伽利略卫星导航系统的初步性能评估

伽利略卫星导航系统是由欧盟和欧洲航天局联合打造的全球卫星导航系统。基于MGEX全球数据监测网的实测数据,对伽利略卫星导航系统的观测数据质量、单点定位和精密单点定位性能展开了评估。评估结果显示:目前伽利略系统导航卫星数较少,尚不具备全天时导航定位能力;伽利略系统多路径误差大小量级为分米级,E5频段信号的多路径效应最小,而E5b频段信号的多路径效应最为严重;一般情况下伪距单点定位平面精度可达5 m以内,高程精度可达10 m以内;动态精密单点定位平面精度可达5 dm以内,高程精度可达5 dm以内。     

多传感器多尺度融合估计在组合导航系统中的应用

基于某一给定尺度上的动态系统和不同尺度上的观测系统建立了多传感器的多尺度融合估计模型及算法，并将此算法应用于GPS／INS组合导航系统中，获得了比仅在单一尺度上进行估计更好的结果，有效地提高了组合导航系统的精度。     

INS/CNS/GPS智能容错导航系统研究

本文提出并设计了一种新的基于自适应模糊系统和联合卡尔曼滤波的INS/CNS/GPS融合导航系统智能容错结构方案,并进行了计算机仿真.结果表明,该系统具有较强的容错性能和较高的导航精度,是航空、航天、航海领域中一种具有高精度全参数的理想导航系统.     

车载挠性SINS/GPS组合导航系统研究

本文介绍了一种实用车载挠性ＳＩＮＳ／ＧＰＳ组合导航系统的软、硬件组成。针对挠性动调陀螺和伺服加速度计的随机漂移问题,提出多项式拟合补偿的思想,并在此基础上设计了基于ＵＤＵＴ 分解的卡尔曼滤波器。通过实验室组合导航实验,验证了多项式补偿和组合方案的有效性,同时也说明了该系统是一种具有较高性能价格比的实用陆地战车导航系统。     

INS/GPS组合导航系统的数据同步技术研究

指出在组合导航系统进行有效的信息融合之前，对来自不同导航传感器的数据进行同步化处理是非常重要的前提。对INS(惯性导航系统)和GPS构成的组合系统中的数据同步技术进行研究，提出了一种以GPS接收机输出的1PPS(每秒一个脉冲)作为参考时标，软硬件相结合的实时数据同步方法。实验结果表明：该方法能保证数据在融合点上准确同步。     

SINS/GPS组合导航系统选星算法

选星算法是SINS/GPS组合导航定位系统中一个重要的步骤。在最佳选星算法的基础上,提出了一种适用于基于伪距、伪距率的SINS/GPS紧耦合组合系统的选星算法。该算法通过ENU（东北天）坐标系中几何矩阵及几何精度因子的定义,利用星历给出的卫星在ENU坐标系中的高度角和方位角解算出最佳四颗导航定位卫星,即基于G矩阵的选星算法。通过与两种常规选星算法的对比,验证了本算法具有较强的工程实用性。此外又推导了基于G矩阵的伪距、伪距率的SINS/GPS组合系统量测方程。该算法避免了求解卫星的位置,从而有效减少了计算量。     

一种新型的GPS/SINS导航系统对准方法

对准是一切导航系统运行前必经的步骤，对于低成本的GPS／SINS导航系统尤其重要，在对一种在研导航系统杆臂效应分析的基础上提出了一种新的对准方法，可有效提高现场对准能力，实现实时补偿。     

UKF在深组合GPS/INS导航系统中的应用

采用联邦滤波的深组合GPS/INS导航系统预滤波器量测模型具有很强的非线性,导致扩展卡尔曼滤波（EKF）的预滤波器估计精度不高。Unscented卡尔曼滤波（UKF）方法是一种非线性分布近似方法,它使用有限数量的sigma点去逼近整个非线性动态系统的分布可能,从而避免了对非线性测量模型进行线性化,具有较高的精度和较好的鲁棒性。在分析深组合导航系统预滤波器模型和UKF原理的基础上,设计了基于UKF滤波算法的预滤波器,对码相位误差、载波相位误差、载波频率误差、载波频率变化率等参数进行估计,同时将UKF和EKF算法进行了仿真比较。结果表明,在深组合导航系统中使用UKF滤波比EKF有更高的导航定位精度。     

自适应联邦滤波器及其在组合导航系统中的应用

针对现有的信息分配方法在滤波精度和自适应性方面存在不足的问题,设计了一种在模糊神经网络基础上改进的自适应联邦滤波器,利用模糊神经网络自适应地调整信息分配系数,从而有效抑制干扰对子滤波器工作状态的影响,使主滤波器能够充分、有效地利用子滤波器的信息。将这种自适应联邦滤波器应用到MINS/GPS组合导航系统设计中,并对系统进行了仿真。通过与基于常规联邦滤波器的组合系统的仿真结果比较可知,自适应联邦滤波器的组合系统在性能上有了显著的提高,且速度误差标准差控制在0.06m/s以内,位置误差标准差控制在3.3m以内,具有良好的导航精度。     

