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sins/gps组合导航半实物仿真系统设计

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系统仿真学报 2011年第B7期23卷 127-131页

作者：武庆雅贾庆忠马力超刘永善孟秀云北京理工大学北京100081

sins/gps组合导航具有精度高、抗干扰性好等优点,被广泛应用于各个领域,通常采用半实物仿真的方法检测其性能。针对由于仿真系统参试设备多、设备接口复杂、数据传输量大而导致的仿真实时性难以保证的问题,提出了一种基于光纤网络的半... 详细信息

sins/gps组合导航具有精度高、抗干扰性好等优点,被广泛应用于各个领域,通常采用半实物仿真的方法检测其性能。针对由于仿真系统参试设备多、设备接口复杂、数据传输量大而导致的仿真实时性难以保证的问题,提出了一种基于光纤网络的半实物仿真方法,利用光纤网络虚拟共享内存的特点,对系统的各设备进行统一管理,保障了系统的实时性。系统的仿真应用和试验结果表明,半实物仿真系统设计合理,具有良好的人机交互能力、数据处理能力和异常状态处理能力。该仿真系统具有良好的通用性和可扩展性,具有一定的推广使用价值。

关键词： sins/gps组合导航半实物仿真光纤网络制导弹药

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sins/gps组合导航方法研究

SINS/GPS组合导航方法研究

作者：林琳哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

本文对捷联惯导(sins)与全球定位系统(gps)的组合导航进行了研究。该系统是综合了sins自主性和gps高精度优点的现代导航系统,具有导航精度高、可靠性高、小型化等优点,是现代导航系统的发展方向之一。本文先对捷联惯导系统和全球定位系... 详细信息

本文对捷联惯导(sins)与全球定位系统(gps)的组合导航进行了研究。该系统是综合了sins自主性和gps高精度优点的现代导航系统,具有导航精度高、可靠性高、小型化等优点,是现代导航系统的发展方向之一。本文先对捷联惯导系统和全球定位系统做了理论上的分析,对捷联惯导建立了仿真模型,对捷联惯导的误差做了详细的分析。在此基础上研究了sins与gps的位置、速度的组合导航系统,应用卡尔曼滤波算法对其进行了仿真研究。sins/gps组合导航系统是一个复杂的系统,牵涉的内容很多,本文主要集中在捷联惯导和组合算法方面,主要工作包括:分析了捷联惯导系统的原理,讨论了捷联惯导系统的力学编排和误差分析。在原理分析的基础上,建立了轨迹模拟器、陀螺仪以及加速度计仿真器,并且利用Matlab搭建了捷联惯导仿真平台。对捷联惯导系统的误差特性进行了仿真。研究了sins/gps组合导航系统的组合模式以及组合导航系统建模分析,并在此基础上,建立了卡尔曼滤波的状态方程和测量方程,并对位置、速度组合卡尔曼滤波方式进行了仿真分析。对比发现sins/gps组合导航系统提高了导航精度,满足导航要求。针对集中式卡尔曼滤波计算量大和容错能力差的缺点,本文还研究了联邦卡尔曼滤波算法,通过仿真发现此算法在工程上具有良好的应用前景。最后根据实际的工程背景,初步探讨了sins/gps组合导航的应用与实现。

关键词：捷联惯导 sins/gps组合导航卡尔曼滤波仿真

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sins/gps组合导航的捷联算法研究

SINS/GPS组合导航的捷联算法研究

作者：王海生沈阳理工大学

学位级别：硕士

捷联惯导系统(sins)和全球定位系统(gps)有很强的互补性,利用组合导航技术将sins与gps进行信息融合,能发挥它们各自的优势,sins/gps组合导航是目前导航技术领域内的主要研究内容。本文以自设计的低成本MEMS的IMU和导航计算机为实验对象,... 详细信息

