动态用户惯性速度辅助的GPS接收机码环稳定性研究

ＧＰＳ接收机码环跟踪回路的误差模型一般可用一阶马尔可夫过程来近似，且当接收机载波环路失锁时，码环的速率辅助信息来自惯性导航系统的惯性速度。鉴于此，本文对ＧＰＳ／ＳＩＮＳ组合系统误差状态方程中考虑或忽视码环跟踪误差的两种情况，用卡尔曼滤波器对系统性能进行研究，并探讨了飞机机动飞行时伪距测量误差与惯性速度误差之间的相关性对接收机码环跟踪性能的影响。结果表明，飞机机动及ＧＰＳ最佳导航星在飞机运动过程中的变化对ＧＰＳ接收机码环的工作稳定性都有一定的影响。     

北斗/INS深耦合接收机基带滤波器设计

随着北斗导航系统的组网,北斗/INS深耦合接收机的研制具有重要价值。传统的接收机基带滤波环路通常为相互独立的载波环路滤波器与码环路滤波器,码环路无法充分利用载波环路的信息,因此码环的动态性能受到限制。设计了载波/码组合滤波器,将载波环与码环的测量信息在一个滤波器内进行耦合,实时估计码相位、载波相位、多普勒频移与其变化率。通过北斗B3频点实际静态数据和GNSS模拟器采集的卫星-用户视线方向40g高动态数据进行离线跟踪测试,载波/码组合滤波环路可跟踪40g高动态信号,且静态数据的跟踪精度相比传统滤波环路提高27%。上述算法成功应用于基于Xilinx平台的卫星信号处理设备在线跟踪。提出的组合滤波器结构简单,测试有效,为北斗/INS深耦合接收机的工程实现提供参考。     

基于矢量跟踪的SINS/GPS深组合导航方法

为了满足高动态用户及强噪声干扰条件下的应用需求,提出了一种基于矢量跟踪的SINS/GPS深组合导航方案。深组合方案利用组合卡尔曼滤波器反馈回路取代了传统接收机中独立、并行的跟踪环路,能够同时完成所有可视卫星信号跟踪和组合导航信息处理的任务;利用相关器残差来更新导航参数状态,同时根据已有的导航参数和星历信息推测GPS伪码相位和多普勒频移等信号跟踪参数,用以控制接收机的本地伪码、载波数控振荡器（NCO）,使本地伪码相位和载波频率与输入信号保持一致。最后,通过仿真验证表明,基于矢量跟踪的深组合方法不仅在GPS信号发生短暂中断期间,能够保证组合系统的导航精度和可靠性,而且在载噪比较低的环境中能够维持较好的伪码相位和载波频率跟踪性能。     

GPS／SINS组合导航系统的动基座快速初始对准方法

—本文首先建立了ＳＩＮＳ的误差模型，并对系统模型进行了可观测性分析，然后基于ＳＩＮＳ误差模型的特点，通过对所采用卡尔曼滤波器仿真结果的分析，提出了一种快速估计方位失准角Ｄ的方法，从而大大缩短了初始对准时间，提高了对准速度。最后计算机仿真结果表明了该方法的有效性。     

利用差分GPS提高惯性导航系统飞行测试基准的精度

—本文研究用增广卡尔曼滤器（ＥＫＦ），把高精度ＩＮＳ、差分ＧＰＳ（ＤＧＰＳ）和测距／测距率无线电应答器系统（ＲＲＳ）及气压高度计进行最优组合，构成ＩＮＳ测试基准的方法；重点讨论ＩＮＳ／ＲＲＳ／ＤＧＰＳ卡尔曼滤波器误差模型。计算机仿真结果表明，基准导航系统的高度精度为１．２５ｍ（１σ），水平位置精度可达０．５９ｍ（１σ），速度精度为０．０１５ｍ／ｓ（１σ）。     

SINS／GPS组合导航系统机载样机的工程研制

本文介绍了ＳＩＮＳ／ＧＰＳ组合系统机载样机的工程研制及车载试验。采用经过小型化的捷联惯导系统与美国ＴＲＩＭＢＬＥ公司生产的６通道ＴＡＮＳⅡＧＰＳ接收机进行组合。捷联惯导系统软件与组合导航系统卡尔曼滤波器计算软件共用一个机载计算机，组合系统采用１２阶线性卡尔曼滤波器，并对卡尔曼滤波器的递推算法进行了工程化的处理，使滤波器的计算速度大为提高。最后，给出了组合系统的实验室静态试验及外场车载试验结果。     

