卡尔曼滤波技术在潜艇组合导航中的应用研究

高精度的导航定位是潜艇研究中所面临的主要难题之一。采用GPS辅助的INS/DVL组合导航是目前潜艇的主流导航模式。当前实现GPS/INS/DVL组合导航的技术主要有航迹推算和卡尔曼滤波。本文将卡尔曼滤波技术应用于潜艇组合导航,并把EKF与传统的DR方法进行了仿真比较研究。结果表明,EKF的估计精度较高。     

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。     

模糊自适应滤波在车载组合导航系统中的应用

文章针对车载GPS/DR组合导航系统工作环境复杂,其观测噪声相应复杂多变的特点,引入了一种基于模糊自适应控制的卡尔曼滤波算法。这一方法基于方差匹配的思想,通过模糊控制器在线调整观测噪声方差,以改变滤波器的自适应性,从而提高导航精度。文章最后对GPS/DR系统进行了仿真,结果表明采用此方法后的滤波精度优于常规Kal-man滤波的结果。     

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.     

舰船组合导航系统的顺序滤波融合算法

舰船组合导航系统Kalman滤波的集中式融合与分布式融合方法存在滤波精度与计算性能、容错性不可兼顾的缺点.且船舶运动受海洋环境等的影响,其噪声基于白噪声建模过于理想化.针对上述问题,提出了舰船组合导航系统的顺序滤波融合算法.该算法的基本思想是采用一阶Markov过程建立舰船运动的噪声模型,并用状态扩维方法将状态方程转化为符合标准Kalman滤波的基本方程,然后每一时刻检查各导航子系统的有效性,对有效的导航子系统引入顺序滤波融合思想实现导航定位.与传统的顺序滤波融合算法相比,新算法在保留与集中式融合同样高的滤波精度、计算性能好的优点的基础上,新增了实用性强、容错性好的优点.理论分析和舰船SINS/GPS组合导航仿真结果表明了新算法的有效性和优越性.     

基于SUKF滤波的INS/DVL组合导航研究

惯性导航系统(INS)长时间自主工作存在误差积累,采用INS与多普勒速度计程仪(DVL)组合的方案导航.针对组合导航系统状态维数较高,采用算法实现和估计精度优于传统扩展卡尔曼滤波的尺度变换模式的UKF(SUKF)方法.仿真结果表明,采用SUKF滤波方法实现INS/DVL组合导航是可行的.     

一种基于INS/GPS/CNS的全信息导航滤波算法

为解决INS/GPS两组合导航系统因观测信息不完整造成的姿态误差发散、系统稳定性较弱的问题,本文利用CNS搭建了基于INS/GPS/CNS的全观测信息导航系统。通过建立以位置误差、速度误差及平台失准角误差为观测量的系统数学模型,提出一种基于INS/GPS/CNS的全信息导航滤波算法,提高了系统的导航精度,改善了系统的稳定性。试验结果表明,本文所提算法相较于传统两组合滤波算法,各导航参数的精度在不同程度上得到改善,长航时条件下姿态误差收敛、稳定性较高。     

TDOA/DR组合系统定位算法及仿真研究

GPS/DR组合导航在户外GPS信号较好的情况下,可以提供精度较高的定位导航,但人的活动范围不仅仅是户外,会经常穿梭、停留于各种建筑物中。此时,GPS信号几乎无法获得,DR会因长时间得不到修正而导致发散,因此,GPS/DR系统无法在室内提供长时间高精度的导航信息。基于上述原因,文章研究基于到达时间差（TDOA）的定位算法,利用超声传感器实现室内TDOA定位,并与DR系统进行组合,校正并改善DR系统误差发散问题,以增强导航系统的定位能力。     

