一种改进的捷联惯导二位置初始对准方法

为了提高捷联惯导初始对准的收敛速度,在速度观测的基础上,引入角速度融余观测量,得到一种改进的双位置初始对准模型。推导并比较了在导航坐标系与载体坐标系内的角速度观测方程,尽管二者在理论上是等价的,但前者具有线性、计算量少等优点。根据改进的模型,设计了Kalman滤波算法。仿真验证表明,采用新方法后,系统状态,特别是航向角误差和垂向陀螺零偏的收敛速度得到了显著提高,航向角误差的估计精度在捷联惯导转向完成后,即第40s快速收敛到1'以内。     

INS/GPS组合导航中的病态问题及其处理方法

在地球表面附近的组合导航中,一般以经、纬度表示水平位置,单位为弧度(rad),以高程表示竖直位置,单位为米(m)。1m的定位误差仅相当于约10-7rad,从而造成定位协方差矩阵的条件数达1013量级。Kalman滤波中要对协方差矩阵求逆,过高的条件数将引起严重的病态问题,从而造成很大的数值误差,影响滤波精度,甚至造成滤波发散。提出一种直接的解决方法,即构建一种避免病态问题的组合导航滤波模型。具体过程为:引入一种尺度因子(即平均地球半径)对组合导航系统的状态量、观测量、状态方程以及观测方程进行线性变换,从而对经、纬度误差进行适当的尺度化,明显降低协方差矩阵的条件数,有效避免了滤波过程中病态问题的出现。新方法在不明显增加计算量的前提下有效解决了病态问题,并保证了Kalman滤波的最优性质。数值仿真验证了该方法的有效性。     

基于DOP值的GPS/INS组合导航滤波方法

分析了组合导航观测值的特点,指出其随机特性与精度因子(DOP)有关,将DOP信息引入组合导航中,实时修正组合导航观测值的方差,以适应卫星几何条件变化引起的噪声特性变化,最后通过实测组合导航算例对方法进行了验证。实验表明,利用DOP值信息提高了组合导航的精度和可靠性。     

多传感器组合导航系统研究

为了满足水下航行器高精度导航定位的需求,建立了多传感器组合导航的系统模型。针对信息融合过程中出现的非线性环节,在传统联邦滤波器的基础上,提出了基于粒子滤波的混合联邦滤波器。其中,线性子系统采用卡尔曼滤波算法进行滤波估计,非线性子系统采用粒子滤波算法进行滤波估计。计算机仿真分析表明,该混合联邦滤波算法能够将线性和非线性子系统的滤波结果很好地融合起来,提高了组合导航系统的定位精度。     

GNSS/INS组合导航系统中异常观测的探测与抑制

在隧道、城市峡谷、多径效应明显等恶劣环境中,GNSS定位结果易受异常值影响。GNSS异常值的存在使得观测噪声服从Gauss分布的假设不再成立,从而将严重影响GNSS/INS组合系统中Kalman滤波的性能。本文将抗差Kalman滤波用于GNSS/INS组合导航系统中异常观测的探测与抑制。根据设定的显著性水平对Kalman滤波的新息向量进行c2检验,原假设被拒绝时认为异常观测存在;然后引入尺度化因子对新息向量的协方差矩阵进行膨胀,以抑制异常观测对滤波结果的影响,并通过解析方法求解该因子。数值仿真的结果验证了算法的有效性。     

SINS/DGPS矢量重力测量系统滤波技术研究

以单通道捷联惯性导航系统的速度误差和姿态误差方程为状态方程,以陀螺仪误差和垂线偏差为过程噪声,以DGPS的速度与捷联惯导的速度之差为观测量,建立Kalman滤波模型,经滤波得到高精度实时导航信息。从导航信息中提取水平重力信息,进而得到垂线偏差。对高精度惯性元件构建的惯导系统进行数值仿真,仿真结果表明,组合系统可以有效提高实时导航和姿态精度,经50s平均后,可以得到精度为2″的垂线偏差。     