惯导速度辅助下相干接收时GPS接收机码环的噪声响应和动态跟踪性能分析

本文推导了GPS接收机相干接收C/A码信号时码环的动力学方程,分析了码环的噪声响应和动态跟踪性能对码环带宽的矛盾要求,并提出了解决矛盾的方法;惯导速度辅助。分析结果表明,窄带宽码环经精度为1海里/小时的惯导系统速度辅助后,对加速度机动的跟踪误差为无辅助时的千分之一,接收机将兼有抗强干扰和跟踪高动态的性能。     

MIMU/GNSS紧组合精密单点定位协方差成形自适应滤波方法

针对精密单点定位应用需求,研究了MIMU/GNSS紧组合协方差成形自适应滤波方法。给出了"位臵滤波器+速度滤波器"的分布式滤波器设计方案以降低计算复杂度;推导了地理系紧组合导航系统模型,并把伪距测量不一致性偏差扩展至系统状态向量中予以估计,从而提高系统对于动态环境下伪距测量偏差抖动的适应能力。协方差成形自适应滤波算法利用Frobenius范数来衡量系统残差噪声水平建模状态与实际状态的匹配程度,并以最小化Frobenius范数作为优化指标,动态调节滤波增益,以此来提高状态估计精度、平稳性与鲁棒性。地面静态试验表明:紧组合协方差成形自适应滤波器定位误差均值与均值稳定性均优于标准卡尔曼滤波器,定位精度提高了约50%,能够提供亚米级单点定位导航服务。相较于集中式滤波器设计方案,分布式滤波器方案计算复杂度降低了63.5%。     

低成本制导弹药虚拟运动预测组合导航方法

采用捷联惯导/卫导松组合导航系统的低成本制导弹药在执行任务时，卫星导航信号闪烁、断续、丢失等情况时有发生，严重降低了导航精度。为解决卫导信号短时缺失条件下的精确导航问题，提出了一种基于虚拟运动状态预测和自适应卡尔曼滤波器的卫导信号补偿导航方法。首先，建立卫导接收机正常工作时的状态与量测方程，构建三维空间下弹药制导过程的动力学模型。其次，根据制导律与动力学特性预测制导弹药的虚拟运动状态，并将其输入卡尔曼滤波器，在一定程度上替代卫导信号。最后，设计一种自适应卡尔曼滤波器，该滤波器可根据新息序列实际协方差与理论协方差的不匹配度自动调节增益。仿真结果表明，在卫导信号短时缺失的情况下，相比基于扩展卡尔曼滤波器的松组合导航方法，所提方法可将平均定位精度提升55%以上，为卫导信号短时缺失条件下的组合导航提供新思路。     

基于模糊逻辑控制的舰船组合导航自适应卡尔曼滤波器

双天线GPS提供的载体姿态信息与惯性导航系统信息进行融合可提高组合导航系统的性能。由于在实际应用中,GPS接收机可能会受到某种干扰无法提供舰船航向信息,从而降低传统卡尔曼滤波器的性能。因而提出了一种新的基于模糊逻辑控制的自适应卡尔曼滤波器。改进后的卡尔曼滤波器使用两个模糊逻辑控制器来调整两个系统的组合模式,并且根据卡尔曼滤波器的内部状态、GPS工作状态和舰船运动状态来计算卡尔曼增益。通过使用INS和GPS的实测数据验证,这种基于模糊逻辑控制的自适应卡尔曼滤波器能有效的提高INS/GPS组合导航系统的性能。     

GPS 动态滤波的新方法

本文提出一种ＧＰＳ动态定位滤波的新方法。该方法直接从ＧＰＳ接收机输出的定位结果入手，将各种误差因素的影响等效为输出定位结果的总误差，视为有色噪声，建立线性卡尔曼滤波模型对位置和速度信息进行估计。与以往采用的非线性卡尔曼滤波器相比，滤波后定位误差明显减小，且模型简单，系统运算量降低，实时性较好。另外，为了提高滤波器的动态性能，还提出了一种有效的次优加权自适应卡尔曼滤波算法     

一种快速跟踪的卡尔曼滤波算法及其在舰船组合导航中的应用

在用卡尔曼滤波算法估计动态系统的状态时,如果系统运动状态发生突变,会导致滤波估值不能及时跟踪系统真实状态的变化。本从算法上分析了产生这种现象的原因,提出了根据不同传感器观测值的误差特点对算法进行改进的方法,使得卡尔曼滤波器跟踪速度和滤波精度大大提高,并将其成功地应用于推算船位/GPS组合导航系统。     

