一种新的BDS—BSAR多星融合目标监测算法

近年来,基于卫星导航信号(GNSS)的双基地合成孔径雷达(GNSS-BSAR)以其低成本、实时的全球覆盖能力在遥感应用中发挥着越来越重要的作用.北斗导航卫星(BDS)作为GNSS系统的重要组成部分,以其更高的信号带宽为特点,理论上能够为SAR系统提供更高的分辨率.一种新的基于北斗GEO卫星导航信号的双基地合成孔径雷达(GEO-BDS-BSAR)卫星的多星融合目标监测算法,通过结合北斗GEO的信号特性以及相对稳定及几何构型,能够有效提高目标监测的分辨率,同时有效避免了传统基于全球导航信号的双基地合成孔径雷达(GNSS-BSAR)系统的距离单元偏移误差校正处理,降低了传统反投影算法(BPA)的运算复杂度.通过仿真结果验证了该方法的可行性与有效性.     

高超声速飞行器发射坐标系导航算法

针对高超声速飞行器弹道特点和导航参数的需求，提出基于发射坐标系(LCEF)的高超声速飞行器导航算法。首先，介绍发射坐标系下捷联惯导(SINS)算法编排，推导发射坐标系下姿态、速度和位置离散递推方程。然后，介绍地心地固系(ECEF)下的卫星位置和速度转换到发射坐标系的方法，推导发射坐标系的SINS/BDS组合导航滤波器状态方程和量测方程。最后，以助推-滑翔飞行器为对象，进行了发射坐标系下组合导航仿真，位置精度小于10 m，速度精度小于0.2 m/s。     

一种地理系下基于伪线性模型的捷联惯导算法

针对传统捷联惯导算法模型为非线性,需要对姿态、速度和位置分步运算,且高动态下算法精度较低的问题,提出一种地理系下基于伪线性模型的捷联惯导算法。利用伪线性模型及其分析方法,将传统的地理系下捷联惯导方程各部分转换成伪线性形式,定义导航向量并建立其系统模型;再利用高阶数值积分算法提升导航向量更新精度,得到地理系下基于伪线性模型的捷联惯导算法。最后,用仿真评估算法精度,与传统捷联惯导算法相比,大机动条件仿真中伪线性捷联惯导算法的精度提升了两个量级;旋转弹飞行仿真中导航误差不到传统算法的1/5。提出的伪线性捷联惯导算法结构简单,采用一个更新回路即可完成导航向量更新,且在高动态大机动条件下具有更高的算法精度,因此,对于捷联惯导算法研究与工程应用有一定的参考价值。     

旋转平台惯导系统旋转效应误差高精度补偿算法

为提高HRG平台惯导系统的自主导航精度,利用旋转平均技术组建了旋转式HRG平台惯导系统。针对旋转效应误差对旋转平台惯导系统的导航解算精度影响较大的问题,提出了一种旋转效应误差的高精度速度补偿算法和位置补偿算法。通过分析旋转平台惯导系统的特殊性,提出将坐标变换矩阵完整的旋转矢量表达式代入速度和位置更新方程以得到完整的误差补偿表达式;为避免直接积分求解,采用余弦函数对载体加速度在台体坐标系上的分量进行拟合,从而实现了精确的补偿运算。仿真及试验结果表明,算法能更有效的补偿系统旋转效应误差,提高了旋转平台惯导系统的导航精度。     

GPS/BDS下ARAIM的可用性验证和卫星的故障检测

基于实测数据,在GPS/BDS下对高级接收机自主完好性监视(ARAIM)的可用性和卫星的故障检测进行了仿真分析。结果表明:GPS/BDS下亚太范围内仅有极小部分区域的垂直保护级(VPL)略大于垂直告警门限(VAL),绝大部分区域的VPL完全满足LPV-200的完好性性能要求,ARAIM的可用性覆盖率达到90%以上;随着卫星出现故障,用户的定位误差明显变大,利用ARAIM算法对卫星的故障进行检测与排除后,用户的定位误差回归正常。验证了ARAIM的可用性,说明了ARAIM算法故障检测的性能良好。     

捷联惯导与星跟踪器组合导航算法研究

捷联惯导与小视场星跟踪器构成惯性/天文组合导航系统,核心思想是利用星体跟踪器的高精度测角信息设计滤波修正算法对捷联惯导的导航姿态、方位和位置误差进行滤波估计并修正,以限制捷联惯导系统导航误差随时间的发散,最终提高系统长航时导航的导航精度。在分析小视场星体跟踪器量测量与SINS导航误差之间关系的基础上,设计了两种不同的组合导航算法：位置+方位修正算法和误差角组合导航修正算法。在此基础上对两种算法的导航精度进行了理论分析,并通过长航时仿真飞行数据进行了仿真验证。结果表明：位置+方位修正算法不受载体的位置误差的影响,更适用于星体跟踪器间断工作的情况;误差角组合算法不受载体姿态误差的影响,更适用于SINS初始位置误差得到有效修正的情况。     

