基于伪距残差相关性的GPS/INS紧耦合抗差滤波

提出了基于GPS伪距残差相关性的GPS/INS紧耦合抗差滤波算法.理论推导了GPS伪距观测值残差的计算方法,引入了相关函数对伪距残差进行相关性分析;分析了GPS/INS紧耦合导航的动力学模型和观测模型,基于残差相关性构建了紧耦合抗差滤波算法,利用实测数据验证了算法的有效性.结果表明:相比于非抗差滤波算法和传统的抗差滤波算法,基于GPS伪距残差相关性的抗差滤波能更灵敏地探测GPS/INS紧耦合中伪距观测值的粗差,并且通过抗差滤波因子抑制粗差对于导航结果的影响,提高GPS/INS紧耦合导航精度,而且通过控制粗差能够有效避免滤波发散现象的发生.     

GPS与加速度计融合桥梁变形信息提取模型研究

针对影响高精度全球定位系统(GPS)变形监测的多路径误差和观测噪声,建立基于经验模态分解的系统趋势分离与滤波去噪模型,改正GPS变形序列,构建带有正则化参数的加速度位移重构模型,分析GPS位移本征模态函数分量与加速度重构位移的相关性,通过加速度重构位移高频分量和GPS位移低频分量重构桥梁真实结构响应,达到提取桥梁变形信息的目的.模拟数据分析表明,基于经验模态分解(EMD)的滤波去噪能够有效削弱测量随机误差,不同噪声水平下,加速度重构位移信号均方根误差均小于1 mm,重构位移相似度达到98%以上.利用Wilford悬索桥实测数据进一步验证得出,提出的模型能够提高桥梁位移监测精度及可靠性,最大的桥梁变形达到2cm,提取到桥梁的振动频率为0.16,1.64,2.16及4.51Hz.     

基于位置修正的井下车辆INS/Odometer 组合导航系统

车辆在井下的运动区域是在巷道内,根据此特点,在井下巷道设置已知点修正INS/Odometer组合导航过程的误差状态量,提高井下车辆导航精度。首先介绍了Odometer（里程计）位置和速度的计算方法,建立了INS/Odometer组合导航的系统模型和观测模型,在此基础上,构建井下巷道已知点位置修正的滤波方程,引入并行卡尔曼滤波器（Parallel-Kalman Filter）实现了组合导航的双重滤波,建立基于位置修正的井下车辆INS/Odometer组合导航系统。通过模拟数据和车载实验对比位置修正前后的INS/Odometer井下组合导航系统精度。实验证明,通过巷道已知点的位置修正,可以有效提高INS/Odometer井下组合导航效果,实时导航的平面精度从几十米提高到米级,能够满足井下车辆长时间的导航要求。     

改进神经网络辅助的GPS/INS组合导航算法

针对全球定位系统(GPS)和惯性导航系统(INS)组合系统中GPS中断时,导航性能会急剧降低的情况,提出了一种改进径向基神经网络结合自适应滤波辅助的组合系统导航算法.该算法探讨了遗传算法参数寻优和最近邻聚类学习算法,解决了径向基神经网络训练中参数合理选取的问题,构建了INS加速度增量、姿态增量与GPS位移增量之间的非线性映射模型.当GPS出现故障时,利用该映射模型和改进的自适应滤波实时预测出GPS伪位置与其对应的协方差,进而计算出预测位置辅助的导航解,利用实测数据对算法进行验证.结果表明:GPS发生故障情况下,改进径向基神经网络算法能够辅助组合系统解算出稳定的次优导航解,其精度明显优于纯INS导航.     

矿井安全的短期预警及完备性监测算法(英文)

提出一种新的矿井安全短期预警及完备性监测模型。通过Kalman滤波提取真实GPS动态变形信息,并构建双边累积和检验统计量,建立短期预警模型,进而提高预警系统的可靠性。通过分析预警模型的可得性(最小预警变形)、误警率(平均运行长度)及漏警率(预警延迟)与预警参数之间的关系,给出预警参数的选取方法。变形试验平台模拟实验表明,预警模型能够有效用于陡坡变形预警。山西马兰矿矿井实测变形数据研究表明:本预警算法能够有效地探测微小变形及变形发生的时刻,在给定预警参数(最小预警灾害变形为15 mm,平均运行长度为1000)的条件下,本算法探测出相邻两天的变形发生时刻分别为第705历元(705 s)和517历元(517 s)。     

基于WTLS的井筒变形监测算法及方案设计

针对基于最小二乘的常规井筒变形监测算法中,系数矩阵往往包含观测值误差影响,难以解算出井筒变形最优解,提出一种抗差加权整体最小二乘算法。该算法通过同时对待求参数和系数矩阵进行估计,克服常规最小二乘系数矩阵受观测值随机误差影响;同时结合IGGⅢ三段权函数抗差因子,调整各观测值权函数,消除观测值粗差对最终变形估计值的影响,得到最优的井筒变形值。最后分别采用模拟和实测井筒数据对算法进行了验证,结果表明:当观测值含有随机误差时,整体最小二乘算法优于最小二乘,但都无法抵御观测粗差影响;抗差加权整体最小二乘算法可以有效抵御观测粗差,修正观测随机误差影响,且精度优于抗差最小二乘;采用抗差加权整体最小二乘算法对实测井筒变形数据进行解算结果与实际相符,可以增强变形监测结果的可靠性,提高井筒变形量精度。