捷联惯导系统(sins)和全球定位系统(gps)有很强的互补性,利用组合导航技术将sins与gps进行信息融合,能发挥它们各自的优势,sins/gps组合导航是目前导航技术领域内的主要研究内容。本文以自设计的低成本MEMS的IMU和导航计算机为实验对象,对sins/gps组合导航捷联算法进行了研究。首先,根据sins的工作原理及各常用坐标系之间的变换关系,推导了以东、北、天坐标系为导航坐标系的sins姿态、sins速度和位置更新方程,在此基础上又推导了 sins速度和位置误差方程,并对动态情况下sins速度和位置误差进行Matlab仿真,仿真结果表明sins速度、位置误差随时间不断积累。然后介绍了 gps的工作原理,对gps单点定位进行Matlab仿真,仿真结果表明gps误差不会随时间积累,长期定位精度更佳,证明了 sins与gps有良好的互补性。其次,对sins的算法进行了改进。在传统的sins圆锥误差补偿算法和划船误差补偿算法的基础上,以三子样为例,提出了一种重叠式采样方式,利用圆锥效应和划船效应的对偶性原则,对圆锥误差补偿算法和划船误差补偿算法进行了改进,对改进后的补偿算法与传统补偿算法的误差漂移进行比较,并把改进算法应用到sins中,Matlab仿真结果证明了改进的补偿算法是有效的。再次,对sins/gps多源误差进行分析,针对扩展卡尔曼滤波(EKF)和无迹卡尔曼滤波(UKF)建立sins/gps组合系统的状态方程和观测方程,对sins/gps组合系统进行EKF和UKF滤波仿真,仿真结果表明EKF和UKF滤波器都比gps单独工作时定位精度高,而且UKF滤波效果比EKF滤波效果好。最后,对低成本的sins/gps组合系统进行硬件设计和软件设计,包括硬件选型、原理图设计以及各种解算程序编写等。进行了跑车实验,对两种方案下的跑车数据进行处理,Matlab仿真结果表明gps未失锁时,RTS平滑滤波效果比EKF更好;gps失锁时,用RTS对sins导航数据进行误差校正,RTS滤波可以大幅度的减小gps失锁对组合系统造成的积累误差。

关键词： sins/gps组合导航松组合 EKF UKF RTS平滑滤波

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sins/gps组合导航数据处理方法研究

SINS/GPS组合导航数据处理方法研究

作者：苗岳旺解放军信息工程大学

学位级别：硕士

本文主要对sins/gps组合导航数据处理方法进行了研究，内容涵盖了sins导航算法、sins/gps组合导航数据处理模型、卡尔曼滤波算法、sins/gps组合导航鲁棒滤波和故障检测算法、sins/gps平滑滤波算法等内容。论文的主要内容和创新点如下： ... 详细信息

本文主要对sins/gps组合导航数据处理方法进行了研究，内容涵盖了sins导航算法、sins/gps组合导航数据处理模型、卡尔曼滤波算法、sins/gps组合导航鲁棒滤波和故障检测算法、sins/gps平滑滤波算法等内容。论文的主要内容和创新点如下： 1．研究了捷联惯性导航系统在当地导航坐标系下的导航算法，总结了等效旋转矢量导航算法的计算过程，概述了系统的主要误差源，对实测惯导数据进行了计算和分析。 2．推导了sins在当地导航坐标系下的误差方程，并对位置误差方程进行改进，研究了sins/gps松组合导航和紧组合导航数学模型，给出了其状态方程和量测方程的具体形式，利用实测数据进行了基于扩展卡尔曼滤波的松组合导航和紧组合导航计算和比较分析。结果表明：在可见卫星数目多于4颗时，基于EKF的松组合导航和紧组合导航精度相当;在可见卫星数目小于4颗时，基于EKF的紧组合导航精度优于松组合导航。 3．针对gps观测值存在异常问题，研究了抗差卡尔曼滤波算法。分析了异常观测值对组合导航系统精度的影响，研究了抗差最小二乘算法，利用最小二乘残差统计量构造了等价权因子和等价协方差矩阵，并将抗差卡尔曼滤波算法应用到sins/gps紧组合导航数据处理中。结果表明：在可见卫星数目大于4颗时，抗差卡尔曼滤波能够减小观测粗差对导航系统精度的影响;在可见卫星数目少于4颗时，其退化为普通的卡尔曼滤波。 4．针对gps观测值无冗余和观测值中存在异常问题，提出了基于新息2检测的扩展抗差卡尔曼滤波。利用新息检测算法对新息向量进行了检测，并将观测粗差归入随机模型，根据新息统计量和设计门限之间的差异构造了等价权因子和等价协方差矩阵。利用基于新息检测的扩展抗差卡尔曼滤波算法对实测数据进行了松组合和紧组合导航计算，结果表明：当观测值存在严重粗差时，即使观测量无冗余，基于新息检测的扩展抗差卡尔曼滤波也能够较好的削弱粗差对导航精度的影响，提高组合导航系统的精度，从而使组合导航系统能够应用于恶劣的导航环境。 5．在sins/gps组合导航数据后处理中，针对gps接收机较长时间失锁造成的组合导航精度下降问题，研究了能够提高后处理精度的平滑滤波算法。分析了最优平滑理论在gps信号中断时的重要意义，给出了RTS平滑算法基本方程，设计了三组实验方案，在gps无失锁、连续失锁300s和600s的情况下，用EKF算法和RTS算法对实测数据进行了验证和分析。结果表明：RTS不仅能够对导航解算结果起到平滑作用，而且能够大幅度削弱gps失锁对组合导航系统精度造成的影响。

