基于SINS解算的行人导航技术发展综述

针对行人导航系统在卫星信号拒止条件下需要完成行人自主导航的问题,采用基于微电子机械系统(MEMS)传感器的行人捷联惯性导航系统(SINS)解算方法实现行人自主导航,利用间接卡尔曼滤波(KF)反馈校正算法对导航误差进行零速修正(ZUPT)和零角速率修正(ZARU)。详细介绍了行人SINS解算算法预处理、步态检测、滤波修正算法基本原理,针对进一步减少导航误差的问题,总结了目前的研究进展;针对行人导航SINS解算中绝对航向和绝对位置误差发散的问题,分析了目前提出的其它辅助导航方法,指出了基于SINS解算的行人导航技术特点及未来发展趋势,为行人自主导航领域的研究方向提供了参考。     

行人GNSS/PDR组合导航优化估计方法

基于全球卫星导航系统(GNSS)和行人航位推算(PDR)的组合导航系统是行人导航广泛采用的方案之一。为进一步提高GNSS/PDR组合导航系统的定位精度，提出一种基于图优化的GNSS/PDR组合导航方法。通过构建因子图表示状态和量测信息之间的概率依存关系，过去的所有状态都作为未知量在每一步进行迭代估计，通过最小化整体代价函数获取状态的最优估计。实际场景测试结果表明：与卡尔曼滤波算法相比，新方法能够进一步降低定位的平均误差，提高定位精度；两组实际场景测试的平均水平定位误差都降低了40%以上。实验结果证明了图优化算法可以有效地提高定位精度。     

导弹发射车SINS/GNS定位定向技术

针对导弹发射车对导航系统的全自主性及精度的特殊要求,提出将地磁匹配定位定向系统与惯性导航系统进行组合.地磁匹配过程中采用了基于 Hausdorff 距离的相似算法.基于U卡尔曼滤波算法,对SINS/GNS全自主定位定向组合系统与捷联惯导系统单独定位定向在同一条件下的误差情况进行了对比仿真.仿真结果表明,装有地磁匹配惯导系统的导弹发射车定位定向的精确度有了明显提高, 滤波收敛性较好.     

GPS拒止区域的辅助INS导航方法综述

GPS信号较弱,在信号受到遮挡或被干扰的情况下出现GPS拒止区域,传统仅依靠INS的导航系统导航误差随时间发散,定位精度低。针对该问题,根据不同应用场景介绍了零速修正辅助INS的导航方法、径向基神经网络辅助INS的导航方法、视觉传感器辅助INS的导航方法;详细给出了各个导航方法中的常见算法、近年来的创新之处和定位精度;展望了GPS拒止区域导航方法的发展趋势,提出自适应性和通用性更强的全源定位导航技术,以及成本低、鲁棒性强的机会信号导航技术是未来的发展方向,为后续GPS拒止区域导航方法的研究提供参考信息。     

阴影匹配/粒子滤波自适应加权组合定位算法

针对城市峡谷场景中,传统阴影匹配定位算法只能提高过街定位精度,不能提高沿街定位精度问题,基于粒子滤波定位算法定位精度的分布特点,提出了阴影匹配/粒子滤波自适应加权组合定位算法。该算法根据阴影匹配运动状态下定位驻留时间特性和模板分值统计特性,计算自适应加权因子,对阴影匹配和粒子滤波定位算法进行自适应加权,得到最终定位结果。试验结果表明:该算法与阴影匹配、粒子滤波、阴影匹配/卡尔曼滤波组合、阴影匹配/粒子滤波组合定位算法相比,分别在沿街方向平均误差从5.04m缩小到2.80m,在过街方向平均误差从4.87m缩小到1.30m,均方根误差从6.82m缩小到3.47m。     

