某组合导航系统捷联导航方案及仿真技术研究
SINS_DVL_USBL水下组合导航系统的设计与验证
(4) Experimental verification: the corresponding static and dynamic experiments are designed. The experimental results show that the navigation accuracy of the integrated navigation system meets the design requirements, and the system is stable and reliable. The
(2) Principle and error analysis: on the premise of defining common navigation coordinate system, the basic principles of sins, DVL and USBL are analyzed; on this basis, the corresponding error model is established; the IMU in SINS system is calibrated and compensated and the random error parameters are identified.
《基于SINS-BDS-GPS组合导航信息融合算法研究》范文
《基于SINS-BDS-GPS组合导航信息融合算法研究》篇一基于SINS-BDS-GPS组合导航信息融合算法研究一、引言随着科技的发展，导航技术已成为现代社会不可或缺的一部分。
特别是对于SINS（Strapdown Inertial Navigation System，捷联式惯性导航系统）、BDS（北斗卫星导航系统）和GPS（全球定位系统）等组合导航系统的应用，其精确性和可靠性对于各种应用领域至关重要。
本文将重点研究基于SINS/BDS/GPS组合导航信息融合算法，以提高导航系统的性能和精度。
二、SINS/BDS/GPS组合导航系统概述SINS是一种基于惯性测量单元（IMU）的导航系统，通过测量物体的加速度和角速度来推算物体的运动状态。
BDS和GPS则是卫星导航系统，通过接收来自卫星的信号来计算用户的位置和速度。
将SINS与BDS、GPS相结合，可以形成一种互补的组合导航系统，具有高精度、高动态和抗干扰等优点。
三、信息融合算法研究为了实现SINS/BDS/GPS组合导航系统的信息融合，需要采用合适的算法来处理不同类型的数据。
本部分将重点研究以下几种算法：1. 数据预处理算法：对SINS、BDS和GPS的原始数据进行预处理，包括滤波、降噪、数据对齐等操作，以提高数据的可用性和可靠性。
2. 权重分配算法：根据不同传感器的性能和测量误差，为SINS、BDS和GPS分配合理的权重，以实现最优的数据融合。
3. 状态估计与滤波算法：采用卡尔曼滤波、扩展卡尔曼滤波等算法，对组合导航系统的状态进行实时估计和滤波，以提高导航的精度和稳定性。
4. 多模型融合算法：针对不同环境和应用场景，采用多模型融合算法，如联邦滤波、多传感器信息融合等，以提高导航系统的鲁棒性和适应性。
四、实验与分析为了验证所研究的信息融合算法的有效性，我们进行了实验分析。
实验采用了真实的SINS、BDS和GPS数据，通过不同的信息融合算法进行处理和分析。
中短程捷联惯导GNSS导航系统关键技术研究
中短程捷联惯导/GNSS导航系统关键技术研究捷联惯导(SINS)与全球卫星导航系统(GNSS)是重要的现代导航技术。
对于精确制导武器、小型无人机等领域应用的捷联惯导/GNSS导航系统,具有工作时间和距离短、工作环境易受温度影响、载体机动幅度较大、要求保留纯惯性工作能力等特点。