伴飞卫星自主相对导航衰减记忆滤波算法

为实现伴飞卫星的自主相对导航,基于C-W方程提出了一种在伴飞卫星轨道系中建立简化的相对运动方程构成星上轨道递推、根据导航敏感器输出进行量测更新的导航滤波器,并利用衰减记忆滤波算法抑制系统模型误差对相对导航结果的影响。仿真结果表明,该滤波算法可实现伴飞星的自主相对导航。它不仅较C-W方程更简单,而且适于模型不准确时的相对导航,工程实现易。     

一种无源北斗/惯导闭环组合算法

提出了一种北斗卫星定位系统和惯性导航系统的组合导航无源定位算法。以伪距率为观测量,基于高稳定度用户时钟,结合北斗系统的热备份星,在三星共视下用两级卡尔曼滤波器对惯导进行闭环校正。给出了组合导航系统的构成,以及第一、二级滤波的数学模型。该法能根据收星情况在闭环与开环方式间稳定转换。仿真结果表明,此算法可提高丢星时组合导航系统的滤波定位精度,有效校正惯导的姿态误差角,并以较高的精度估计用户的三维速度。     

多系统卫星导航接收机自主完好性监测

针对多系统卫星导航接收机自主完好性监测的现实需要,在传统的奇偶矢量法的基础上提出一种新的基于加权奇偶矢量法的自主完好性监测算法。加权奇偶矢量法克服了不同系统间由于测距均方根误差不同造成的RAIM算法性能下降,算法综合考虑各系统间测距均方根误差不同的实际情况,对测距误差进行归一化处理,大大提高了多系统卫星导航接收机RAIM算法对测距均方根误差较小卫星的敏感度。经过Monte-Carlo仿真证明,算法能有效抑制系统虚警和漏检情况的发生。     

捷联惯导/星敏感器组合导航技术研究

针对在捷联惯导系统中陀螺的误差存在随着时间积累而逐渐增大的缺点,提出了捷联惯导系统+星敏感器的组合导航方案,并进行了仿真及结果分析。以Kalman滤波为基础,通过将捷联惯导系统和CCD光学传感器所测得的飞行器相关姿态信息进行数据融合,估计出组合导航系统的误差状态量,进而修正捷联惯导系统的位置、速度和姿态角。详细推导了捷联惯导+星敏感器组合导航的算法,并通过对仿真结果的分析证实了该方案的可行性和算法的有效性。     

科技成果

<正>中国北斗导航反干扰"电磁盾牌"研制成功据中国航天商务网2013年2月20日消息,目前中国北斗卫星导航系统(BDS)建设第二步战略目标已经全部实现,系统完全具备了稳定连续的覆盖亚太地区的服务能力。BDS系统的定位精度10m,测速精度0.2m/s,授时精度10ns。当今,全球已被各种频率、强度的电磁信号所覆盖,使导航卫星和     

根据两颗导航星信息估计捷联惯导系统误差的一种方法

针对高机动短时间飞行的飞行器,介绍了一种根据它相对2颗导航卫星的伪距离和伪速度信息,估计捷联惯导系统定位和定速度误差的方法.考虑到由确定飞行器相对每颗星的径向距离和速度的非线性方程施加的约束,根据这些误差矢量长度最小值的条件确定误差值.用空间解析几何法得出了计算捷联惯导系统误差估值的最终算法,这种算法能给出非线性最小值问题的精确解.     

光纤陀螺捷联惯导划桨运动补偿

光纤陀螺输出为角速率信号,基于角增量和速度增量的传统划桨运动补偿算法直接应用于光纤陀螺捷联惯导系统时,算法误差明显增大,影响了惯导精度。为了抑制算法误差,提出了以角速率为输入信号的划桨补偿算法,并以算法漂移误差最小为优化准则对算法进行优化,推导了相应的划桨补偿系数方程和算法误差表达式。仿真结果表明,所设计的算法比同子样数常规角增量划桨补偿算法在补偿精度上有明显提高。     

旋转式平台惯导加速度计尺寸效应分析及高精度补偿

为提高HRG平台惯导系统的自主导航精度,利用旋转平均技术组建了HRG旋转式平台惯导系统.针对旋转式平台惯导系统在导航过程中台体绕台体轴的往复旋转会引起加速度计尺寸效应误差的问题,在对加速度计尺寸效应误差的产生机理进行深入分析的基础上,结合旋转式平台惯导系统的特性,提出将坐标变换矩阵完整的旋转矢量表达式代入速度和位置更新方程,建立了加速度计尺寸效应的高精度补偿算法,并讨论了减小加速度计尺寸效应所引起的发散的位置误差的方法.仿真实验结果表明,这种算法能够有效减小加速度计尺寸效应引起的速度误差和位置误差,从而验证了文中理论分析的正确性及所建立的补偿算法的有效性.     

