海底地形辅助导航SITAN算法的改进

利用海底地形辅助导航是水下载体导航技术致力研究的新方向,在利用多波束测深系统测量真实地形数据的基础上,采用SITAN算法作为对准匹配算法,对传统的SITAN算法加以改进,进行仿真计算,得到水下载体的最佳匹配位置,以提高水下载体的导航精度.仿真结果表明,改进后的SITAN算法更能满足导航的精度要求.     

利用ICCP的水下地磁修正惯导方法研究

迭代最近等值线算法（ICCP）是一种重要的地磁匹配导航算法。首先,为了获取相对精度较高的位置信息,又在一定程度上达到弥补实测数据精度不足的目的,将二次插值技术应用到地磁匹配算法中;然后,仿真计算得到了最佳匹配位置;最后,针对目前水下航行器通过航位推算等传统方法实现惯导重调的弊端,提出将地磁匹配位置误差作为观测量,用卡尔曼滤波对惯导系统的速度、位置和姿态误差进行最优估计。由最后仿真结果表明,以磁场匹配位置误差作为观测量来估计惯导误差是可行的。     

基于差分甚低频定位信息的惯导输出校正

惯性导航系统是核潜艇水下导航主要手段之一，然而惯导的定位误差是累积发散的，必须利用外位置信息进行校正。甚低频导航可实现水下定位，因此可利用其位置信息完成惯导水下输出校正，主要对基于差分甚低频位置信息实现惯导输出校正进行仿真分析，结果证明该方法的有效性。     

一种捷联惯导阻尼超调误差抑制算法研究

针对捷联惯导系统在阻尼状态切换时产生超调的问题,提出一种基于“双模”解算的捷联惯导阻尼超调误差抑制算法。基于捷联惯导的力学编排,建立了系统水平回路的控制模型,分析了系统阻尼和无阻尼状态切换时超调误差产生机理。在此基础上,设计了系统阻尼和无阻尼并行的导航解算算法,在切换状态超调期内利用无阻尼导航输出校正阻尼导航输出,抑制状态切换超调误差。算法将捷联惯导系统IMU的输出同时接人两个解算回路。两个回路同时、独立进行导航参数的解算。系统工作在无阻尼状态时,惯导系统输出无阻尼回路的导航参数。在状态切换的超调期内,惯导系统仍输出无阻尼回路的导航参数。状态切换的超调期结束后,惯导系统输出阻尼回路的导航参数。仿真结果表明,该算法能够抑制惯导系统阻尼状态切换时产生的超调误差。同时,该算法使校正回路设计简洁,工作稳定可靠。     

基于加速度计的水下校正惯导系统

提出一种利用惯性传感器一加速度计来测量重力异常值，并与数字海洋重力图进行匹配的导航方法，较为有效地解决了潜器水下校正惯导误差的问题。     

基于组合算法的水下地形辅助导航性能分析

针对目前水下地形辅助导航性能在单一算法下受多因素影响而无法得到最佳发挥的问题,采用双线性插值法制备了相应分辨率的水下数字地图,采用地形轮廓相关匹配(TERCOM)算法和基于直接概率准则的质点滤波(PMF)算法组成的组合匹配算法,较为全面地仿真分析了潜航器航速、测深误差、航向误差、航速误差、初始位置偏差和水下地形特征等诸多因素对导航性能的影响规律,对组合算法在复杂条件下的应用性能进行了剖析。仿真结果表明,在复杂条件下组合算法具有较强的稳定性和抗误差性,通过合理地选择应用参数,可有效降低匹配误差,提高导航性能,研究成果可为匹配算法在水下导航工程实践中的应用提供参考。     

重力图匹配导航方法研究

提出一种利用重力异常信息校正惯导系统的方法按照一定方法将重力实测数据和数字重力图进行相关分析和匹配以得到最优路径,再用位置误差对惯性器件误差进行扩展Kalman滤波估计,最后对惯导系统的导航状态进行修正,得到最优导航状态。     

