惯性辅助超短基线GPS航姿解算

ＧＰＳ航姿系统是利用ＧＰＳ 载波相位相对测量来确定载体的航向和姿态。对于只有２ ～３ 个载波波长的超短基线，载波相位初始模糊度的确定将变得容易，而且这样的超短基线有利于周跳的检测，但超短基线使航姿解算精度较低。为了提高航姿解算的精度和可靠性，本文提出了ＧＰＳ航姿和低精度陀螺的组合系统，并进行了仿真研究。     

一种GPS测姿系统的设计及精度分析

为了研究一种适合船用的启动快、全天候、低成本、没有误差积累的测姿系统,根据船体甲板结构布局,设计了一套GPS测姿系统。系统采用4台双频GPS接收机,4天线棱形布局,艏艉基线约33 m,利用GPS载波相位测姿技术确定船舶姿态。海上动态试验时以惯导和光电经纬仪为数据比对基准进行精度分析。结果表明系统已基本达到了全时段测量的能力,其有效数据覆盖率可达94.8%以上,航向角系统误差小于18",纵摇角系统误差小于28",横摇角系统误差小于80"。系统已可作为大型船舶姿态测量的主要测量手段之一,同时由于其航向精度较高,可作为惯导系统航向校准的补充手段。     

一种新的磁传感器辅助弹载接收机跟踪环路的方法

针对弹载接收机高速旋转的特性,提出一种利用磁传感器测量弹体姿态,补偿旋转引起的载波多普勒频移和相位偏移的方法。首先,根据弹丸弹道学特征,推导弹体高速旋转引起的载波频移和相位偏移与弹体姿态的表达式;其次,研究了接收机载波跟踪环路的跟踪门限与弹体动态应力的关系;然后,给出弹体坐标系中,磁传感器测量弹体姿态的算法——极值比值法和积分比值法。仿真试验结果表明,磁传感器弹体姿态估计的方法能够有效降低弹载接收机跟踪环路的跟踪门限,其载噪比降低了3 dB·Hz,环路带宽减小了100 Hz以上,提高了弹载接收机GNSS信号跟踪能力。     

小姿态导航平台射前快速自标定

为了实现某型导弹小姿态惯性导航平台射前自标定,分析并建立了精确实用的小姿态导航平台静态误差模型,设计了转动控制与测漂电路,充分利用射向条件和平台稳定性,实现导航平台在全装弹状态下自动转动、锁定和测漂,并以加速度计和陀螺输出作为开环观测量,结合误差模型分离出各误差系数。通过对各种误差进行综合仿真分析,得到标定系数的相对误差不超过4,其标定时间缩短为借助转台标定所需时间的40,满足了射前标定的精确性和快速性要求。方案在不改变现有装备的情况下,控制平台按照预设轨迹小角度旋转两次,仅分别在三个预设位置同时对三个陀螺进行测漂标定,适合实际导弹发射。     

GPS测姿中载波相位差分技术的研究与实现

从载体姿态测量精度的要求出发，介绍了GPS载波相位差分技术，在此基础上，以具体的测姿试验为例，重点研究与分析了载波相位双差解算的过程，给出了相应的数据处理结果，为今后进一步姿态解算方法奠定了基础。     

SINS／GPS组合导航系统时序同步技术研究

一本文讨论的ＳＩＮＳ／ＧＰＳ组合导航系统时序同步技术是以ＧＰＳ接收机输出的ＩＰＰＳ秒脉冲作为组合导航系统的参考时标，定时地修正ＳＩＮＳ的基本任务时序。文中提出一种利用分频器自动调节技术对ＳＩＮＳ基本任务时序发生器的分频器进行动态修正的方法。仿真实验结果表明，当ＩＳＮＳ频标相对于ＧＰＳ接收机出现漂移或其它不稳定性情况时，该方法也能使ＳＩＮＳ的基本时序与ＧＰＳ接收机保持精确同步。     