一种应用自适应滤波的新型船用综合导航系统

本文介绍一种以自适应卡尔曼滤波器为核心,以电子屏幕导航为应用手段的新型船用综合导航系统(以下简称综导)。卡尔曼滤波仍是当今船舶导航最适用的滤波方法,但普通卡尔曼滤波对被测系统动态模型和噪声验前统计的苛求,给研制高效综导带来困难。根据系统辨识理论,我们采用虚拟噪声补偿技术,对普通卡尔曼滤波器进行改造,并加进一种用来递推估计噪声统计特性的估值器,构造成自适应卡尔曼滤波器,结果令人满意。此外,以下三点也是本系统设计中的新颖之处:(1)将导航星全球定位系统(GPS)信息与劳兰C、NNSS卫导信息一并接入综导,改善综导的精度和冗余度;(2)采用一种新的防发散算法,能有效的控制自适应滤波器可能的发散;(3)驾驶员观察以电子海图为背景的显示器画面,根据船位偏离情况引导船舶航行,使导航变得既可靠又方便。我们称这种导航手段为电子屏幕导航。文章末尾给出了计算机仿真结果。仿真表明,70～80%的系统噪声和量测噪声能被抑制掉。该系统样机正在进行海上试验。     

CAUKF算法在船载导航目标跟踪中的应用

为定量分析内河船舶导航系统的跟踪性能,建立基于GPS/DR组合信息的船载导航系统非线性模型,以该模型作为系统模型,采用附有航向约束参考条件的自适应无迹变换卡尔曼滤波算法,推导得出非线性导航滤波器的滤波方程。按照船载目标的实际非线性模型进行演化时,采用此算法能够较好地实现非线性函数后验信息与估计误差的拟合。仿真结果表明,此算法比以往扩展卡尔曼滤波类算法在减少运算量和提高跟踪效果方面改善明显,具有良好的实用性。     

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。     

GPS/SINS姿态组合系统数据空间同步方法研究

在引入了姿态观测量的基于卡尔曼滤波器的GPS／SINS组合导航系统中，GPS天线体坐标系与IMu所在的载体坐标系由于安装误差或其他原因不能完全重合，两个坐标系之间存在失准角，导致GPS与SINS输出的姿态信息在空间不同步，这将严重影响卡尔曼滤波的效果。针对这一问题进行了深入的研究，分析了姿态测量数据空间不同步的原因，给出了静态和动基座情况下标定两个坐标系位置关系的若干方法并进行仿真分析验证了其可行性。     

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。     

模糊自适应Kalman滤波在INS／GPS组合导航系统中的应用

针对INS／GPS组合导航系统中因量测噪声的复杂多变造成的发散问题,引人了一种基于新息方差匹配技术的自适应模糊控制Kalman滤波算法,通过模糊控制器在线调整量测噪声方差,抑制滤波器发散,从而提高导航系统的精度。仿真结果表明该算法具有比常规Kalman滤波更高的精度。     

基于扩展卡尔曼滤波的船舶纵向运动受扰力与力矩的估计

基于递推最小二乘法设计并实现海浪干扰力和干扰力矩的成型波滤器,对有色的次优卡尔曼滤波和扩展卡尔曼滤波(EKF)的效果进行对比.通过引入成型滤波器,采用EKF,提高了状态估计的精度,实现对随机海浪扰动力和力矩的估计.仿真结果表明,通过扩展卡尔曼滤波对海浪扰动力和力矩进行估计是可行的.     

推算船位／罗兰C（GPS）组合导航系统的研究及其海上试验

该文研究了推算船位／罗兰Ｃ（ＧＰＳ）组合导航系统的组合模式和推广的非线性卡尔曼滤波算法在该组合模式中的应用，详细推导了舰船运动的七状态数学模型及其机械编排。该文还给出了该组合系统在南海进行试验时的舰船轨迹及定位误差曲线，并进行了比较分析。结果表明：组合系统克服了推位系统的积累误差，抑制了罗兰Ｃ（ＧＰＳ）的随机定位误差，有效地改善了导航定位精度，滤波方案正确，算法稳定。该组合系统已成功地装备于多种型号的舰船上。     

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。