因此,在中短程应用的捷联惯导/GNSS组合导航系统中,惯性器件的误差标定、高动态条件下的捷联惯导解算算法、机载条件下的惯导传递对准算法以及捷联惯导与GNSS的组合导航算法,是影响导航系统性能的关键技术。
本文以中短程捷联惯导/GNSS组合导航系统为研究对象,以提高导航系统精度为重点目标进行研究,完成的主要内容包括:(1)研究了微机电(MEMS)惯性器件的误差特性,陀螺仪和加速度计的误差进行了分析,建立了数学模型。
针对MEMS陀螺仪误差特性较为复杂,采用常规多项式方法建模不够精确的问题,提出了基于参数内插法的陀螺仪误差补偿方法。
设计了全温度、全转速六位置标定测试实验,对加速度计和陀螺仪进行标定测试,并对参数内插法和常规方法对陀螺仪的标定结果进行了分析和对比。
结果表明,经过标定可以大幅度降低惯性器件的误差,本文提出的参数内插法的对陀螺仪的补偿效果更好(2)基于等效旋转矢量作为基本数学工具,考虑由于姿态的旋转不可交换性带来的锥运动、摇橹运动等运动效应,设计了捷联惯导解算的高速数值算法,该算法具有流程简洁、更新频率高的优点。
对捷联惯导的误差源和误差特性进行了分析,建立了捷联惯导误差的状态空间模型。
(3)对影响载捷联惯导制导武器传递对准精度的各种因素,进行了分析和建模。
然后在分析了传递对准各种匹配方式的优缺点的基础上,建立了基于速度积分+姿态匹配的Kalman滤波传递对准算法,并设计了数字仿真实验进行了验证。
仿真实验表明在存在挠曲变形和振动扰动的环境下,该传递对准算法对滚转角误差的估计精度比传统的速度+姿态匹配法提高了34.3%,对X轴失准角的估计精度提高了30%,对三轴轴加速度计零偏的估计精度分别提高了34.7%、81.3%和75%。
组合导航关键技术
组合导航系统是将载体( 飞机、舰船等) 上的导航设备组合成一个统一的系统，利用两种或两种以上的设备提供多重信息，构成一个多功能、高精度的冗余系统。
组合导航系统有利于充分利用各导航系统进行信息互补与信息合作, 成为导航系统发展的方向。
在所有的组合导航系统中，以北斗与惯性导航系统INS 组合的系统最为理想, 而深组合方式是北斗与惯性导航系统( INS) 组合的最优方法。
鉴于GPS 的不可依赖性，北斗卫星导航系统与INS 的组合是我国组合导航系统的发展趋势，我国自主研制北斗/INS深组合导航系统需要解决的关键技术。
1 北斗/惯导深组合导航算法深组合导航算法是由INS导航结果推算出伪距、伪距率，与北斗定位系统观测得到的伪距、伪距率作差得到观测量。
通过卡尔曼滤波对INS的误差和北斗接收机的误差进行最优估计，并根据估计出的INS误差结果对INS进行反馈校正, 使INS保持高精度的导航。
同时利用校正后的INS 速度信息对北斗接收机的载波环、码环进行辅助跟踪, 消除载波跟踪环和码跟踪环中载体的大部分动态因素, 以降低载波跟踪环和码跟踪环的阶数，从而减小环路的等效带宽, 增加北斗接收机在高动态或强干扰环境下的跟踪能力。
其组合方式如图 1所示，图中只画出了北斗的一个通道，其他通道均相同。
图 1 深组合方式框图组合导航参数估计是组合导航系统研究的关键问题之一。
经典Kalman滤波方法是组合导航系统中使用最广泛的滤波方法，但由于动态条件下组合导航系统状态噪声和量测噪声的统计信息的不准确，常导致滤波精度的下降，影响组合导航的性能。
滤波初值的选取与方差矩阵的初值对滤波结果的无偏性和稳定性有较大的影响，不恰当的选择可能导致滤波过程收敛速度慢，甚至有可能发散。
另外系统误差模型的不准确也会导致滤波过程的不稳定。
渐消记忆自适应滤波方法通过调节新量测值对估计值的修正作用来减小系统误差模型不准确对滤波过程的影响。
当系统模型不准确时，增强旧测量值对估计值的修正作用，减弱新测量值对估计值的修正作用。
捷联惯性组合导航系统的工程设计
