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。     

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。     

舰船平台上一种改进的传递对准方案设计与仿真

为了提高舰船惯性导航系统在动基座下的传递对准的精度和快速性,针对舰船平台的应用特点,采用卡尔曼滤波器对主、子惯导的"速度加角速率"参数的误差量进行滤波估计并进行了算法设计。运用卡尔曼滤波器的平滑算法改善传递对准的精度。针对卡尔曼滤波器平滑算法会降低对准速度的缺点,在只损失一小部分精度的前提下,创新性的采用卡尔曼滤波器的降阶算法提高了对准速度。通过Matlab软件对卡尔曼滤波器算法、卡尔曼滤波器平滑算法和卡尔曼滤波器平滑加降阶算法的速度误差和姿态误差分别进行了仿真。仿真结果表明,"速度加角速率"匹配传递对准改进算法具有稳健的对准精度和快速性,有一定工程应用参考价值。     

快速传递对准用联合强跟踪Kalman滤波器设计与仿真

针对用于快速传递对准的卡尔曼滤波器阶数高,计算量大,滤波更新率低,鲁棒性差及对准精度不高等问题,提出采用联合强跟踪Kalman滤波器进行快速传递对准。文中设计了联合强跟踪Kalman滤波器的结构和算法,同时利用改进的Elman网络进行信息分配系数的自适应调节,以实现融合信息在各子系统中的自适应分配。仿真结果表明,该滤波器不仅提高了解算速度,而且提高了系统鲁棒性和对准精度。     

CNN/Kalman技术在组导中的应用研究

经典的卡尔曼滤波器要求假设系统的动态模型和观测模型的噪声统计特性已知，而组合导航系统的噪声具有非先验性。为了解决这一问题，提出了一种新型复合神经网络(CNN)辅助卡尔曼滤波器(Kalman)。仿真试验结果表明：该辅助算法的精度与一般卡尔曼算法相比提高了2倍，收敛时间缩短近200s，并有效地克服了传统神经网络学习速度慢、泛化能力弱的缺点，使系统具有自适应能力以应付动态环境的扰动。     

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。     

一种新型深组合GPS／INS系统的设计与性能仿真研究

本文提出和研究了一种新的深组合ＧＰＳ／ＩＮＳ系统设计方法，它适用于干扰环境中的各类高动态载体。其特点是利用自适应码跟踪误差估计器，使组合卡尔曼滤波器获得白化的伪距量测残差，将组合卡尔曼滤波器纳入码跟踪环路，用以代替传统的速率辅助的延迟锁定环。组合卡尔曼滤波器根据信号的噪声、动态、以及ＩＮＳ的误差，自适应地改变码环的跟踪特性，同时也完成惯性导航系统误差的估计。它能克服常规组合系统不稳定性问题，仿真结果表明，在机动飞行和强干扰状态下，这种组合导航系统具有较高的导航精度和良好的信号跟踪及抗干扰性能。     

组合导航技术在油气管道测绘系统中的应用

针对长输油气管线必须进行轨迹绘制和探伤定位的问题,设计了惯性管道测绘系统。系统核心部件为捷联惯导系统,辅助信号有里程计和定距离磁标信号,是一种全自主的导航系统。在系统算法设计中,通过建立捷联惯导与航位推算组合导航系统误差模型,利用改进的卡尔曼滤波器估计系统姿态、航向角误差和里程计标度因数误差。该系统数据处理具有非实时性的特点,因此设计了后向卡尔曼滤波器进行数据平滑。系统跑车试验证明该滤波算法能够有效的提高系统的定位精度,系统具有高精度、高可靠的特点,满足实际工程需要。     

组合滤波器在组合导航中的应用设计

设计了基于INS GPS组合导航系统的组合滤波器(卡尔曼滤波器和H∞滤波器)及实现方法,建立了9维系统状态方程,给出了陀螺误差模型、加计误差模型和GPS误差模型,实现了以GPS与INS输出的东、北向速度误差作为组合滤波器观测量的组合方案.该组合滤波器通过检测各子滤波器的估计误差量的均值,使其自身具有很强的自诊断能力.通过计算机的仿真,对系统的精度进行了分析,证明该方案是可行的,能够加快计算速度,实现实时滤波计算,取得很好估计效果.     

