MEMS陀螺仪随机误差KF补偿方法的普适性验证

针对MEMS陀螺仪随机误差成为影响系统导航精度的主要因素及建模存在的普适性等问题，提出一种3次卡尔曼迭代估计的误差补偿方法。采用Allan方差对MEMS陀螺仪随机误差参数进行辨识，同时结合MEMS陀螺仪输出数据自相关与偏相关函数具备的拖尾性，设计基于时间序列ARMA的MEMS陀螺仪误差卡尔曼滤波模型。采用同型号6只MEMS陀螺仪惯性测量单元搭建测试环境，并开展导航验证实验，结果表明，经过滤波处理后的MEMS陀螺仪各项误差系数明显降低，且滤波效果随滤波次数的增加而增强。6组MEMS陀螺仪测试设备显现出的误差减弱趋势具有一致性，姿态误差对比结果也进一步验证了该方法的可行性。     

新型组合导航定位技术在机场抢建中的应用

在机场抢修抢建中,对测量系统的作业时间、定位精度、可靠性具有较高的要求,本文提出了一种新型高精度IMU/TS组合定位导航方法,引入激光跟踪定位/惯性组合导航理念,分析了系统组成以及各传感器的误差项,将系统时间延迟作为新的状态估计参数,采用卡尔曼滤波器将IMU和TS数据进行数据融合处理,并在车载动态应用条件下同IMU/GPS组合定位导航系统进行了实验数据比对,验证了在无GNSS信号环境下IMU/TS组合定位导航系统的位置测量精度。     

基于软件接收机的BDS/MEMS IMU深组合导航性能分析

针对BDS/MEMS IMU深组合导航全物理实验难度较大的问题,提出一种基于软件接收机的BDS/MEMS深组合导航系统仿真分析方法。给出BDS软件接收机结构,介绍深组合导航系统结构设计及滤波算法,最后基于仿真数据进行验证。结果表明,在高动态条件下,就BDS/MEMS IMU导航系统而言,其深组合的导航精度较紧组合有较大提高,位置误差小于1 m,速度误差小于0.01 m/s。     

里程计辅助车载GNSS/INS组合导航性能分析

车载GNSS/INS组合导航中，GNSS信号易受外界干扰而失锁，导致INS独立导航误差迅速累积。为提高车载松组合导航系统的精度和完整性，使用里程计观测信息结合非完整性约束辅助车载组合导航。考虑里程计刻度系数误差和IMU安装角影响，推导出里程计的输出模型，给出基于卡尔曼滤波的里程计辅助GNSS/INS松组合的数学模型。设计GNSS信号中断的数据实验，结果表明，里程计能有效抑制组合导航系统误差发散，在GNSS中断60 s或10 min的情况下，位置精度提高超过90%。     

CHAMP轨道及加速度计误差对恢复重力场的影响

介绍了惯性系和地固系下的能量守恒方程。基于能量守恒方法,研究了CHAMP卫星轨道和加速度计误差对卫星高度处的扰动位及由此恢复得到的地球重力场模型精度的影响。结果表明:能量守恒方法对速度精度要求较高,10-8ms-2的加速度计精度可满足1m2s-2的扰动位精度,而该扰动位精度对位置和速度的精度要求分别为10cm和0.13mms-1;利用一个月的CHAMP数据恢复50阶次的重力场模型,要获得优于2×10-5ms-2精度的5°×5°平均重力异常,对位置、速度和加速度计的精度要求分别为:5cm、0.1mms-1和10-8ms-2。     

零速修正在GNSS/INS紧组合导航中的应用研究

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30~120 s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。     

基于运动检测的飞行区车辆差分北斗/SINS组合导航

针对机场飞行区车载差分北斗/SINS组合导航系统中卫星信号衰弱、断续和中断时引起导航系统精度降低的问题,提出一种基于运动检测的高精度组合导航方法。该方法基于运动检测的差分北斗/SINS组合导航系统框架,根据车辆运动的特性,利用零速修正与动态零速修正相结合的模式来约束SINS误差;建立系统误差最优估计状态方程和量测方程,并结合惯性测量单元输出的陀螺和加速度计信息以及SINS输出速度来实现车辆运动状态的检测;最后通过车载实验验证该方法的可行性。结果表明,卫星信号有效时,差分北斗/SINS组合导航定位精度优于1 m;相比于传统运动学约束技术,2.5 km信号中断场景下,组合导航系统的经度误差最大值由5.21 m减小为1.35 m。     