INS／SAR组合导航系统中的误差修正方法

—本文介绍了ＩＮＳ／ＳＡＲ（合成孔径雷达）组合导航系统中的误差修正原理和方法，描述了如何获得观测量和构造ＩＮＳ／ＳＡＲ组合滤波器。给出的仿真结果证明，这种修正方法能大大提高导航精度，并且具有很强的初始捕获和对准能力。     

基于博弈论的鲁棒滤波器应用于GPS/INS组合系统的设计研究

考虑了组合导航系统中的不确定噪声问题；根据博弈理论与最优控制理论，提出一种能够在具有不确定噪声干扰中最小化滤波误差的极小极大值鲁棒滤波器。通过设计—种高动态的飞行轨迹进行仿真研究，发现在不确定噪声干扰下该算法具有比标准卡尔曼滤波器更高的精度。     

INS／QPS紧耦合系统自适应跟踪环路带宽设计

在INS／GPS紧耦合系统中,通过把惯导系统的位置、速度等估计值反馈到GPS的跟踪环,使环路带宽可以变窄,以明显改善GPS的抗干扰能力。在这种组合系统中,跟踪误差是由环路带宽内中的干扰噪声、振荡器相位噪声引起,此外还有惯性传感器的误差引起的跟踪误差。文中提出了按照GPS信号的载噪比自适应地调节GPS的环路带宽的方案,这将使GPS接收机在任何条件下包括存在干扰时保持最佳状态。分析和仿真计算说明,与采用固定带宽时相比,自适应带宽的紧耦合系统具有更高的抗干扰能力和对卫星信号的跟踪精度。     

GPS信息在惯性导航和惯性测量系统中的应用

本文通过实际系统的使用经验和研究过程中的数字仿真，介绍了ＧＰＳ信息在船用惯性导航和陆用测量系统中的使用情况。阐述了ＧＰＳ／ＩＮＳ组合系统的优越性以及根据使用对象，选择组合系统、卡尔曼滤波器的结构和ＧＰＳ信，色处理技术等方面的见解。     

INS/GPS紧耦合系统自适应跟踪环路带宽设计

在INS/GPS紧耦合系统中,通过把惯导系统的位置、速度等估计值反馈到GPS的跟踪环,使环路带宽可以变窄,以明显改善GPS的抗干扰能力.在这种组合系统中,跟踪误差是由环路带宽内中的干扰噪声、振荡器相位噪声引起,此外还有惯性传感器的误差引起的跟踪误差.文中提出了按照GPS信号的载噪比自适应地调节GPS的环路带宽的方案,这将使GPS接收机在任何条件下包括存在干扰时保持最佳状态.分析和仿真计算说明,与采用固定带宽时相比,自适应带宽的紧耦合系统具有更高的抗干扰能力和对卫星信号的跟踪精度.     

基于双滤波器结构的基带信号预处理滤波模型

对于级联式INS/GPS深组合导航系统,用修正后的惯导解算信息和星历信息计算的载波NCO控制量精度无法满足载波跟踪的要求,通常利用基带信号预处理滤波器的估计结果直接闭合载波环。传统的基带信号预处理滤波模型采用的是单一滤波器,因滤波器状态的相互耦合和滤波算法本身的限制,滤波估计的精度很难实现载波跟踪。基于双滤波器结构的基带信号预处理滤波模型,在传统单一滤波器基础上,新增一个3维滤波器用于闭合载波环,仿真结果表明了该方法的有效性。     

一种自适应联合卡尔曼滤波器及其在车载GPS/DR组合导航系统中的应用研究

—本文设计了实现车载ＧＰＳ／ＤＲ组合导航系统最优综合的联合卡尔曼滤波器，并给出了滤波算法。提出了一种自适应联合卡尔曼滤波器结构及其算法，并应用于ＧＰＳ／ＤＲ组合导航系统的最优综合校正中。理论分析及计算机仿真结果均表明，应用该自适应联合卡尔曼滤波器可大大提高车载ＧＰＳ／ＤＲ组合导航系统的定位精度及容错能力。     

MIMS/GPS组合导航系统中卡尔曼滤波器设计与实验研究

对MIMS／GPS组合导航系统进行了研究，设计了卡尔曼滤波器，采用状态和偏差去耦方法进行估算，完成了仿真和车载实验。该算法计算量小，估计精度高，特别适用于偏差项较多的场合，在本系统中有效地抑制了陀螺和加速度计动态偏差的影响。此外，在开环卡尔曼滤波器结构基础上引入了姿态阵修正，进一步减小捷联系统姿态角误差对导航定位精度的影响。仿真和车载实验结果表明，样机具有较高的定位精度和较好的重复性。