基于GPS的水下导航算法误差仿真研究

首先介绍了水下导航算法,采用GPS和水下参量测算相结合的方案,即当运行器在水下运行时,利用电子罗盘测量运行器的相对航向,水流传感器测算运行器的相对速度大小,利用学习阶段计算出海水流速,在水下运行器潜行时进行船位推算导航,用GPS精准的定位信号进行导航误差的校正。此算法精度的高低很大程度上取决于用来进行水下参量测算的传感器和用来方位校准的GPS。文中从各个传感器的误差着手,通过模拟仿真详细分析了电子罗盘、水流传感器和GPS的误差对导航精度的影响,对工程应用具有实际的指导意义。     

虚拟海洋环境仿真关键技术与应用研究

本文利用虚拟现实和可视化技术,对虚拟海洋环境仿真中海浪仿真、海风仿真与风海流仿真等关键技术进行研究,并基于研究成果开发了交互式虚拟海洋仿真系统。结合中国海洋大学丰富的海洋实践教学经验,对东方红2号海洋调查船进行三维建模,并运用体素化分析方法模拟其在海面的运动情况,构建了虚拟海洋环境观测载体。系统根据涉海专业出海实践内容设计观测实验,还原了海风观测实验和CTD观测实验,能有效缓解当前涉海高校实践教学资源的不足,提高海洋人才的培养质量。     

基于GPS/MIMU组合导航定位系统的研究与应用

研究了利用微型惯性测量单元M IMU和GPS-OEM板,设计了一种低成本、轻小型的GPS/M IMU组合导航定位系统。为了验证该系统的性能,利用M IMU和GPS观测数据对该组合系统进行了实验。实验结果和应用表明,组合导航系统在精度和可靠性方面较单一的导航系统都有明显的改善。     

GPS/磁罗经导航系统应用研究

以HMR3000磁罗经和BeeL ine GPS组成组合导航系统,对系统功能和其中的关键难题进行了研究。推导了HMR3000误差模型,根据误差模型与BeeL ine GPS系统进行最优组合;针对此系统及组合算法,进行了一系列的试验测试。试验数据表明,组合导航系统在天线基线长度大于5m时,航向误差小于0.05°,其精度优于单独的BeeL ine和HMR3000;并解决了该组合系统航向连续性等难题。     

SPECTRA综合导航系统在海洋勘探中的应用

介绍了SPECTRA综合导航系统的功能特点、系统配置、操作方法及在海洋勘探中的应用。同时对该系统在运行中可能出现的问题，如GPS信号质量对系统的影响、监控节点对网络通讯的影响及调用在线数据对质量控制记录的影响逐一加以描述，并提出行之有效的解决方法。     

天地一体北斗导航态势表达系统的设计与实现

针对北斗导航卫星运行状态及北斗用户实时定位信息可视化表达的需求,设计并实现了可服务于海洋活动的天地一体北斗导航态势表达系统,系统采用态势数据获取层、处理层、表达层与应用层的4层体系结构,集态势信息接入、集成融合、可视化表达、标绘、辅助分析与推演、信息共享与发布等于一体,采用天地一体的多维信息要素的可视化场景组织方法与基于GPU的海量定位用户数据表达技术,实现了多源数据的有机融合与海量定位数据的动态表达,可为渔业管理、海事救援等海洋活动提供有效支持,具有重要应用价值。     

基于INS/DVL/GPS的UUV组合导航技术分析

水下组合导航是UUV完成长航时水下自主航行和任务的技术保障和基础,而基于INS/DVL/GPS的组合导航是当前UUV的主流组合导航方式,可解决导航误差随时间积累的难题,满足UUV长航时水下航行的要求。介绍了水下组合导航系统的结构和组成以及关键技术,并详细论述了初始对准算法、纯惯性解算算法、组合导航算法、DVL标定算法和校准算法。     

北斗三号系统与GPS定位性能仿真对比分析

为了解北斗三号系统在国内外及南北极地区的定位性能,在STK仿真平台下建立了北斗三号系统30颗星(3GEO、3IGSO和24MEO)的星座模型,对北京、三亚、新加坡、南北极点等11个站点的平均可见星数和几何精度因子GDOP值进行了分析,并与GPS进行了对比。结果表明,北斗三号系统较GPS在国内外及南北极地区典型站点的定位性能更优。