速度误差补偿后送入计算机进行实时计算 ， 以得到 可 将 比力从载体坐标系转换到导航 坐标系的姿态矩 阵。 通 过 姿态 矩 阵 可 以确 定 载 体 的 姿 态 信 息 。姿 态 矩 阵 常用的即时修正方法有欧拉角法、 向余 弦法和 四元 方
模块等。双 Ｃ Ｕ系统使 Ｐ １４可以专注于解算 ， Ｐ Ｃ０ 保证 了 系统 的实 时性 。
１ 捷联 惯性组合导航 系统总体 方案
捷联惯导系统是将加速 度计 和陀螺仪沿载体 坐 标 系安装 ， 在进行 导航 参数计算 时， 需要是导航 坐标
系 中 的量 。因 此 应 先 将 惯 性 器 件 测 得 的 比力 和 角 加
基于 Ｐ １ 和 可编程逻辑阵列器件协 同合作 的导航 计算机 系统 。系统主要 包括数据 采集模 块和数据 解算模 块两部 分， Ｃ０ ４
给 出了 Ｐ １ 与 Ｆ Ｇ Ｃ０ ４ Ｐ Ａ的片 内接收模块进行通信 的设计方案 。为提 高 Ｆ Ｇ Ｐ Ａ与 工控机 之 间的数 据传输速度 ，设 计 了通 过共 享双端 １ Ｒ Ｍ 的方 式，实现 了工控机 与 Ｆ Ｇ ７ ： Ａ Ｐ Ａ之 间的 高速 数据 交换 。从硬件 结构 和软件设 计 方面说 明 了 系统各
Ｗｕ Ｊ ｎ ｅ ，Ｌ Ａ ｕ ｗ ｉ Ｉ ＮＧ ａ ｃ ａ Ｙ ｎ ｈｏ
（ ｏ ｅｅｏ ｕｏ ａ ｏ ，Ｈ ｒｉ ｎｉｅｒ ｇＵ ｉ ｒ ｔ，Ｈ ｒｉ ５０ １ ｈｎ ） Ｃ ｌ ｇ ｆ ｔ ｔ ｎ ａｂ Ｅ ｇ ｅ ｎ ｎｖ ｓｙ ａｂ １０ ０ ，Ｃ ｉａ ｌ Ａ ｍ ｉ ｎ ｎ ｉ ｅｉ ｎ
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Ｅ ｅ ｔ ｎｃＳ ｉ＆ Ｔ ｃ ． Ｊｎ １ ｌｃｒ ｉ ｃ． ｏ ｅ ｈ ／ ａ ． ５．２ １ ０２
捷联惯导算法与组合导航原理讲义
捷联惯导算法与组合导航原理讲义一、捷联惯导算法捷联惯导（Inertial Navigation System，INS）是一种通过测量惯性传感器的运动参数实现导航定位的技术。
惯性导航系统中包括了加速度计和陀螺仪等传感器，通过测量物体的加速度和角速度，可以推算出物体的位置、速度和姿态等信息。
1.1加速度计加速度计是一种测量物体加速度的传感器。
常见的加速度计有基于压电效应的传感器和基于微机电系统（Microelectromechanical System，MEMS）的传感器。
加速度计的原理是通过测量物体受到的惯性力，推算出物体的加速度。
由于加速度是速度对时间的导数，因此通过对加速度的积分操作，可以计算出物体的速度和位移。
1.2陀螺仪陀螺仪是一种测量物体角速度的传感器。
常见的陀螺仪有机械陀螺仪和MEMS陀螺仪等。
陀螺仪的原理是基于角动量守恒定律，通过测量转动惯量的变化，推算出物体的角速度。
与加速度计类似，通过对角速度的积分操作，可以计算物体的姿态。
1.3捷联惯导算法离散时间模型中，位置、速度和姿态等状态变量通过积分加速度和角速度来更新。
由于加速度计和陀螺仪测量结果存在噪声，因此在积分操作时需要加入误差补偿算法来消除误差。
常见的误差补偿算法有零偏校正和比例积分修正等。
连续时间模型中，位置、速度和姿态等状态变量通过微分方程来描述，并通过求解微分方程来更新状态。
由于计算量较大，通常需要使用数值积分方法来求解微分方程。
常见的数值积分方法有欧拉法、中点法和四阶龙格-库塔法等。
二、组合导航原理组合导航是一种融合多种导航技术的导航方式。
常见的组合导航方式有捷联惯导与GPS组合导航。
组合导航通过融合多种导航系统的测量结果，可以提高导航定位的精度和可靠性。
2.1捷联惯导与GPS组合导航捷联惯导与GPS组合导航是一种常见的组合导航方式。
在这种方式下，捷联惯导提供了高频率的惯导数据，可以提供较高的定位精度，但是由于其测量结果累积误差较大，会逐渐偏离真实轨迹。
捷联式惯性导航系统轨迹发生器设计与仿真
文 章 编号 ： １ ０ ０ ６ — ９ ３ ４ ８ （ ２ ０ １ ３ ） １ １ — ０ ０ ５ ８ — ０ ４
