船用姿态＋水平速度组合SINS／GPS导航系统的研究及实现

阐述了基于卡尔曼滤波器的船用SINS／GPS姿态 水平速度组合系统的设计及实现方法，建立了12维的组合系统状态方程，给出了GPS误差模型，实现了以GPS与SINS输出的航向角以及北向和东向速度之差作为卡尔曼滤波器观测量的低成本SINS／GPS全组合方案，通过计算机仿真和海上试验验证，证明该方案是可行的，能够加快计算速度，实现实时滤波计算，并大幅度提高姿态测量精度，降低系统成本。     

SINS/GPS松组合与紧组合两种组合方式的对比研究

SINS/GPS组合导航是现代导航的发展趋势,针对采用GPS输出量的不同,对两种组合方式进行详细的研究.论文建立了松组合与紧组合的数学模型,采用遗忘因子估计的卡尔曼滤波算法提高系统的可观测度和鲁棒性,对于紧组合方式通过增加运动约束的方法提高其可观测度,经过滤波调谐,在仿真模式下进行实验.并得到松组合下系统水平姿态精度优于0.09°,方位姿态精度优于0.23°,水平位置误差小于4m,紧组合下系统水平姿态精度优于0.03°,方位姿态精度优于0.09x(n),水平位置误差小于2m的实验结果.通过SINS/GPS组合导航仿真实验结果验证,表明了SINS/GPS紧组合方式的精度确实要高于松组合方式.     

CNS/SINS陀螺标定系统在UUV中的应用

UUV在水下长时间航行后,陀螺的漂移将使导航系统误差发散,严重时可影响作战任务或造成航行安全事故。通常采用的方式是UUV上浮至水面与GPS组合进行校准与标定。由于GPS的输出频率通常较低且海面环境复杂,校准过程消耗较长时间,易使UUV暴露自身位置,破坏作战任务的隐蔽性。针对此问题,设计了一种基于星敏感器的CNS/SINS陀螺标定系统,由CNS提供四元数形式的高精度姿态信息,与SINS的计算姿态进行滤波估计,确定陀螺漂移量。通过仿真分析,模型对陀螺常数漂移的估计准确有效且估计速度快。该方法可结合GPS提供的位置、速度,CNS提供的精准姿态,使UUV快速完成导航系统的校准或重置,对增强UUV在部分任务中的安全与效能具有一定意义。     

绞刀齿空间位置和姿态的定位技术

绞刀在制作完成以后或者齿座在修复以后,刀齿的位置和姿态都难以被检验,主要原因是传统方法难以对绞刀齿进行准确的空间定位。从检验装置获得了定位点的坐标,然后以中间坐标系为纽带,推导刀齿在基准状态和空间状态的两个坐标系的复合变换关系,并得出变换矩阵的表达形式,建立绞刀齿空间位置和姿态的表达方法,解决了绞刀齿空间定位的问题。结果表明,该技术能够快速进行刀齿的空间定位,能够用于绞刀制作后或者齿座修复后的刀齿位置和姿态检验。     

简化UKF算法在SINS／GPS组合导航中的应用

针对SINS／GPS组合导航系统的特点，建立了系统的非线性误差模型。根据系统状态方程为非线性而观测方程为线性的特点，将一种简化的UKF方法（Rao-Blackwellisation Additive Unscented Kalman Filter，RBAUKF）用于SINS／GPS组合导航系统中，RBAUKF采用较少的采样点数目和简化的更新算法，降低了计算复杂度。最后，在机动条件下，进行了SINS／GPS组合导航实验仿真。仿真结果表明，RBAUKF相比EKF具有更高的滤波精度，更适合在SINS／GPS组合导航系统中应用。     

山区河流GPS-RTK水深测量姿态改正研究

针对GPS-RTK水深测量时测船姿态对测量精度的影响,结合山区河流大比例尺测图的特殊情况,通过对GPS天线船体坐标系VFS、换能器船体坐标系VFS与地理坐标系GRF的转换等测船姿态改正的数学模型分析研究,为正确认知、应用GPS-RTK水深测量姿态误差改正提供一些有益的结论。     

港航工程测绘成果坐标系统间转换技术及精度分析

<正>在GPS测量中通常采用两类坐标系统,一类是空间固定的坐标系统;另一类是与地球体相固联的坐标系统,称固定坐标系统,如:WGS-84世界大地坐标系和1980西安大地坐标系。在实际使用中需要根据大地基准间的转换参数进行坐标系统变换,获得不同大地基准成果,以表达地面控制点的位置满足工程技术上要求和处理GPS观测数据,在GPS工程测量中得到广泛应用。     

卡尔曼/粒子滤波器在船用组合导航中的应用

采用将全球定位系统GPS（Global Positioning System）与捷联惯性导航系统SINS（Strapdown Inertial Navigation System）进行组合导航的方式,组合后系统性能将优于GPS或SINS单独使用时的任一系统。介绍了基本粒子滤波器算法原理并对卡尔曼/粒子组合滤波器在船用GPS/SINS组合导航中的实现形式及算法特点进行了研究。仿真结果表明,对于船用SINS/GPS组合导航问题,卡尔曼/粒子组合滤波器能够获得较高的滤波精度,满足实际船用导航要求。     