关键词： sins/gps组合导航松组合紧组合数据处理模型卡尔曼滤波抗差卡尔曼滤波扩展抗差卡尔曼滤波 RTS平滑

基于粒子群优化的UKF在sins/gps组合导航中的应用

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中国惯性技术学报 2018年第2期26卷 196-201页

作者：徐晓苏闫琳宇吴晓飞庞东彭源源微惯性仪表与先进导航技术教育部重点实验室南京210096 东南大学仪器科学与工程学院南京210096 天津航海仪器研究所天津300131

针对组合导航中使用传统Kalman滤波方法时噪声协方差矩阵参数需要耗时耗力反复试验得到的问题,提出利用粒子群优化算法对卡尔曼滤波器的滤波参数Q和R进行寻优后用于组合导航的方法。将滤波参数Q和R作为粒子进行寻优,将粒子群算法优化得... 详细信息

针对组合导航中使用传统Kalman滤波方法时噪声协方差矩阵参数需要耗时耗力反复试验得到的问题,提出利用粒子群优化算法对卡尔曼滤波器的滤波参数Q和R进行寻优后用于组合导航的方法。将滤波参数Q和R作为粒子进行寻优,将粒子群算法优化得到的滤波参数值作为卡尔曼滤波器输入参数,用于sins/gps组合导航系统。仿真实验结果表明,12次实验中粒子群算法搜索出的参数均值分别为0.0208(°)/h、94.7827?g,接近所设置的噪声参数值与标准参数值0.02(°)/h、100?g。半物理实验结果表明,在实际系统中,与经验参数值用于卡尔曼滤波器相比,粒子群算法优化得到的滤波参数值位置估计精度提高了15%~30%,从而提高了组合导航性能。

关键词：粒子群算法 sins/gps组合导航无迹卡尔曼滤波滤波参数

基于格网框架的极区sins/gps组合导航算法研究

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系统仿真学报 2019年第8期31卷 1683-1691页

作者：宋丽君李喆付强文何波西安建筑科技大学信息与控制工程学院陕西西安710055 西北工业大学自动化学院陕西西安710072

从理论上完善极区格网惯性力学编排方案,并对sins/gps组合导航系统工作在中低纬度与极区的环境下进行仿真,为基于格网框架的极区惯性组合导航提供理论支撑。仿真结果表明:sins/gps组合导航系统能够较好的克服sins和gps各自的缺点,明显... 详细信息

从理论上完善极区格网惯性力学编排方案,并对sins/gps组合导航系统工作在中低纬度与极区的环境下进行仿真,为基于格网框架的极区惯性组合导航提供理论支撑。仿真结果表明:sins/gps组合导航系统能够较好的克服sins和gps各自的缺点,明显的提高工作性能,通过仿真结果比较,可以得到基于格网框架的极区sins/gps组合导航方案的导航精度同中低纬度地区组合导航方案一致,验证了极区sins/gps组合导航方案的有效性。

关键词：格网坐标系 sins/gps组合导航极区导航全球导航极地地区

基于双DSP的sins/gps组合导航计算机系统

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自动化与仪表 2013年第8期28卷 1-4,9页

作者：陈更达吕妍红北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院北京100191

为满足sins/gps组合导航系统对实时性、精度的要求,设计了一种基于双DSP的高性能sins/gps组合导航计算机系统。本系统按功能划分为数据传输子系统和导航计算子系统。选用高性能数字信号处理器TMS320F28335(DSP1)和TMS320C6713(DSP2)分... 详细信息