计
算
机
仿Leabharlann 真 ２ ０ １ ３ 年１ １ 月
捷 联 式 惯 性 导 航 系统 轨 迹 发 生 器 设 计 与 仿 真
翟 昆朋 ， 何 文涛 ， 徐 建华 ， 叶甜春
ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ ｖ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓ ａ ｒ ｅ ｃ ｏ ｎ ｓ ｔ ａ ｎ ｔ ．Ｆ ｒ ｏ ｍ ｏ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ ， ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ ａ ｔ ｒ ａ ｊ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ｙ ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｃ ｏ ｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｉ ｎ ｇ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ
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生 器 是惯 性 导航 系统 进 行 算 法 验 证 和 仿 真 的 基 础 ， 用 于 产 生
２ 数 字轨迹 发生 器原理
捷联惯导与组合导航系统高精度初始对准技术研究
捷联惯导与组合导航系统高精度初始对准技术研究捷联惯导与组合导航系统高精度初始对准技术研究引言捷联惯导与组合导航系统是一种集捷联惯导和其他导航传感器（如GPS、气压计、陀螺仪等）的优势于一体的导航系统，具有在惯导滞后情况下实现导航信息快速、准确更新的优势。
为了确保导航精度和可靠性，捷联惯导与组合导航系统的初始对准是不可或缺的关键技术之一。
本文将重点探讨捷联惯导与组合导航系统高精度初始对准技术的研究。
一、捷联惯导与组合导航系统概述捷联惯导与组合导航系统是一种通过融合多种导航传感器测量数据来计算导航解的导航系统。
其中，捷联惯导通过惯性导航算法利用加速度计和陀螺仪提供的姿态、速度和位移信息进行导航计算，而组合导航则通过融合GPS和其它传感器的信息来修正惯导的误差，提供更准确的导航结果。
二、初始对准技术的研究现状初始对准技术在捷联惯导与组合导航系统中起到了决定性的作用，对其精度和可靠性具有重大影响。
目前，针对初始对准技术的研究主要集中在以下几个方面：1. 惯性传感器标定：惯导系统的精度和准确性直接依赖于惯性传感器的性能。
因此，对于惯导系统而言，惯性传感器的标定至关重要。
传感器标定主要涉及惯性传感器的误差估计、参数校准和标定方法等。
2. 导航状态估计算法：捷联惯导与组合导航系统的核心是导航状态估计算法。
目前常用的算法包括扩展卡尔曼滤波（EKF）、无迹卡尔曼滤波（UKF）以及粒子滤波（PF）等。
这些算法通过融合多种传感器的信息，实现对导航状态的准确估计。
3. 高精度传感器融合：为了提高初始对准的精度和可靠性，可以考虑使用更高精度的传感器，如高精度的加速度计和陀螺仪。
此外，对于GPS系统而言，使用双频技术和高精度的差分GPS技术可以进一步提高导航精度。
三、捷联惯导与组合导航系统高精度初始对准技术研究在捷联惯导与组合导航系统高精度初始对准技术的研究中，可以采用以下方法来提高初始对准的精度和可靠性：1. 多目标标定方法：采用多目标标定方法来标定捷联惯导系统中的惯性传感器。
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某组合导航系统捷联导航方案及仿真技术研究
