运动状态下MEMS IMU随机误差的Allan方差分析方法

在车载全球卫星导航系统（global navigation satellite system,GNSS）/微机械系统（micro-electro mechanical system,MEMS）惯性测量单元（inertial measurement unit,IMU）组合导航滤波解算时,通常使用MEMS厂商标定的加速度计和陀螺仪的随机模型参数（简称为标称参数）。这些标称参数由传感器厂商在静止状态或通过实验室转台设备来测定,是否适用于运动状态下的组合导航滤波解算并获得最优的定位精度,需要进一步研究和评估。本文提出了一种运动状态下MEMS IMU随机误差的Allan方差分析方法,将不同精度等级的IMU安装在同一车载平台上同步采集观测数据,用高精度IMU观测数据提取车辆运动信息,然后从低精度MEMS IMU观测数据中剔除车辆运动信息得到类似静止的观测数据,进行Allan方差分析,获得运动状态下的MEMS随机模型参数,并将其应用于GNSS/惯性导航系统（inertial navigation system,INS）组合导航解算。试验结果表明,采用运动状态下标定的随机模型参数,组合导航的定位精度优...     

BDS-3/GPS在遮挡环境下定位性能分析

针对在全球卫星导航系统(GNSS)信号易遮挡地区,单一系统可见卫星数较少,定位性能不理想甚至难以满足定位需求的问题,分析北斗三号(BDS-3)在不同区域遮挡环境下对定位性能的改善. 通过全球不同区域MGEX(Multi-GNSS Experiment)监测站的观测数据,采用GPS、BDS-3、BDS-3/GPS组合定位三种模式,在不同模拟遮挡环境下进行伪距单点定位,分析了各模式下可见卫星颗数、历元利用率、几何精度衰减因子(GDOP)值和定位精度. 结果表明:在北半球区域,相较于其他方向遮挡,GPS模式在低纬度地区南面遮挡的定位稳定性和精度最高,在中高纬度地区北面遮挡的定位稳定性和精度最高,BDS-3和BDS-3/GPS组合模式在低纬度地区各方向遮挡定位精度相当,在中纬度和中高纬度地区,北面遮挡的精度明显优于其他方向遮挡的定位精度. BDS-3/GPS组合定位模式,大大增加了可见卫星颗数,历元利用率提高,卫星空间几何结构改善,GDOP值降低,稳定性和定位精度明显优于单系统.      

多卫星导航系统精密单点定位精度分析

随着北斗卫星导航系统（BDS）于2012年底正式提供亚太地区区域性服务,研究BDS与其他卫星导航系统的组合定位尤为重要。本文主要分析BDS与GPS、GLONASS组合精密单点定位（PPP）,统一了三类卫星的时间系统和空间系统,给出了PPP非差组合模型,利用九峰站全天观测数据进行实验,得到初步结论：组合定位系统能够减少单系统的收敛时间;组合定位系统的定位精度比单系统的定位精度高。     

BDS RTK／MEMS-INS组合数学模型研究与性能分析

卫星导航系统和惯性导航系统（INS）具有极强的互补性,两者组合能有效提高导航定位结果的可用性、连续性和可靠性. 随着北斗卫星导航系统（BDS）的快速发展和低成本惯导元件（IMU）性能的不断提高,进行基于BDS和低成本IMU的组合导航系统相关理论和技术研究具有很强的研究意义和实用价值. 本文首先对BDS RTK／M-EMS INS组合理论模型进行推导,并利用实测车载数据对组合系统的性能进行分析. 实验结果表明,在BDS中引入低成本IMU,可以在不损失定位精度的同时有效改善测速精度. 组合后在车载动态中定位精度影响为mm级,而速度误差改善在北、东、地方向达到了75.8％、79.5％、66.7％. 此外,在BDS+INS紧组合中使用双频数据可以改善测速定姿精度,速度误差改善为18.2％、33.3％、33.3％,姿态误差改善为41.1％、26.7％、59.0％.      

城市峡谷中GPS/BeiDou伪距单点定位性能分析

随着中国BeiDou卫星导航系统的正式投入使用,多卫星系统数据融合是未来定位的发展趋势。本文介绍了GPS/BeiDou组合伪距单点定位数学模型与方法,利用GPS和BeiDou全星座仿真数据,初步研究并分析了城市峡谷中多种典型遮挡环境下单卫星导航系统和组合导航系统的单点定位性能,包括可见星数量、PDOP值、单点定位精度等。结果表明,城市峡谷中建筑物的遮挡使得单卫星导航系统可见星数量不足,导致无法连续定位,几何结构分布不够理想,而GPS/BeiDou组合系统能够显著增加可见卫星数,提高系统可用性,减小PDOP值,有效改善SPP定位精度。     

