摘要：针对亚轨道飞行器再入飞行段的环境特性,设计了由INS、GPS、CNS组成的容错型组合导航系统,该系统能根据不同飞行阶段选择相应的传感器组合方案,将处于运行状态且无故障的子系统信息自动地实现最优融合。仿真结果表明,所设计系统具有良好的容错性,并达到了较高的导航精度。

摘要：组合导航系统作为重要的定位和姿态测量的技术手段,其基本设计思想是将GPS和SINS等导航设备输出的信息经过滤波器进行最优估计。但在采用Riccati方程更新协方差矩阵和计算Kalman增益过程中,截断误差随着迭代次数的增大而累积,破坏协方差矩阵的正定性和对称性,降低滤波器计算的数值稳定性,严重时导致组合系统故障发散。本文建立了Riccati方程一阶误差模型,从理论上分析截断误差对滤波器估计性能的影响,引入基于Bierman算法和Thorton算法的Kalman滤波器进行更新方法,解决了截断误差引起的滤波器数值稳定性的问题。通过强实时半物理仿真系统验证表明,相比于基于Kalman滤波器的系统,基于Bierman-Thorton算法的组合导航系统有更强的数值稳定性和较高的导航精度。

摘要：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。

摘要：针对浅矿井提升容器仅有速度和位置监测,无姿态、冲击和纵横振动等监测,不满足超深矿井在超深、高速、重载工况下的安全监测需求的问题,设计了一种捷联惯性导航系统(SINS)/旋转编码器/接近开关组合导航式提升容器状态监测系统。通过IMU(惯性测量单元)测量容器加速度和角速度,由SINS解算出容器的速度、位置、姿态和纵横振动等参数,利用信息融合反馈校正SINS,提高监测精度。完成了系统软件设计和硬件搭建,并进行模拟实验,结果表明:系统竖直位置、横移竖直位置和姿态的测量精度分别为30 mm、5 mm和0.4°,竖直位置精度不受提升钢丝绳影响,解决了井筒内GPS和地磁无法使用问题,是一种超深井提升容器状态监测的可行方案。

摘要：为使基于微机电系统的捷联惯性导航/全球定位(MEMS-SINS/GPS)组合导航系统在GPS接收机无法正常工作时,仍能提供满足精度要求的导航信息,提出了径向基函数神经网络(RBFNN)辅助自适应卡尔曼滤波(AKF)的信息融合方法。首先,基于该方法设计了由神经网络训练与预测两种模式构成的组合导航系统。在GPS可用时,对RBFNN进行在线训练;在GPS失锁时,由RBFNN预测AKF更新过程的量测输入。然后,建立了RBFNN与AKF的数学模型,并设计了RBFNN的训练策略与AKF的自适应算法。最后,通过跑车实验验证了该信息融合方法的有效性。实验结果表明,在GPS断开时间为40s和100s时,系统的位置精度分别优于15m和90m。该信息融合方法能在GPS失锁时对导航误差发散进行有效阻尼,是适用于小型无人机、制导炸弹与车辆的一种低成本、高鲁棒性、中等精度的导航方案。

摘要：选取捷联惯导系统误差作为组合导航系统状态,利用捷联惯导与卫星导航系统各自的位置输出构造量测,设计惯性/卫星组合导航算法。在惯性/星光组合导航算法设计中,对星敏感器安装误差进行建模并也列入组合导航系统状态,利用星敏感器输出的姿态矩阵和根据惯导输出计算得到的等效姿态矩阵构造量测。从而,利用联邦滤波技术设计出弹载惯性/卫星/星光高精度组合导航方法。该组合导航方法的仿真结果表明,其定位、定姿精度分别达到12.1m(3σ)和0.27′(3σ),而且能够有效标定出惯性器件的随机常值误差和星敏感器的安装误差。

摘要：高精度惯性传感器的昂贵价格在一定程度上限制了惯性导航系统(INS)的进一步推广应用,然而低成本微型惯性测量单元(MIMU)的出现,为INS的推广应用了带来了新的契机。文中提出了一种适合于工程应用的低成本MIMU/GPS组合导航系统的结构与方案,并给出了组合导航系统位置速度交替组合模式的数学模型。考虑到未知工作环境中各类噪声统计参数的未确定性易使经典的卡尔曼滤波器发散,因此文中采用了闭环自适应卡尔曼滤波器对子系统的数据进行融合处理;设计了低成本的组合导航系统原理样机,并进行了跑车实验。跑车实验及事后数据处理分析结果表明:该系统具有较高的长时间导航精度以及良好的可靠性和鲁棒性。

摘要：实际飞行实验费用大,组合导航系统最初实验不可能进行实时搭载实验,为缩短研制周期,降低成本,设计了一种新颖的采用真实器件误差特性的SINS/CNS/GPS组合导航半物理仿真系统结构。本系统将物理仿真与数学模型结合起来,采用真实器件输出的误差特性,通过轨迹发生器软件进行轨迹仿真,具有一定的灵活性和可扩展性。针对实物系统,设计了一种根据不同步观测量进行时间更新的信息同步方法,得到了较高的组合导航系统精度。利用该系统进行半物理实时实验对研究飞行器在实际噪声下系统特性具有重要的现实意义。

摘要：深组合模式下惯性系统与卫星接收机基带信号进行深层次融合,可实现惯性和卫星导航系统的双向辅助。在分析深组合技术原理的基础上,研究了直接利用相关积分输出作为观测量构建环路预处理滤波器的方法,有效减小了传统跟踪环路中信号参量的估计误差;然后设计了基于环路相关观测信息的深组合系统主滤波器模型,实现了原跟踪环路中复制信号生成的外部控制;最后,利用深组合仿真平台对卫星信号载噪比变化环境下的紧组合与深组合性能进行实验对比分析,结果表明深组合算法在弱信号环境下具有环路失锁后快速恢复跟踪的特点及稳定的导航性能。

摘要：高精度导航系统作为无人机自主控制的核心,已成为制约无人机性能提升的关键因素。SINS/GPS(strapdown inertialnavigation system/global positioning system)组合导航系统由于GPS信号易受干扰而无法满足无人机长时间稳定精确导航的需要。在分析大气数据系统特性的基础上,推导了捷联惯导与大气空速、高度误差模型,建立了SINS/ADS(air data system)量测方程,并设计了大气数据系统辅助的SINS/GPS松组合导航系统;针对ADS和GPS输出频率不一致的问题,提出了时间更新和量测更新分离的异步滤波算法。实际跑车验证结果表明,设计的系统能够在GPS受干扰的情况下有效提高系统的精度和稳定性,定位精度可以达到25 m。