多惯性导航系统信息融合方法研究

舰船导航领域通常采用多传感器组合的方式保证导航精度,但对于水下舰船而言,由于其传感器种类少、精度低,导航精度水平有待提升。本文结合舰船配置特点,提出一种多惯性导航系统信息融合方法,通过设计Kalman滤波器实现多套惯导设备的信息融合,模拟仿真实验和半实物仿真试验结果表明,相较于单套惯导系统而言,所提方法可以将定位精度提升30%,为水下舰船的长航时高精度导航提供了保障。     

船舶MEMS微惯导网络精度技术研究

为了减少误差积累,提高导航精度,通过船舶上的CAN总线网络,利用高精度主惯导系统对低精度的MEMS微惯导系统进行在线修正。根据微惯导网络系统姿态角的误差模型,将惯导系统的角速率输出值作为量测信息设计卡尔曼滤波器,对姿态角修正算法进行了仿真运算,估计出了MEMS微惯导系统姿态角误差。     

内水平阻尼捷联惯导误差仿真研究

捷联惯导系统依靠算法建立导航坐标系,以数学平台取代平台惯导物理实体平台,其系统误差中同样存在三种周期振荡成分.将平台惯导内水平阻尼思想引入捷联惯导,阻尼舒拉周期振荡和傅科周期振荡误差成分,同时推导了内水平阻尼捷联惯导误差传播方程.仿真实验表明,引入内水平阻尼之后,在载体加速度较小的条件下,捷联惯导姿态精度得到明显提高.     

重力匹配导航系统可靠性研究

介绍重力匹配导航系统的组成和导航的实施步骤,从影响匹配结果的几个因素出发,利用信噪比、地形熵、相似度三个特征组成的特征向量来判定匹配结果的可信度。仿真结果表明,该导航系统能够有效地解决惯性导航系统误差随时间积累的问题。     

长航时捷联惯导系统综合校正方法

针对捷联惯导系统长时间工作时导航误差随时间发散的问题,提出一种适用于长航时捷联惯导系统的综合校正算法.首先建立了惯性系下的φ方程,在此基础上推导了陀螺误差引起的惯性系下φ角增量表达式,并通过φ角增量与观测量（位置误差和航向误差）之间的关系,建立起陀螺误差与观测量之间的关系,进而利用不定期获取的参考位置和航向信息计算陀螺漂移并进行修正.理论和实验分析表明,所提出的综合校正方法明显地抑制了捷联惯导误差随时间的发散,可有效提高长航时捷联惯导系统的导航精度,且该方法不受载体运动和纬度变化的影响,具有很强的工程实用价值.     

重力场和地磁场综合匹配在导航中的运用

以重力等值线图辅助惯性导航匹配为主要的匹配方法,同时用地磁等值线图来修正重力辅助惯性导航中的误差,以达到航迹的精确匹配。最后利用重力场数据和地磁场数据进行仿真,实验结果表明该算法相比于使用单一的惯性导航算法,提高了匹配精度。     

一种基于多波束测深声呐图像的水下地势辅助导航方法（英文）

Underwater terrain-aided navigation is used to complement the traditional inertial navigation employed by autonomous underwater vehicles during lengthy missions. It can provide fixed estimations by matching real-time depth data with a digital terrain map. This study presents the concept of using image processing techniques in the underwater terrain matching process. A traditional gray-scale histogram of an image is enriched by incorporation with spatial information in pixels. Edge corner pixels are then defined and used to construct an edge corner histogram, which employs as a template to scan the digital terrain map and estimate the fixes of the vehicle by searching the correlation peak. Simulations are performed to investigate the robustness of the proposed method, particularly in relation to its sensitivity to background noise, the scale of real-time images, and the travel direction of the vehicle. At an image resolution of 1 m~2/pixel, the accuracy of localization is more than 10 meters.     