激光跟踪仪测量精度分析

以API公司的T3激光跟踪仪为例,进行简要的理论分析。通过校准前后对比实验、固定点重复测量、距离重复测量实验、激光跟踪仪和干涉仪对比实验、现场点位中误差测量实验及激光跟踪仪与常规测量对比实验,对激光跟踪仪的测量精度进行测量和验证。激光跟踪仪在校准后,短距离测量时测距精度对空间点位精度起主导作用,测角精度比较稳定;随着距离的增大,测距、空间点位误差增大。较之常规测量,短距离测量具有很高的测量精度。     

利用Butterworth滤波器平滑加速度计的双天线GNSS/MEMS组合测姿

在双天线GNSS/MEMS组合测姿中,低精度、低成本的MEMS加速度计输出通常包含比较大的噪声,导致由加速度计调平计算得到的水平角观测值精度较低,影响组合测姿的精度和可靠性。不同于传统的时域降噪方法,从频域的角度出发,根据实际车载运动中加速度计输出具有因汽车固有结构产生的高频振动噪声的特点,利用滑动窗口的Butterworth低通滤波器平滑加速度计输出。动态车载实验结果表明,该滤波器降噪效果明显。与滤波前相比,水平角观测值精度提升了约4倍,达到(0.643°,0.546°)。在此基础上,滤波后组合测姿精度也从(0.124°,0.738°,0.532°)提升到(0.122°,0.074°,0.052°),其中水平角精度提升了大约一个数量级,滤波后的测姿结果更加准确可靠。     

多尺度相关性分析的机载双极化InSAR轨道误差校正方法

在高分辨率机载干涉SAR成像处理过程中,由于载机飞行过程中偏离理想轨迹,需要高精度的惯导系统和GPS系统记录载机的运动轨迹并进行运动补偿。然而,由于目前传感器导航精度的限制,在完成运动补偿处理后仍然存在轨道误差,从而影响干涉相位的精度,本文提出了一种机载双极化InSAR轨道误差去除方法。该方法利用小波多尺度分析对不同极化方式差分干涉相位进行多尺度分解,减弱地形误差相位、噪声相位对轨道误差的干扰,然后根据不同极化方式轨道误差的高度相关性,对相位进行降权改正,得到轨道误差改正后的差分干涉相位。为验证该方法的可靠性,分别采用模拟数据和E-SAR P波段双极化数据进行实验分析,结果表明原始差分干涉图中的轨道误差剔除明显,利用P波段获得的校正干涉图生成数字高程模型(DEM),轨道误差改正前后获取的DEM与LiDAR值的均方根误差(RMSE)分别为6.02 m和1.68 m,提高了InSAR测高精度。本研究为机载InSAR轨道误差补偿提供了一种新的思路。     

一种顾及有色噪声的四星座GNSS动态导航滤波算法

经典Kalman滤波要求噪声是高斯白噪声，而动态GNSS定位的观测误差和状态预测误差往往是有色噪声。本文提出一种简便的有色噪声函数模型拟合滤波算法，采用前面历元的观测残差和状态残差建立有色噪声模型，削弱有色噪声对动态导航解算的影响。采用四星座GNSS接收机观测数据进行动态导航实验，结果表明，顾及有色噪声的动态导航滤波算法比未顾及有色噪声的经典Kalman滤波算法定位精度更高，三维位置精度提升9%以上。     

基于振动台的加速度传感器灵敏度的标定

利用低频振动装置GSK-166,运用比较法标定AC-23电流型加速度计灵敏度以及横向灵敏度,用MATLAB对实验数据分析处理显示,该标定法更简单、精度更高。     

基于载波相位DGNSS/INS紧组合的平滑后处理算法

针对高精度的定位定姿需求,提出一种基于差分载波相位/惯导紧组合的平滑后处理算法。通过双卡尔曼滤波器实现模糊度的解算以及对导航状态误差和惯性器件误差的估计,利用RTS平滑对数据进行后处理。实测数据表明,该算法能得到较高的定位定姿和测速精度。     

一种基于比长基线场天文大地测量的陀螺经纬仪校准装置

提出以场地条件类似的比长基线场代替天文大地点进行陀螺经纬仪的校准。从观测原理的误差分析入手,分析对测量精度的要求和仪器选取;将GPS和工业电子经纬仪用于天文大地测量,并对观测方法加以改进,建立一套基于比长基线场的陀螺经纬仪方位角校准装置;最后,给出校准装置的不确定度分析。实验证明,其精度能达到规程的要求。     