基于旋转式惯性/天文组合导航系统信息融合算法研究

针对惯导系统姿态长时间发散问题,提出了基于单星辅助的旋转式激光陀螺惯导系统方案设计,采用绕航向轴旋转的方式调制水平方向陀螺和加速度计零偏导致的导航误差,同时运用单星测量的姿态信息辅助惯导系统抑制姿态发散。在此方案基础上,以Kalman滤波理论为基础,以惯导系统和星敏感器输出姿态角差值作为观测量进行信息融合,基于导航坐标系推导了姿态误差角和数学平台失准角之间的转换关系,建立了相应的滤波模型,并进行试验。试验结果显示导航误差由1241m降为833 m,表明基于该组合方案下建立的模型能有效提高导航精度,证实了该方案具有实际工程应用价值。     

磁航向计在导航中的应用研究及其误差补偿与修正

磁航向计利用磁感法测量磁场强度来计算地磁航向，具有成本低、体积小及易于集成等特点。因此，为了解决成本和体积的问题，许多导航系统的航向系统都采用了磁航向系统。本文通过对Honeywell公司的HMR2300磁阻传感器的应用，研究磁阻传感器的误差及其补偿和修正方法。最后．给出了系统仿真图形和补偿修正后的试验数据。计算及试验结果证明误差补偿修正方法满足小角度导航航向测量的要求。     

基于最小二乘法的 GNSS 伪距测量定位

为解决GNSS导航定位精度误差增大的问题,提出一种基于最小二乘法的GNSS伪距测量定位模型.通过最小二乘法对导航解进行迭代校正,采用五卫星的ECI坐标系的目标位置求解来进行仿真验证.仿真结果表明:通过定位模型解算出的定位位置精度误差可达10-1 m,速度精度误差可达10-2 m/s,能够满足定位精度.同时,通过使用该模型可以解决定位误差增大的问题.     

地磁信号检测系统误差分析与补偿方法研究

高精度、高分辨率地磁信号检测是地磁匹配导航的基础,在分析地磁信号检测系统误差来源的基础上,建立了三轴磁传感器自身误差以及软硬磁干扰误差综合模型,介绍了一种基于空间点地磁矢量不变的椭球拟合校准算法.通过实验比较,结果表明:该方法能有效抑制与补偿地磁信号检测误差,包括三轴磁传感器零点漂移引起的误差、标度因数不一致引起的误差...     

基于卫星导航 RNSS/RDSS 组合业务的三星定位算法

提出了一种基于卫星导航 RNSS ／RDSS 组合业务的三星定位算法,该算法是通过用户同时观测3个 RNSS 业务和1个 RDSS 业务伪距观测量,建立用户伪距观测方程组,再采用最小二乘法求解用户三维位置坐标和钟差,实现基于 RNSS ／RDSS 组合业务伪距观测量的三星快速定位;通过理论推导,分析了伪距观测误差对用户定位精度影响。通过数据仿真试验,验证了实际三星定位组合星座和伪距观测噪声条件下的用户定位精度。     

小波域软阈值降噪的地磁匹配导航仿真研究

为消除地磁数据中的噪声和干扰,提高地磁匹配导航的精度和可靠性,采用小波降噪方法对地磁数据进行预处理.通过对小波母函数特性的研究,结合地磁场自身规律提出了地磁数据降噪中小波母函数的选取准则,并根据地磁匹配导航的特点提出了基于误差和相关系数的小波分解层数确定方法.通过对小波降噪主要方法的定性分析,采用了小波域软阈值降噪方法...     

水下地形匹配导航中的地形可导航性分析

水下地形匹配导航是潜航器利用海底地形地貌的分布特征进行相关匹配运算,从而实现准确定位的导航方法,即使是同一潜航器在经过不同地形特征区时其匹配精度差异较大。针对该问题,提出了基于地形统计特征的可导航系数,用以衡量某一地形区域的可导航性能,并运用PMF算法对不同导航系数的航路进行了导航性能仿真。仿真结果表明,该系数可作为水下地形匹配导航航路选择的参照标准,从而有效地提高水下潜器的导航精度。     