利用弹上器件测风方法

导弹子母弹携带的子弹药战斗部在开舱之后受到风况的影响很大,需要对子弹药的落点进行修正控制以提其的作战效能。针对这一需求,研究了适用于导弹稳定平飞阶段的常值风测量方法。根据导弹弹体姿态＂随风飘＂的特性,提出了一种只利用弹上器件的测风方案,并以水平面内的常值风为例,以概率统计的方法进行了测量误差分析。计算分析结果表明,若在导弹开舱之前稳态平飞阶段内,根据弹上组合导航系统和空速表的多次测量值进行简单的计算处理,测风误差将大大减小。该方案简单可行,易于实现,具有一定的工程应用价值。     

基于对偶四元数的双星编队相对位姿测量

为了描述编队卫星中主从星的相对位置和姿态信息,提出了基于对偶四元数的编队卫星相对位姿测量算法。以双星编队飞行的位姿运动为主线,运用对偶四元数工具,充分发挥其能以最简洁的形式表示一般性刚体运动的优点,对卫星轨道和姿态进行分析并建立了对偶四元数位姿模型。同时设计类GPS测量技术来测量编队卫星的相对位置和姿态,该技术载波相位波长和伪码码元比GPS的更短,可获得更高精度的相对测量信号。由于状态方程和观测方程的非线性特征,使用UKF滤波来消除随机噪声对量测过程的干扰。实验结果表明,所设计的算法能够有效估计系统误差,卫星的位置误差和四元数误差收敛于零,验证了该算法的有效性。     

基于视觉测量与神经网络的工业机器人位姿补偿

为提高六轴工业机器人的绝对定位精度，本文提出了一种利用视觉测量数据通过ELM(Extreme Learning Machine)神经网络实现机器人位姿补偿的新方法．利用固定在机器人末端的手眼相机获取机器人的末端位姿，并借助ELM实现机器人末端执行器从目标位姿到预测指令位姿之间映射，用修正转角代替原转角使机器人末端执行器运行至修正位姿，实现补偿．特别的是，对于使用的ELM，以网络预测均方误差为指标定量选取了网络的最佳参数．相比之前的方法，本文提出的算法具有能够同时高精度补偿姿态角及位置误差的显著优点．为验证该位姿误差补偿方法的有效性，本文进行了实验验证．结果表明，相比较于未补偿前的机器人末端位姿误差，经该方法补偿后的位姿误差被稳定控制在较低水平，平均位置误差降低89.1 %；平均姿态角误差降低96.8 %．除此以外，位置误差与姿态角误差的标准差也分别降低了85.66 %和93.24 %．     

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。     

基于改进卡尔曼滤波的汽车路试制动性能检测方法

针对传统汽车路试制动性能检测方法的不足,提出了一种基于改进卡尔曼滤波的汽车路试制动性能检测方法。根据卡尔曼滤波理论,以单频载波相位单点GPS接收机输出的速度和方位角作为观测量,通过改进的卡尔曼滤波递推算法高频率、高精度地推算出汽车制动过程的平面运动坐标和速度,进而确定汽车制动距离和平均减速度MFDD,以检测汽车的制动性能。实车试验表明,该方法的制动距离测量精度可达0.2~0.3 m,速度精度小于0.1 m/s,输出频率可达100 Hz,具有成本低、输出频率高、精度高、环境适应力强的优点,克服了传统方法的不足。     

速率方位惯性平台/GPS/计程仪组合导航系统仿真研究

根据科学发展和高精度导航的要求，提出了一个由GPS接收机、速率方位惯性平台和重力敏感器构成的精确重力测量组合导航系统，给出了该组合系统在速率方位地平坐标系下的误差方程和Kalman滤波方法以及计算机仿真结果。数字仿真表明：由中等精度的陀螺仪和加速度计以及GPS组成的组合导航系统平台水平误差角小，定位精度高，能够满足重力测量和导航要求。     

陆基巡航导弹四组合制导系统仿真研究

对陆基巡航导弹四组合制导技术,以一条典型轨迹进行了全航线仿真研究,包括初始对准段以及INS/GPS组合段、INS/TERCOM（地形轮廓匹配）组合段、INS/GPS/TERCOM组合段和INS/SMNS（景像匹配导航系统）组合段等共24个航段的研究。仿真结果表明:静基座初始对准能达到对准时间<4min,水平对准精度<21”,方位对准精度<2’;INS/GPS组合的位置精度达到30m（CEP）,速度精度<0.2 m/s（CEP）;INS/GPS/TERCOM组合可达到INS/GPS与TERCOM（为半个网格的精度）中的较高者;INS/SMNS可达到0.5像素（10 m/pixel的分辨率）的位置精度和0.2 m/s的速度精度。在SMN对INS修正后,经15s纯INS飞行后的命中精度为6～10m（CEP）。     