改进抗差自适应EKF算法在GNSS/INS组合导航中的应用

在车载GNSS/INS组合导航中,抗差自适应滤波以其具有控制动力学异常和观测异常的能力成为实现综合PNT的关键技术之一。然而,不合适的决策算法和抗差因子会导致滤波进一步劣化。针对该问题,提出一种双窗口Sage-Husa抗差算法和一种改进的异常新息占比决策方法。采用松组合结构,利用异常新息占比决策对组合过程中出现的模型异常作出判断,针对观测模型异常和动态模型异常分别采用对应的抗差或自适应滤波。利用武汉市城区林荫道、街区多遮挡环境下动态实测数据进行分析。实验结果表明,该方案在复杂多遮挡环境下东、北、天3个方向上位置精度分别提升35.78%、38.94%、66.00%,位置均方根误差达到0.70 m、0.69 m、1.16 m。     

加速度计及其融合高采样GNSS的低频信号测量特性研究

搭建了一套振动台系统，模拟不同频率振动信号对加速度计进行测试，并从信号功率谱密度和积分位移2个方面对其低频测量特性进行分析。实验表明，当振动信号频率高于0.05 Hz时，对加速度计信号进行高通滤波并积分能够恢复出较准确的振动位移；反之，随着信号频率的降低，积分位移误差增大。因此，为解决加速度计低频测量能力不足的问题，利用高采样GNSS与加速度计数据融合的方法，成功恢复了极低频振动信号。研究表明，振动台系统能够为地震监测研究提供良好的基础平台；加速度计准确恢复位移信号的低频下限在003~0.05 Hz左右，研究方法及结果可为加速度计频带的合理选择提供参考；同时，利用高采样GNSS与加速度计融合方法能够有效弥补加速度计低频测量能力不足的缺点，使地震低频位移更加准确可靠。     

一种基于GPS/BDS观测值的抗多路径误差导航定位算法

提出一种抑制卫星导航定位中多路径误差的算法,采用双卫星系统GPS/BDS的伪距和多普勒观测值,增加了观测值数据的有效性,结合抗差自适应卡尔曼滤波模型,减弱了城市稠密建筑中卫星导航定位多路径误差对定位的影响。城市车载实验结果显示,与GPS单系统伪距定位相比,采用GPS/BDS伪距定位,点位精度由4.9 m提高到4.3 m;采用本文算法,点位精度进一步提高到3.4 m,验证了本文算法的有效性。     

Galileo空间信号误差和标准定位性能初步分析

具体分析导航定位精度各类影响因素的大小,进而评估Galileo定位性能,为Galileo导航定位用户和系统下一步建设提供参考。以精密轨道和钟差产品作为参考,分析广播星历轨道精度钟差精度,并统计分析两者对用户定位的综合影响,即空间信号误差（URE）的大小。结果显示,轨道误差的均方根误差切向在2 m以内、法向在1 m以内、径向优于0.5 m,钟差均方根在3 ns以内,URE(1 σ)约为0.82 m。仿真分析全球Galileo卫星的可见性及位置精度衰减因子（DOP）值的大小,并采用实测数据对用户环境设备误差（UEE）的主要成分进行分析和统计。分析评估Galileo系统的标准定位性能,在全球范围内标准三维定位精度（1 σ）为3.8～6.4 m。     

联合GRACE卫星轨道及距离变率数据反演地球重力场方法研究

基于动力学法,研究联合GRACE卫星精密轨道及距离变率数据反演地球重力场的方法,该方法可对重力位系数及卫星初始状态误差同时进行有效校正。通过对各观测值模拟不同的随机误差,研究了不同精度观测值联合反演所能达到的精度,以及用相同精度的观测值进行联合反演时不同采样率对反演结果的影响,模拟计算结果表明：联合反演模式下,当距离变率精度为1 μm/s,卫星位置精度为2~3 cm,速度精度为0.1~0.5 mm/s时,加速度计精度为(1.0×10 ^-10~1.0×10^-9 m/s ²比较适合;将距离变率精度由1 um/s提高到0.1 um/s时,反演精度可获得相应提高;在观测值精度一定的情况下,联合反演算法宜采用5 s采样率。     

基于异常误差补偿的多期水准网动态平差

针对水准网中的异常误差,采用函数模型异常误差补偿方法抑制其影响,提高水准网平差精度。首先采用最小二乘方法获得各观测值残差,通过假设检验确定异常误差位置;将异常误差作为待估参数进行解算;最后扣除异常误差,利用"干净"观测数据进行平差获取水准网点的高程与垂直运动速度。采用山东省两期二等水准网观测数据进行试验,该方法进一步提高了水准网平差的可靠性。