容错信息融合滤波算法的研究

本文针对容错组合导航的特点，提出一种新的信息融合滤波算法，该算法既能提高系统的容错性能，使系统具有良好的实时故障检测、隔离和重构的能力，又能使系统出现故障时，重构的系统由于获得了融合的系统信息，以较高的精度工作。文中证明该算法与集中卡尔曼滤波器等效，因而是最优的。     

INS／ESGM／Doppler组合导航系统中的联合Kalman滤波方法

在INS/ESGM/Doppler组合导航系统集中Kalamnihan滤波器的基础上,进一步建立了该组合导航系统的联合Kalman滤波器结构和滤波算法,并讨论了该滤波器的容错性及简化形式。数字仿真的结果表明,本文所设计的联合Kalman滤波器与集中Kalman滤波器相比,其滤波精度基本一致,而滤波器的解算速度更快,容错性能更好。     

一种容错联邦滤波算法在INS/GPS/Doppler组合导航系统中的应用

本文提出了一种联邦滤波器的容错滤波算法,并在ＩＮＳ／ＧＰＳ／Ｄｏｐｐｌｅｒ 组合导航系统中进行了计算机仿真。仿真结果表明,该算法具有与集中卡尔曼滤波同等的导航精度,同时具有较强的容错性。     

信息融合技术在INS/GPS/DVL组合导航中的应用研究

为克服某船载导航系统不能满足长时间高精度导航定位需要的缺点,提出了一种基于信息融合技术的INS/GPS/DVL联邦滤波器组合导航方案.介绍了INS/GPS/DVL联邦滤波器的工作模式,在建立INS、GPS和DVL误差模型的基础上,推导了滤波器的组合形式,并详细阐述了该联邦滤波器的融合算法.通过计算机仿真技术分析了该组合导航系统的性能,仿真证明了所设计的联邦滤波器可以充分利用各种导航传感器的信息,提高导航系统的精度,比单独的惯性导航系统能提供更为精确的位置、速度和姿态信息,有效地提高了导航系统的综合能力.     

联邦滤波信息分配新方法

总结了联帮滤波器理论的基础和实现方法,提出了一种基于矩阵范数进行信息动态分配的联帮滤波新算法。设计了一种由INS、GPS和Doppler测速雷达构成的多传感器组合导航系统,在新的信息分配因子准则下,对多种融合速率时的组合系统进行了仿真。仿真结果表明：该方法可以达到与集中式卡尔曼滤波十分接近的全局估计效果,并且该方法有助于简化组合导航系统的故障检测和隔离算法。     

一种车载组合导航系统的联邦滤波新算法

针对车载GPS/DR组合导航系统的特点,提出了一种新的联邦滤波算法.子滤波器由两个滤波器构成:一个是卡尔曼滤波器,另一个是Unscented卡尔曼滤波器(UKF),它们分别处理GPS子系统和DR子系统的信息.UKF是一种较新的非线性滤波方法,相对传统的非线性滤波器EKF具有更高的滤波精度和更高的计算效率.联邦滤波器的信息分配因子采用一种基于观测误差的最小均方误差形式,最佳地融合了传感器的输出信息.这种结构降低了联邦滤波器的计算难度和计算量,提高了组合导航系统的可靠性和容错性.仿真结果表明,提出算法的定位精度很高,与UKF算法的效果相当.     

联邦滤波器理论研究

应用矩阵理论和信息分配原理导出集中卡尔曼滤波、分散化滤波和联邦滤波之间的等价关系，证明联邦滤波器的全局滤波精度和集中卡尔曼滤波的滤波精度相同，并用信号流程图直观清晰地说明联邦滤波比分散化滤波结构更简单，计算量小。提出一种动态最优信息分配系数确定的方法，该方法使联邦滤波局部滤波器的设计也成为最优，并从理论上证明其具有最高的软故障检测灵敏度。     

广义联邦滤波器的全局最优性

基于分散化滤波算法和信息分配原理,建立了广义联邦滤波器设计理论。证明了联邦滤波器当其主滤波器和局部滤波器的维数都相同时,其全局滤波和集中卡尔曼滤波等价,是最优的;同时提出当主滤波器维数和局部滤波器维数不相同时,达到全局滤波最优的解析补偿方法,其附加计算量小,并可作为一种性能指标用于子系统的软故障检测。在组合导航系统中运用此方法对非公共状态信息进行补偿,仿真结果验证了该方法的有效性。     

基于自适应联邦滤波的传递对准算法

为了提高传递对准的对准速度和对准精度,研究了基于自适应联邦滤波的"速度 姿态角"传递对准的算法,在状态变量中加入了安装误差角和挠曲变形角,在算法中进行了估计并补偿。为了保证滤波的实时性,采用联邦滤波的方法,分别建立了速度匹配子滤波器、姿态角匹配子滤波器和主滤波器的模型,给出了状态方程和量测方程。在子滤波器中利用模糊控制器对噪声特性进行了自适应调整以解决系统噪声和量测噪声是未知情况下滤波发散或者精度不高的缺点从而增强系统的鲁棒性。最后在载体匀速直线加三轴摇摆的运动模型下进行了仿真,结果表明该方法能够有效地估计安装误差角和部分挠曲变形角,并且能够以一定精度完成初始对准。