一种舰载直升机着舰模型的建立与分析

在已知飞机上的有限个观测点到地面有限个接收点距离的情况下,建立一种确定飞机当前姿态的数学模型,并且找到求解该模型的方法。首先建立飞机不稳定坐标系作为参照坐标系,求取了稳定坐标系到不稳定坐标系的转换矩阵;建立以飞机姿态为未知数的非线性方程组,并运用拟牛顿法对方程组进行求解,得到了令人满意的结果。在测距误差小于5 cm的情况下对模型进行了误差分析。     

姿态与舰船感应磁性间关系的建模分析

姿态变化与舰船异常感应磁信号的分布具有紧密相关性,为保障舰船行驶安全,研究姿态与舰船感应磁性间关系的建模分析方法。分别构建地磁坐标系、舰船坐标系与地理坐标系,分析3个坐标系间的转换关系;构建单椭球体和磁偶极子阵列混合模型仿真舰船感应磁场,利用磁传感器确定舰船在磁传感器区域的感应磁场值;根据舰船在地理坐标系下的感应磁强度与感应磁强度变化率分析舰船姿态。实验结果表明,该方法能够准确分析坐标系不同轴上的感应磁性数据,舰船姿态分析过程中俯仰角与磁航向角误差分别控制在±0.8°和±0.5°范围内。     

一种基于DSP的SINS/GPS组合导航系统实现

利用微型惯性测量单元MIMU和GPS接收机,设计了一种基于DSP的SINS/GPS组合导航系统。文章详细介绍了其硬件组成,并在此基础上实现了卡尔曼滤波松散组合的GPS/SINS组合导航。试验结果表明该组合导航系统的结构简单、精度较高,具有很好的实用价值。     

SINS/GPS/LORAN-C多传感器组合导航系统研究

基于联邦滤波的捷联惯导与GPS、Loran-C组合导航系统,是利用GPS、Loran-C等子系统提供的参数信息对组合导航系统进行联邦卡尔曼滤波,校正捷联惯导系统的误差。在对系统进行了理论仿真的基础上,进行了海上试验,给出了静态和动态试验的结果。理论仿真和基于实测数据的试验结果表明,此滤波器具有较高的滤波性能和精度,而且提高了导航系统的可靠性。     

Comparison of robust H<Subscript>∞</Subscript> filter and Kalman filter for initial alignment of inertial navigation system

There are many filtering methods that can be used for the initial alignment of an integrated inertial navigation system. This paper discussed the use of GPS, but focused on two kinds of filters for the initial alignment of an integrated strapdown inertial navigation system （SINS）. One method is based on the Kalman filter （KF）, and the other is based on the robust filter. Simulation results showed that the filter provides a quick transient response and a little more accurate estimate than KF, given substantial process noise or unknown noise statistics. So the robust filter is an effective and useful method for initial alignment of SINS. This research should make the use of SINS more popular, and is also a step for further research.     

基于浮点DSP的SINS/GPS舰船导航计算机设计

导航计算机是航行器导航系统的重要组成部分。介绍一种基于DSPTMS320VC33的光纤SINS/GPS组合导航系统,主从式多处理器结构、高精度数据采集电路、双口RAM并行数据传送模式、FPGA接口电路的设计以及系统软件设计,实验证明该系统具有实时性好、精度高、体积小的优点。     

Comparison of robust H∞ filter and Kalman filter for initial alignment of inertial navigation system

There are many filtering methods that can be used for the initial alignment of an integrated inertial navigation system. This paper discussed the use of GPS, but focused on two kinds of filters for the initial alignment of an integrated strapdown inertial navigation system (SINS). One method is based on the Kalman filter (KF), and the other is based on the robust filter. Simulation results showed that the filter provides a quick transient response and a little more accurate estimate than KF, given substantial process noise or unknown noise statistics. So the robust filter is an effective and useful method for initial alignment of SINS. This research should make the use of SINS more popular, and is also a step for further research.     

Comparison of robust H∞ filter and Kalman filter for initial alignment of inertial navigation system

There are many filtering methods that can be used for the initial alignment of an integrated inertial navigation system.This paper discussed the use of GPS,but focused on two kinds of filters for the initial alignment of an integrated strapdown inertial navigation system (SINS).One method is based on the Kalman filter (KF),and the other is based on the robust filter.Simulation results showed that the filter provides a quick transient response and a little more accurate estimate than KF,given substantial process noise or unknown noise statistics.So the robust filter is an effective and useful method for initial alignment of SINS.This research should make the use of SINS more popular,and is also a step for further research.     

MIMU/GPS/磁罗盘组合导航系统算法研究

在自行研制的微小型MIMU/GPS/磁罗盘组合导航系统上,深入研究了组合导航算法。该组合导航系统用FPGA芯片为主控制器,以TI公司高性能DSP芯片TMS320C6713作为导航解算协处理器。它采用了圆锥误差补偿和划船误差补偿的现代捷联导航算法和18阶状态变量的扩展Kalman滤波算法进行了组合导航参数计算。经室外车载试验表明,该组合导航系统的水平姿态误差小于0.2°,航向角误差小于0.3°,定位精度小于5m。     

Research on integrated navigation method for AUV

The principles of the SINS/DVL integrated navigation system are introduced, and the compass status accuracy is compared. When the heading is changed, the dead reckoning algorithm using the heading information of the SINS （Strapdown inertial navigation systems） and DVL （doppler velocity log） is adopted to substitute the SINS/DVL integrated system. The simulation results show that the method can improve the accuracy of integrated navigation system when AUV （autonomous underwater vehicle） is in motion.