基于遗传算法的GPS姿态测量技术

提出了一种新的GPS载波相位姿态测量搜索技术。它是一种基于遗传算法（Genetic Algorithm,GA)，采用二值编码，最佳保留（Elitist Model)选择机制和模糊度函数法的适应度函数，并以分级方式（粗搜索GA和精搜索GA）进行最优搜索，实现GPS姿态快速测定。试验结果表明：该方法对复杂搜索之间的搜索效率高，速度快，并且对周跳不敏感。     

方位捷联惯导平台系统及其误差分析

根据导航系统对高精度的需要,在捷联惯导和平台惯导的基础上提出了一种方位捷联惯导平台,该平台取消了普通平台系统的方位环及其伺服回路,保留了俯仰环和横滚环及其对应的伺服回路,介绍了平台的组成及工作原理,并且推导出平台角误差方程、速度误差方程和位置误差方程.建立状态方程和量测方程后用Kalman滤波的方法对系统进行软件仿真,仿真结果表明,方位捷联惯导平台综合了捷联和平台的优点,具有平台角误差小、收敛速度快等特点.     

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。     

应用天文导航理论校正船用静电陀螺捷联导航系统误差

—本文应用天文导航理论，根据ＧＰＳ提供的位置信息，对静电陀螺捷联导航系统陀螺常值漂移和载体航向角进行校正的算法进行了研究。这一校正方案计算简单，具有实用价值。由仿真结果可以看出，它能较精确地估计陀螺常值漂移和航向角误差，为系统误差的校正提供了可信信息。     

基于MATLAB的GPS软件接收机捕获与跟踪算法实现

研究了GPS软件接收机的捕获和跟踪算法,并基于Matlab软件平台和射频前端在PC上实现了GPS软件接收机样机。介绍了GPS软件接收机的结构和数据采集硬件,讨论了GPSC/A码的特性、产生原理以及捕获过程。针对传统的串行搜索算法慢的缺点以及高动态GPS软件接收机的特点,在该样机中实现了快速的基于循环卷积的并行捕获算法,并联合使用超前滞后环和对相位反转不敏感的科斯塔斯锁相环分别对码相位和多普勒频偏进行跟踪,解调得到导航电文。仿真和测试结果表明,使用GPS软件接收机进行信号处理的思想使用户在算法处理和软件升级等方面具有更大的灵活性,可应用于下一代任何全球导航卫星定位系统(GNSS)和空基增强系统(SBAS)接收机的设计。     

GPS载波相位双差整周模糊度在航求解

鉴于整周模糊度的快速解算是GPS载波相位测姿的一个主要技术难题,从系统实时性、动态性要求出发,给出了一个整周模糊度的快速解算的新方法。其主要特点为:利用三角函数约束条件减少模糊度搜索范围,优选指标不受基线运动状态影响,可利用多历元动态基线数据进行平差。实验结果验证了该算法的有效性。     

移动卫星天线指向矢量辅助组合导航系统方法

为弥补SINS/GPS组合导航系统姿态角误差可观测性差的缺陷,根据移动载体卫星天线捕获通信卫星后通过自搜索实现精确对准卫星的原理,提出增加天线指向矢量信息(SAPV)的方位角和俯仰角信息为系统观测量,用于辅助SINS/GPS组合导航系统.根据SINS/GPS组合导航系统数学模型对姿态角误差的可观测性进行了分析,并对SAPV与组合导航误差之间的关系进行了详细数学推导,证明了SAPV辅助组合导航系统的可行性,建立了SAPV辅助组合导航系统的数学模型,采用联邦滤波器进行数据融合.仿真结果表明,SINS/GPS组合导航系统通过SAPV辅助,方位角误差估计精度提高了1个数量级,小于10′,水平姿态角误差估计精度略有提高,小于2 ′.该方法充分利用了天线通过自搜索完成精确对准卫星后的高精度指向信息,无须添加任何硬件系统,通过简单可靠的信息融合算法即可达到提高载体姿态测量精度的目的.