻路129号 430079 武汉大学测绘学院武汉市珞喻路129号 430079 北京航空航天大学电子信息工程学院北京市学院路37号 100191

为研究零速修正在gnss/ins紧组合导航中的应用,提出综合利用gnss/ins紧组合解算速度、IMU原始数据和多普勒观测数据的零速判断准则以及零速状态下的紧组合数学模型,并通过车载测试进行验证。结果表明,该零速判断准则对载体静止状态的判... 详细信息

为研究零速修正在gnss/ins紧组合导航中的应用,提出综合利用gnss/ins紧组合解算速度、IMU原始数据和多普勒观测数据的零速判断准则以及零速状态下的紧组合数学模型,并通过车载测试进行验证。结果表明,该零速判断准则对载体静止状态的判断与实际情况吻合良好,零速修正能够有效抑制载体静止状态下的IMU传感器误差积累,尤其是在卫星观测质量不好时。相对于不使用零速修正,在较短静止时间内,采用零速修正算法可以使卫星信号正常时的载体位置、速度精度分别改善27%、35%;卫星信号中断30-120s时,载体位置和速度精度分别改善16%-75%和87%-97%;但卫星信号正常与中断时,姿态改善效果都不明显。

关键词： gnss/ins紧组合零速判断零速修正卡尔曼滤波

多遮挡环境下gnss/ins紧组合算法及性能分析

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多遮挡环境下GNSS/INS紧组合算法及性能分析

作者：王云鹏山东科技大学

学位级别：硕士

车载移动测量技术已经成为测绘学科的前沿技术之一,核心是定位定姿技术。全球定位系统(gnss)和惯性导航系统(ins)的组合,能够提供精度更优的导航信息,成为解决车载移动测量系统中定位定姿问题的最佳方案之一。针对gnss信号多遮挡的观测... 详细信息

车载移动测量技术已经成为测绘学科的前沿技术之一,核心是定位定姿技术。全球定位系统(gnss)和惯性导航系统(ins)的组合,能够提供精度更优的导航信息,成为解决车载移动测量系统中定位定姿问题的最佳方案之一。针对gnss信号多遮挡的观测环境,论文围绕GPS/BDS/GLONASS多系统融合的差分相对定位和ins紧(密)组合导航系统展开研究,主要研究工作如下:(1)将GPS、BDS和GLONASS的观测信息进行融合,研究了动态载波相位差分相对定位的相关技术。使用实测数据验证,结果表明当截止高度角小于35°时,单历元模糊度的固定率为97%左右,固定错误率在0.12%以内;以高精度差分紧组合后处理软件Inertial Explorer 8.60为参考,水平方向精度优于0.02 m,高程方向精度优于0.05 m。(2)严密推导了 ins微分方程、误差方程,gnss/ins紧组合的动力学模型和观测模型的方程,引入分散式滤波器的思想,将模糊度单独进行固定,从而构造了最简的扩展卡尔曼滤波(EKF)器,并研究了 RTS平滑算法。利用多组实测数据对前述算法进行验证,紧组合EKF前向滤波的位置精度为0.02 m左右,速度精度为0.01 m/s左右,横滚角和俯仰角精度为0.007°左右,航向角精度为0.07°左右;与松组合相比,紧组合的位置、速度、姿态精度均得到提高;紧组合经过RTS平滑后,位置精度改善在9%～55%,横滚角和俯仰角的精度改善在10%～30%,航向角的精度改善在20%～60%。(3)研究了 ins辅助的周跳探测/修复和ins辅助的模糊度固定方法,根据导航阶段的不同,采用了多种模糊度固定策略。利用ins信息替代Melbourne-Wubbena组合观测值中的伪距,消除了伪距噪声和多路径效应,从而构造了 ins辅助的周跳探测决策量。实验分别模拟了小周跳、大周跳和密集周跳,均能探测出并成功修复;在模拟的gnss信号中断150 s以内,相应的ins推算的位置误差在3.5 m以内,周跳探测/修复算法依然有效。

关键词：车载移动测量多遮挡 GPS/BDS/GLONASS 差分相对定位 ins辅助 gnss/ins紧组合 RTS平滑

基于组合历元新息抗差的gnss/ins欺骗检测方法

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中国惯性技术学报 2024年第4期32卷 354-362页

作者：武文博吕志伟周玟龙柯晔谢亚楠信息工程大学地理空间信息学院郑州450001 31618部队福州350000

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... 详细信息

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%。

关键词： gnss/ins紧组合欺骗检测抗差估计误差跟踪