多GNSS精密单点定位性能分析

在实现BDS/GPS/GLONASS组合精密单点定位的基础上,模拟多种遮挡环境;利用3个MGEX测站的数据进行三系统组合PPP试验;并在可见卫星数、PDOP值、定位精度、收敛时间和定位可用性等方面与GPS单系统PPP进行了比较分析。结果表明:在亚太地区,相比于GPS单系统PPP,三系统组合PPP可见卫星数增加了2~3倍,PDOP值显著减小。动态试验中,在无遮挡环境下,三系统组合PPP相较于GPS PPP收敛时间更短,且收敛后定位精度更高;在遮挡环境下,GPS PPP性能急剧下降,三系统组合PPP较好的保证了定位精度,提高了系统定位可用性。     

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GNSS/UWB的室内外连续定位方法

全球卫星导航系统(GNSS)与超宽带(UWB)等定位系统在室内外复杂环境下作用范围有限,并且单一定位源均无法获得从室外到室内连续可靠的定位结果等问题,针对北斗卫星导航系统(BDS)+GPS/UWB松组合定位方法展开研究,设计了室内外动态定位实验与过渡区域静态定位实验,利用扩展卡尔曼滤波器(EKF)对定位误差状态进行最优估计,并对BDS+GPS组合、UWB以及BDS+GPS/UWB松组合三种定位模式进行分析评价. 实验结果表明:在室内外的过渡区域,BDS+GPS/UWB松组合改善了GNSS-实时动态定位(RTK)的定位精度,扩展了GNSS-RTK的作用范围;BDS+GPS/UWB松组合相比于各单一定位源在一定程度上提高了系统从室外到室内定位的连续性与定位结果的可用性.      

GPS／BDS 组合相对定位解算及精度分析

随着全球卫星导航系统的不断发展,多模导航定位已成为研究热点。本文对G PS/BDS组合相对定位的原理进行了阐述,编写了相关软件实现了G PS/BDS组合相对定位功能,并通过实测数据进行处理和分析,验证了方法的正确性。结果表明：在短基线下,北斗区域卫星导航系统相对定位精度可达毫米级,与G PS相当,组合系统定位精度在水平方向上有所提高,且稳定性好。     

非完整约束的OD/SINS自适应组合导航方法

在地面车载组合导航GNSS/OD/SINS中,全球导航卫星系统（GNSS）信号容易受到环境的干扰甚至发生中断,将非完整性约束（NHC）应用于里程计（OD）/捷联惯性导航系统（SINS）组合,可以有效抑制GNSS信号中断期间组合导航系统的误差发散。通常NHC的噪声设定基于固定的经验值,然而在实际运动过程中,车辆运行轨迹复杂多变,其运动状态不能完全满足NHC前提假设,经验给定的噪声无法准确反映车辆实际运动情况。为此,本文分析了NHC噪声与车辆运动状态的关系,构建了一种基于车辆运动状态的NHC噪声自适应方法。通过所选场景的实测数据验证表明：采用噪声自适应的NHC/OD/SINS组合导航结果相比于固定噪声的NHC/OD/SINS组合,在GNSS信号中断110 s、车辆连续转弯的情况下,最大水平位置误差减小了68.4%;在GNSS信号中断74 s、车辆直线行驶的情况下,最大水平位置误差减小了87.3%;能较好地抑制GNSS中断期间组合导航系统的误差发散。     

基于六旋翼无人机平台的GNSS干扰源测向与定位系统设计与实现

目前,基于无人飞行器的导航干扰源探测方面的研究主要集中在理论研究与仿真实现阶段[1],文中设计了一种基于六旋翼无人机平台的全球卫星导航系统(GNSS)干扰源测向与定位系统, 并在某飞行场区进行了干扰源定位精度的测试. 该系统主要由六旋翼无人飞行器、干扰源监测测向载荷以及地面站组成. 系统试制完成后,选定开阔环境,通过设置干扰源发射不同的调制方式、不同发射功率的干扰信号,以此来验证干扰源的定位精度.      

基于无人飞行器的导航干扰源探测与定位系统设计与实现

全球卫星导航系统（GNSS）因具有覆盖范围广、使用成本低的特点而被广泛使用,但其多采用中、高轨道卫星,信号落地功率低,易受干扰,因此,为保证卫星导航系统的正常使用,需开展对导航干扰源的探测与定位研究.针对现有地面干扰源排查设备存在的定位精度低、机动性弱、定位时间长、干扰定位对测向环境依赖性高等问题.本文提出了一种基于无人飞行器的导航干扰源探测与定位系统设计与实现方法,通过在无人飞行器上搭载测向载荷,实现空中干扰源探测与定位,该系统具有作用距离远、覆盖区域大和机动性强等优点.      

BDS在陆地智能巡检无人车中的应用

当前智能化产品转型升级,无人车已广泛应用于生产生活实践中并发挥巨大作用. 北斗卫星导航系统(BDS)作为国产化的先进定位导航系统,在国产化智能产品的转型升级过程中将发挥越来越重要的作用. 智能化的巡检小车需具备自动导航定位和环境感知功能,而定位导航模块与通信模块扮演着重要角色. 本文设计一种适用于陆地各地形场景的智能巡检无人车,采用BDS进行定位,基于多传感器信息融合感知外部环境,能够实现自动巡航和避障相关功能,应用了BDS模块独特的短报文系统构建上位机平台进行信息交互传输,达到了良好的人机交互效果. 通过试验证明了系统的可靠性,能够进行无人车的自动巡航且巡检路径基本与预期路径保持一致. 以BDS模块为核心的无人巡检小车搭载各种功能模块后,可打造出系列相关产品用于社会生产实践中,为后续的相关技术的拓展提供新思路.      