MIMU/CSAC/BDS组合导航微系统的硬件设计

由于传统的卫星导航系统容易受到干扰和遮挡,惯性导航存在误差积累的缺陷。为了提高定位导航授时服务质量,提出一种基于微惯性测量单元(MIMU)、芯片原子钟(CSAC)和北斗卫星导航(BDS)模块的组合导航微系统硬件设计方案,介绍了它们的硬件特征与配置设计,完成了组合导航微系统底层驱动设计。实验表明:组合导航微系统在真实路段跑车试验可以得到准确的位置和速度等信息。此外,组合导航微系统在最大速度为8km/s,最大加速度为50g的高动态仿真环境中,仍能保持较高的导航精度和跟踪性能。     

卫星信号缺失情况下GPS/SINS组合导航系统研究

针对GPS/SINS组合导航在复杂环境中出现的卫星信号不全情况,在分析SINS误差模型的基础上建立了组合导航的松组合和紧组合模型,采用无迹卡尔曼滤波对两种组合模式进行仿真实验.仿真结果显示,在卫星信号正常情况下,紧组合的导航精度高于松组合;在卫星信号缺失时,松组合转变为单纯的惯性导航,导航误差随时间积累,紧组合虽然误差增大,但在一定时间内仍能提供精确导航信息,提高了GPS/SINS组合导航适应复杂环境的能力.     

基于北斗Ka星间链路的地面用户导航方法

针对导航系统L频段信号易受到有意或无意的干扰和欺骗，而导致地面区域性导航服务性能下降甚至失效的问题，提出了一种利用北斗Ka星间链路信号为地面用户提供导航服务的方法。首先，对该方法的可行性进行了研究，并给出了星间链路时分体制下的用户测距模型;然后，提出了基于时钟模型和惯导信息的测距值历元归算方法，并推导了基于北斗星间链路测距值的地面用户实时定位算法;最后，通过数值仿真分析了不同因素对算法性能的影响。仿真结果表明，该方法定位精度可达2.0 m以内，能够在一定程度上弥补L频段导航信号区域性失效带来的缺失。     

ABC优化BP神经网络算法在组合导航中的应用研究

针对北斗/捷联惯导组合导航,提出一种基于人工蜂群ABC(Artificial Bee Colony)算法的反向传播BP(Back Propagation)神经网络算法。首先,在北斗卫星导航系统接收机正常接收信号时,将捷联惯性导航解算信息(速度、位置)作为网络输入,卡尔曼滤波输出信息(速度、位置校正量)作为网络输出,对ABCBP神经网络进行在线训练,建立ABCBP神经网络的映射数学模型。然后,在北斗卫星导航系统接收机信号失效情况下,将惯性导航解算信息作为网络输入,利用建立好的ABCBP神经网络预测输出校正量信息,以此来校正捷联惯导系统SINS(Strapdown Inertial Navigation System)。最后,通过飞机飞行半物理仿真实验验证该算法的性能。仿真结果表明,ABCBP神经网络算法在定位精度方面具有更加优越的性能。     

五冗余捷联惯组最优配置设计

导航制导系统的高可靠性直接决定了固体运载火箭飞行任务完成的质量,而惯组冗余技术是目前提高系统可靠性的主要方式之一。文章以固体运载火箭导航系统中一种三正交两斜置的五冗余捷联惯组配置方式为对象,以导航性能指标最优为目标函数,构造了最优配置下的非线性矛盾方程组,采用最小二乘法求解得到最佳逼近解,得到五冗余捷联惯组的最优配置,并通过仿真进行了验证。结果表明,三正交两斜置的五冗余捷联惯组最优配置共有24组解,其全部解的导航性能指标均为1.424 3;当某个正交轴出现故障时,能够从斜置轴信息中重构出正交轴信息,以保证导航信息的准确性和精度,且导航误差在5倍陀螺器件自身误差当量之内。     

协方差交叉融合的惯性/卫星/雷达组合导航研究

针对卫星导航信号受干扰情况下惯性/卫星组合导航精度下降的问题,在多机协同编队中,提出采用基于协方差交叉融合的卡尔曼滤波器,将雷达相对导航定位结果与惯性/卫星组合导航进行信息融合,提高了多机编队飞行的导航定位精度和可靠性。通过仿真研究表明,在卫星导航信息不可用条件下,基于协方差交叉融合的惯性雷达相对定位算法,能够有效解决惯性导航精度变差的问题,提高多机协同编队的作战性能。