基准地图测绘下的视觉导航算法

针对GPS 信号拒止环境下自主导航定位问题,提出一种基于全局定位基准地图测绘的视觉导航算法。在 卫星导航信号可用时,利用同步定位与制图(simultaneous localization and mapping,SLAM)算法对使用场景制图,利 用时间戳与实时动态定位技术(real-time kinematic,RTK)将全局定位数据进行对齐,使用在线SLAM 算法载入全局 定位基准地图并进行全局范围内的导航定位。实验结果表明：该算法只需依赖视觉图像数据即可完成全局定位,其 定位和导航精度达到亚米级,导航与定位的误差平均值为0.36 m,均方差为0.31 m,满足实际应用要求。     

基于天空光偏振模式的导航姿态最优化解算方法

针对传统导航系统自主性差、抗电磁干扰能力弱的问题,本文提出一种基于天空光偏振模式的仿生导航方案。利用自主研发的偏振光传感器实现导航定向功能,并结合惯性测量单元设计了一种导航姿态最优化解算方法。现有的姿态最优化求解策略一般是采用步长固定的搜索算法,但是其直接影响了运动状态下姿态估计的准确性,为此本文采取动态步长搜索机制。实验结果表明:本文提出的算法能有效抑制陀螺仪漂移误差,而且对高频噪声干扰有明显滤除效果,表现出良好的静态性能;同时,本文提出的方法较常规算法具有更高的动态精度,进一步提高了偏振光导航系统的稳定性与可靠性,为无人机飞行控制提供更准确的参数信息。     

一种基于磁偶极子磁场分布理论的磁场干扰补偿方法

载体磁场对地磁场的干扰，一直是影响导航罗差、地磁测量的技术难题。为了提高适于地磁匹配定位需要的地磁测量精度，对如何消除载体固有磁场和感应磁场对地磁测量精度的影响进行了研究。应用磁偶极子磁场分布理论，推导了安装在载体上传感器所在位置的磁场组成，建立了利用理想传感器测量值计算地磁场的地磁测量模型；在分析磁场传感器测量误差的基础上，建立了综合考虑载体磁场干扰和传感器误差影响的地磁测量模型。该模型所含参数物理意义明确，可在任意姿态下实现对载体磁场和磁传感器误差进行综合补偿。实验证明，所建立的地磁测量模型具有较高的测量精度。     

多尺度估计在陆用惯性导航系统零速修正中的应用

结合零速修正(ZUPT)在陆用惯性导航系统中的应用,把多尺度估计理论应用于零速修正并建立了多尺度估计模型及算法,获得了比在单一尺度上进行卡尔曼滤波更好的估计结果,有效地提高了零速修正的精度.     

导航设备对作战系统跟踪精度影响分析

针对舰艇平台导航信息影响导航设备精度的问题,对其影响作战系统跟踪数度的因素进行分析。分别通 过卫星导航组合设备输出时间、定位误差和姿态精度对作战系统雷达、红外警戒探测设备跟踪精度的影响进行分析, 对导航设备对作战系统跟踪能力的影响进行探讨,并通过惯性导航设备的艏向角数据进行测量及验证。分析结果表 明,该研究可为警戒探测设备跟踪精度超差问题原因提供参考。     

基于横坐标系的捷联惯性导航系统/多普勒速度仪极区组合导航算法

针对传统指北方位的惯性导航力学编排在高纬度地区因地理经线快速收敛,建立相对于经线的航向越来越困难,以及在地理极点存在奇异值等问题,结合自主水下航行器在导航过程中对自主性、导航精度等需要,提出了基于横坐标系的捷联惯性导航系统/多普勒速度仪极区组合导航方案。给出了横地球坐标系、横地理坐标系等定义以及与常规导航坐标系的转换关系;通过类比常用的指北方位惯性导航力学编排推导了基于横坐标系的惯性导航力学编排;设计了适用于极区的捷联惯性导航系统/多普勒速度仪组合导航卡尔曼滤波算法;对设计的组合导航系统进行了仿真分析。结果表明,该导航方案能有效抑制方位失准角的增长,导航定位精度可满足自主水下航行器极区导航的要求。