发表时间：2018-09-27T18:19:29.877Z 来源：《知识-力量》2018年9月中作者：王欣张龙飞李锦龙王丹李晓菊[导读] 捷联导航方案在自主导航系统中广泛应用。
本文主要阐述了导航原理，导航方法设计，以及仿真设计原理和实现。
利用仿真技术，进行捷联惯性组合导航系统模拟试验，验证了所设计的捷联惯性组合导航系统的可行性和有（中国航天科技集团公司第四研究院四〇一所，西安 710025）
摘要：捷联导航方案在自主导航系统中广泛应用。
本文主要阐述了导航原理，导航方法设计，以及仿真设计原理和实现。
利用仿真技术，进行捷联惯性组合导航系统模拟试验，验证了所设计的捷联惯性组合导航系统的可行性和有效性。
关键词：组合导航系统；组合导航方法；数据修正；仿真
1组合方案内容
1.1性能分析及组合导航原理根据组合导航系统的使用要求，惯性/卫星组合导航系统可供选择的组合方式有简单组合模式、浅组合模式、深组合模式。
简单组合模式是利用卫星导航系统提供的位置和速度直接重置惯性导航系统；浅组合模式是利用惯性导航系统和卫星导航系统输出的位置和速度信息的差值作为观测量，利用滤波器估计惯性导航系统的误差，并进行校正；深组合模式是惯性导航系统和卫星导航系统相互辅助和相互修正，实现协同超越。
三种组合方式对比，简单组合模式能直接修正惯性导航系统的位置和速度，但无法修正姿态误差和惯性测量元件误差，浅组合模式能校正惯性导航系统的误差，但无法修正卫星导航系统的误差，不能彻底发挥二者的优势，深组合模式对惯性导航系统和卫星导航系统都有修正效果，但是工程实现难度较大，因此，组合模式选用简单组合模式。
组合导航系统定位误差在不考虑对准误差和姿态解算误差的情况下，加速度测量误差不能大于，但是，实际系统肯定存在对准误差和姿态解算误差，所以单一的惯性导航不能满足技术指标要求，必须与其他导航方式组合。
采用GNSS导航和捷联惯性导航的组合方式。
其中GNSS导航具有定位精度高、导航误差不随时间积累、可全天时、全天候工作、难直接提供姿态信息、数据更新率低、易受电磁干扰等特点；惯性导航系统具有隐蔽性好、抗干扰能力强、短时精度高、导航信息完整和数据更新率高等特点。
两种导航方式对比，捷联惯性导航系统能提供完整连续的导航参数，具有完全自主、短时精度高的优点。
捷联惯性导航系统解算出的速度、位置与GNSS提供的速度、位置之差作为卡尔曼滤波器的观测量，姿态误差、速度误差和位置误差作为卡尔曼滤波器的状态变量，估计出状态变量的最优估计值后，对捷联惯性导航系统进行校正。
1.2捷联惯性导航算法组合导航系统的捷联导航算法包含姿态更新、速度更新和位置更新。
算法设计时，利用四元数法将系统采集到的角速度实时算出姿态
阵，进而求出载体的姿态角，对系统采集到的视加速度进行补偿和坐标转换，解算出速度和位置
捷联导航算法原理见图1中虚线框内部分。
图1捷联导航算法原理框图 1.3组合导航方法
采用节所述的方法解算出载体当前速度和位置，与GNSS提供的速度和位置相减作为卡尔曼滤波器的观测量，姿态误差、速度误差和位置误差作为卡尔曼滤波器的状态变量，估计出姿态误差、速度误差和位置误差的最优估计值后，对捷联惯性导航系统进行校正。
2仿真
2.1仿真结果
仿真曲线见图2-3所示：
图2 角度曲线
图3速度曲线
3结论
本方法是主要是采用接收机接收到的卫星定位到的速度和位置与子惯导解算出的相应值的比较值做为量测值，通过滤波实时估计出姿态误差、速度误差和位置误差，通过修正来实现系统的组合导航。
通过仿真，验证此方法的可行性和有效性。
参考文献
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[4]宋志安,王文馨.由阶跃响应曲线辨识传递函数的图解方法.山东科技大学学报.2003
[5]严恭敏,翁浚,白亮,亲永元.基于惯性参考系的动基座初始对准与定位导航.系统工程与电子技术.2011。