为满足sins/gps组合导航系统对实时性、精度的要求,设计了一种基于双DSP的高性能sins/gps组合导航计算机系统。本系统按功能划分为数据传输子系统和导航计算子系统。选用高性能数字信号处理器TMS320F28335(DSP1)和TMS320C6713(DSP2)分别作为数据传输子系统,导航计算子系统的核心处理器;两子系统之间通过双口RAM实现高速可靠通信。系统通过扩展外部接口实现对惯性组件数据,gps数据实时采集,并输出导航参数,具有很强的实时性。

关键词： sins/gps组合导航导航计算机数字信号处理器

直升机用sins/gps组合导航自适应滤波研究

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弹箭与制导学报 2015年第2期35卷 41-44,49页

作者：李治民张春熹王珏晁代宏北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院北京100191

由于直升机的工作环境复杂,采用常规卡尔曼滤波进行组合导航容易发散。为了提高系统应对突变的能力,提出了一种基于Sage-Husa滤波器和强跟踪滤波器的交互式多模型(IMM)自适应滤波(AF)算法。具体实现是通过判断滤波器的每一维收敛判据,... 详细信息

由于直升机的工作环境复杂,采用常规卡尔曼滤波进行组合导航容易发散。为了提高系统应对突变的能力,提出了一种基于Sage-Husa滤波器和强跟踪滤波器的交互式多模型(IMM)自适应滤波(AF)算法。具体实现是通过判断滤波器的每一维收敛判据,进而选择相应的自适应算法。仿真结果证明了改进算法的有效性和优越性,导航精度得到了显著提升。

关键词：直升机 sins/gps组合导航交互式多模型 Sage-Husa滤波器强跟踪滤波器

Kalman滤波辅助随机可观测性分析及其在sins/gps组合导航中的应用

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Kalman滤波辅助随机可观测性分析及其在SINS/GPS组合导航中的应用

作者：胡海亮哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

以Kalman滤波为代表的状态估计方法已经成功地应用于导航等领域。在诸多导航方法中,捷联惯性导航系统(Strapdown Inertial Navigation System,sins)和全球定位系统(Global Positioning System,gps)作为最佳组合方案,获得了广泛而深入的... 详细信息

以Kalman滤波为代表的状态估计方法已经成功地应用于导航等领域。在诸多导航方法中,捷联惯性导航系统(Strapdown Inertial Navigation System,sins)和全球定位系统(Global Positioning System,gps)作为最佳组合方案,获得了广泛而深入的研究。在常规运动条件下,sins/gps组合导航系统模型中存在部分难以估计的状态分量。作为状态空间模型的基本属性,可观测性与状态估计密切相关。通过可观测性分析,可以预先判断状态的估计效果,从而为导航性能的改善提供设计指导。现有的可观测性分析方法大多局限在确定性系统框架里,难以准确刻画sins/gps组合导航这样一种随机系统。本文紧紧围绕随机可观测性分析,在对传统随机可观测性分析方法深入分析之后,初步建立了一种新型随机可观测性分析方法。结合正交原理,所提出的方法利用Kalman增益矩阵的奇异值分解,可以对状态中各分量进行单独的随机可观测性分析,避免了传统方法的缺点,可以直接判断sins/gps组合导航系统各个状态分量的随机可观测性。可观测性分析的另一个重要目标是确定可观测性度量。现有的可观测性度量方法一般通过可观测性矩阵的条件数等属性来描述,无法对比状态分量之间的可观测性强弱程度。在对传统随机可观测性分析方法进一步分析的基础上,本文提出了一种基于估计误差协方差矩阵的可观测性度量方法。估计误差协方差矩阵的特征向量揭示了状态空间的结构属性,所提出的方法利用这一特点,对随机可观测性进行了量化。进一步地,深入分析了传统Consider滤波方法,在明确该方法自身不足的同时,结合所提出的可观测性度量方法,初步建立了一种联合可观测性分析与Consider机制的滤波方法。该方法充分利用了 Consider机制的优势,同时可以对弱可观测状态进行状态估计,满足sins/gps组合导航的需求。仿真结果表明:相比于传统随机可观测性分析方法,所提出的方法可以更准确地刻画sins/gps组合导航系统各个状态分量的随机可观测性,避免了传统方法在某些情形下出现的误导性结论;另一方面,作为本文的应用研究部分,所提出的基于可观测性度量的Consider滤波方法,在部分情形下可以有效提升陀螺和加速度计的零偏等弱可观测状态的估计效果,从而证实了该方法的研究价值。

关键词：随机可观测性 sins/gps组合导航 Consider机制 Kalman增益矩阵估计误差协方差矩阵