基于UKF的水下地形匹配算法组合

为了克服断续地形辅助导航给UKF算法带来的不利影响,提出了改进TERCOM／ICCP＋UKF地形匹配组合算法.首先分析了基于UKF的水下地形匹配算法及其在实际水下地形辅助导航中的局限性.然后,针对UKF地形匹配效果易受大初始位置误差影响的不足,以“粗搜索”＋“精匹配”的算法组合模式为基础,给出了TERCOM、ICCP和UKF匹配算法的组合策略和算法克服相似地形影响的方法.仿真显示,较之单一UKF匹配算法,组合算法能够克服了大初始位置误差对算法匹配效果的影响,具有更好的工程适用性.     

Robust aspects in dependable filter design for alignment of a submarine inertial navigation system

The strapdown inertial navigation system (SINS) is able to provide continuous estimates of a vehicle??s velocity, position and attitude. As a rule, the SIMS component known as a high accuracy strapdown inertial measurement unit (SIMU) is an exceptionally expensive system. Less expensive SIMUs comprised of low cost sensors suffer from degraded performance, but this can be compensated for, in part, by addition of a velocity data recorder (VDR) to accompany the SINS. In this configuration, the need frequently arises to align the SINS of a submarine to in order to avoid a long run-up of the inertial system before a start command is issued. This in-motion alignment (IMA) can be accomplished by integrating SINS data with some external aiding source, such as the VDR, by using some form of measurement matching method. Accordingly, this paper demonstrates a consistent IMA scheme for a low-cost SIMU using a robust Kalman/ $ H_{\infty } $ filter structure. An error model of the SINS is derived in which the state vector includes attitude, velocity, position and sensor errors. Velocity information from the VDR is used as a measurement to the proposed filter. All significant equations concerning navigation are presented in conjunction with argument. Results show the advantages of the approach and emphasize diverse aspects of the SINS.     

一种改进的卡尔曼滤波定位算法研究

研究了一种改进的卡尔曼滤波导航信号定位算法:通过测量每次接收机得到的伪距观测量及伪距变化量,估算出接收机的位置、速度,实现无线电导航系统的定位解算.该方法不直接使用卡尔曼滤波器来估计载体的状态,而是用滤波器来确定状态的误差,减小了运算误差,有效提高了定位精度.在进行参数估计时不需要贮存大量的测量数据,能够方便地进行动态测量数据的实时处理.该方法已经应用在导航定位解算中,仿真结果和实际应用验证了该方法具有快的收敛速度和高的定位精度.     

基于虚拟现实的导航试验系统

为了加快惯性导航系统的开发,设计了一种基于虚拟现实的惯导试验系统,用于捷联惯性导航系统设计及测试。详细介绍了系统的结构及功能组成,探讨了系统的虚拟现实建模方法和视景生成过程。并为系统建立了基于真实地形信息的三维地形,利用虚拟现实工具软件Vega完成了系统的视景仿真。结果表明该系统能使研究人员直观地考察导航过程、船体姿态,且画面逼真、流畅,为舰载捷联惯性导航系统的快速开发及算法的研究提供了有力的工具。     

基于重力相关的干扰值处理和匹配选择算法

针对重力相关匹配算法运算量巨大，提出一种基于相关极值法的重力匹配干扰值处理和匹配选择算法。该算法利用相关极值法的内在约束条件，构造一种干扰值处理方法，有效地剔除了重力匹配中大量的干扰数据，经仿真计算表明，该方法大大提高了重力匹配的速度。     

基于PMF算法的水下地形匹配技术研究

作为海洋地球物理导航方法之一的水下地形匹配导航技术正受到各国的强烈关注。文章采用PMF（point—mass filter）算法作为匹配定位算法,利用peaks函数产生模拟数字地图,进行仿真计算,并对计算所得的估计值进行了真实性判断。通过与TERCOM算法的比较,表明该算法具有良好的精确性和鲁棒性。