GNSS/INS组合导航系统定位精度分析

GNSS/INS组合导航系统近年来得到了快速发展,应用领域越来越广泛。组合导航的定位精度是一个重要的研究方向,本文将应用于航空遥感领域的高精度GNSS/INS组合导航系统放置在地面平台上,采集试验数据,通过与NRTK定位结果比较,对组合导航系统定位精度进行分析,得出GNSS/INS组合导航系统的定位精度可达到厘米级的试验结论。     

车载组合导航数据处理方法研究

在运用组合导航技术进行车辆定位导航过程中,由于环境、导航设备等因素的干扰,导航数据中会包含有较大误差的野值数据,使得导航结果与实际车辆的行驶轨迹发生较大偏差,从而给人们的日常生活带来不便。一方面,错误的导航信息会给用户增加不必要的麻烦,影响智能交通系统的发展;另一方面也影响组合导航技术的应用和推广。为此,本文提出了对车辆低速和车辆停止时的定位数据进行剔除,利用粗差剔除和多项式拟合等方法对定位数据进行分析处理,提高导航定位的准确性。跑车试验证明该方法可以有效地提高定位精度,满足车载导航的需求。     

基于反射靶标的激光SLAM定位方法在港口无人车辆上的应用

针对港口岸边作业区和堆场内部等特定场景影响无人车辆高精度定位的问题,本工作以Cartographer 同步定位与建图(SLAM)作为算法基础,研究了基于反射靶标的无人车辆高精度定位方法,设计优化了反射靶标参数与布置方法. 针对影响基于反射靶标的激光SLAM定位精度的关键参数、行车速度和抖动干扰,设计实现了测试系统并进行了多参数对比. 针对港口场景下易发生的大抖动干扰导致激光SLAM定位失效的问题,分析了定位失效的产生机理,进而研究了基于惯性导航系统(IMU)和激光SLAM的复合定位技术,提出了大抖动干扰情况下基于反射靶标的激光SLAM定位误差的抑制方法. 实验结果表明:上述方案提高了无人车辆在港口特定场景下的定位精度和定位方法鲁棒性.      

基于B1C新信号的BDS/INS深组合改进的跟踪环路设计

针对北斗卫星导航系统/惯性导航系统(BDS/INS)的深组合定位系统,提出了一种利用惯性导航系统(INS)辅助B1C正交分量的信号跟踪算法,以解决定位过程中信号较弱致深组合定位系统失锁的问题. 该算法使用了考虑INS数据的卡尔曼滤波算法,并同时利用导频分量和数据分量构成本地码,对信号进行跟踪. 由该算法对实测数据计算,并利用传统算法进行对比,可以得出在弱信号的环境下跟踪环路较为稳定,伪距精度较高.      

基于复合多属性决策的点云匹配定位结果准确性评价

激光雷达点云匹配与惯性组合导航技术是高精度定位导航领域研究的热点，匹配定位结果评价的准确性直接影响组合导航定位精度，特别是在室外实际道路场景下，环境复杂，点云误匹配概率较大，只有准确评价匹配定位结果，才能提高组合导航定位精度。因此，对于评价模型的研究具有重要的意义。本文将评价模型的构建抽象为多属性决策问题，采用复合多属性决策算法，识别影响定位结果的因素并进行赋权，定量地评价了定位结果的质量，并利用实际道路数据对模型进行了验证。结果表明，本文算法可靠有效，能够反映实际匹配定位结果质量。     

基于MPC的半潜式无人艇导航轨迹跟踪控制研究

针对新型半潜式无人艇在导航航行过程中轨迹跟踪误差较大的问题,提出基于模型预测控制（MPC）的轨迹跟踪控制方法．并建立新型半潜式无人艇的运动模型,基于实际参数,构建MPC目标函数和系统约束条件,将半潜式无人艇轨迹跟踪问题转化为最优值问题;利用仿真软件,对控制算法进行了仿真分析. 利用卫星定位设备进行了导航轨迹跟踪试验．仿真与试验结果表明:基于MPC的轨迹跟踪控制方法提高了半潜式无人艇的导航轨迹跟踪精度,跟踪精度比原有PID控制方法提高了50％左右.      

INS/GNSS/ODO嵌入式系统的容错技术研究

车载低成本嵌入式组合导航系统的可靠性容易受到多种传感器故障和环境的影响,基于全球卫星导航系统(GNSS)状态的惯性导航系统(INS)/GNSS/里程计(ODO)抗差组合导航算法,提出了一种两级故障检测处理方法.其中,第一级检测使用了基于解析冗余的残差卡方检验法,第二级检测使用了改进的双状态传播卡方检验算法.利用自主研制...