基于FPGA的组合导航系统专用接口板设计

在低成本MIMU/MR/GPS组合导航系统中,为了解决不同设备之间因接口不同而不能直接进行数据交互的问题,设计了一种专用接口板。该接口板选用FPGA作为核心的控制器件,并辅助以单片机PIC18LF6520和少量的芯片,为符合不同协议规范的多种设备间数据传输提供通道,在各种设备间架起一座通讯的“桥梁”。经过跑车实验,证明了该接口板性能可靠,功能强大,具有一定的通用性。详细阐述了该接口板的硬件设计思想和基本工作原理,给出了FPGA和PIC18LF6520的软件编程逻辑流程图。     

半球谐振陀螺滤波评价系统

由于制造技术、组装过程和一些其它不确定因素,半球谐振陀螺不可避免的存在噪声源。介绍了半球谐振陀螺的工作原理和闭环检测理论,探讨了半球谐振陀螺的主要误差源,指出了在线滤波器用于半球谐振陀螺随机噪声滤波存在的一些问题。为了达到最佳的滤波效果,滤波评价系统采用 Allan 方差作为检验滤波性能的标准。比较了低通滤波、小波滤波和粒子滤的滤波性能,证明了该系统的有效性。     

旋转状态下的GPS信号跟踪性能

对于旋转载体采用圆柱共形微带天线更易实现对GPS信号稳定和连续的接收,然而接收得到的信号含有载体旋转引入的调制效应,对接收机跟踪环路提出了较高的要求。在考虑圆柱共形微带天线相位中心偏移的基础上,分析了载体旋转对GPS载波相位和频率的影响,研究了旋转状态下接收机跟踪环路的性能。仿真结果表明：为了减少旋转引入的动态应力误差,保持对GPS载波相位的稳定跟踪,必须相应的增大接收机跟踪环路的带宽,且旋转状态下二阶环路的跟踪性能要好于三阶环路。     

基于MEMS-IMU辅助的高动态GPS选星方法设计

一般的GPS选星方法通过搜索选取使几何精度衰减因子最小的4颗卫星,对于高动态应用特别是在水平姿态角较大的情况下,传统的选星方法存在许多局限性。针对低成本的MEMS-IMU/GPS组合导航系统,提出了基于MEMS-IMU辅助的GPS选星方法;针对高动态载体姿态变化较大的问题,采用MEMS-IMU输出的高速率姿态信息压缩卫星搜索范围,通过选取不超过6颗可见卫星来降低几何精度衰减因子,从而提高定位性能。使用半实物仿真数据,验证了所提出的方法。测试结果表明,与传统的选星方法相比,基于MEMS-IMU辅助的GPS选星方法在飞机高动态大机动条件下,优化了卫星星座,具有精度高、计算量低、可靠性高等优点。     

GPS/SINS组合导航系统在运载火箭中的应用

针对运载火箭特点,着重研究在发射惯性坐标系下,位置、速度组合模式的GPS/SINS组合导航算法,推导了该坐标系下的惯导一阶误差传播方程,建立了该坐标系下GPS/SINS组合导航系统的状态方程和观测方程,并进行了相关数学仿真验证。仿真结果表明,在该坐标系中,GPS/SINS组合导航算法能较准确地给出运载火箭的位置、速度和姿态信息,提高运载火箭制导精度。     

Galileo在轨卫星钟性能评估与分析

Galileo系统是目前大范围、常态化装配高精度、高性能星载氢原子钟的唯一卫星导航系统,对其卫星钟长期性能进行分析有助于对该系统的整体评估。首先,基于德国地学研究中心(GFZ)的精密钟差产品,通过最小二乘法拟合钟差数据计算了卫星钟的频率准确度和频率漂移率,采用重叠哈达玛方差讨论了卫星钟的频率稳定度,同时对Galileo卫星钟差模型拟合残差序列长期变化特点进行了分析和精度统计;然后,根据频谱分析的方法提取了卫星钟差的周期项;最后,使用Lag1自相关法识别了卫星钟的噪声类型。综合上述方法所得到的指标较为全面地评估了Galileo在轨卫星钟的性能,结果表明:Galileo卫星钟的频率准确度均值为1.79×10~(-11),日漂移率均值为1.46×10~(-14),万秒稳均值为1.32×10~(-14),模型拟合残差平均精度为0.102ns;Galileo卫星钟差序列周期特性显著,前三个主周期近似为其卫星轨道周期的0.5倍、1倍和0.33倍左右;不同平滑时间下Galileo卫星钟主要受调频白噪声、调频闪烁噪声和调频随机游走噪声的影响。     

GPS/SINS组合导航系统实现时间同步的软件方法

GPS／SINS组合导航系统是当前各类飞机普遍采用的主要导航设备,采用传统组合方法无法消除组合时GPS与SINS时间同步误差的影响。在对GPS／SINS时间同步误差的物理概念深入研究的基础上,提出一种对时间同步误差估计和补偿的软件方法。该方法通过扩充滤波器状态与改进量测方程的途径,实现了对时间同步误差的在线估计和补偿。仿真结果表明,当存在0．7s时间不同步时,采用传统方法,组合导航系统水平位置精度只能达到150m左右;采用丈中提出的方法,组合导航系统水平位置精度优于10m。