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基于单信标测距的水下导航系统可观测性分析 被引量:14
1
作者 刘明雍 李闻白 +1 位作者 刘富樯 沈超 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第1期87-92,共6页
导航问题是发展自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)所面临的难题之一。针对单信标测距导航方法中的系统可观测性问题,文章通过建立AUV的三维运动学模型,利用线性时变系统的局部可观测性理论得到了导航系统关于AUV三维... 导航问题是发展自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)所面临的难题之一。针对单信标测距导航方法中的系统可观测性问题,文章通过建立AUV的三维运动学模型,利用线性时变系统的局部可观测性理论得到了导航系统关于AUV三维运动路径的可观测性条件,在此条件下实现了对AUV运动位置的在线估计。仿真结果表明,对于满足导航系统可测观性的运动路径,AUV的位置估计具有良好的收敛性和定位精度。 展开更多
关键词 可观测性 分析 自主水下航行器 估计 卡尔曼滤波 时变系统 单信标
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基于时序进化搜索策略的地磁仿生导航研究 被引量:10
2
作者 刘明雍 刘坤 +1 位作者 李红 李洋 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第6期894-898,共5页
对先验地磁图的依赖是制约地磁导航发展的关键。受生物无需先验知识的地磁导航行为启发,研究地磁仿生导航问题。从仿生角度,将导航过程归结为多目标搜索问题,建立仿生导航模型。针对导航过程中,地磁场多参量与导航单一路径间存在的因果... 对先验地磁图的依赖是制约地磁导航发展的关键。受生物无需先验知识的地磁导航行为启发,研究地磁仿生导航问题。从仿生角度,将导航过程归结为多目标搜索问题,建立仿生导航模型。针对导航过程中,地磁场多参量与导航单一路径间存在的因果约束,提出了一种基于时序进化策略的搜索方法,使得多参量收敛伴随并指导导航搜索的进行。仿真结果证实了方法的有效性。 展开更多
关键词 地磁仿生导航 时序进化搜索策略 多目标搜索
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融合邻域自适应跟随的群集系统分群控制方法研究 被引量:9
3
作者 刘明雍 雷小康 彭星光 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第2期250-254,共5页
分群运动表征为有序运动的群体在外部信息作用下自发分裂为多个独立子群的现象。针对传统基于避撞、组队和聚集行为的群集运动控制方法难于实现分群运动的问题,提出一种融合了邻域自适应跟随行为的分群控制方法。该方法引入了基于序参... 分群运动表征为有序运动的群体在外部信息作用下自发分裂为多个独立子群的现象。针对传统基于避撞、组队和聚集行为的群集运动控制方法难于实现分群运动的问题,提出一种融合了邻域自适应跟随行为的分群控制方法。该方法引入了基于序参量的邻域自适应跟随行为,实现了外部信息作用下群体的自组织分群运动。仿真实验验证了所提分群控制方法的可行性和有效性。 展开更多
关键词 群集系统 分群控制 自适应跟随 序参量
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一种基于改进无迹卡尔曼滤波的自主水下航行器组合导航方法研究 被引量:6
4
作者 刘明雍 胡俊伟 李闻白 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第2期252-256,共5页
针对自主水下航行器(AUV)导航系统对稳定性、精确性和实时性的需求,提出了一种基于改进无迹卡尔曼滤波(UKF)算法的捷联惯性导航系统/多普勒测速仪(SINS/DVL)组合导航新方法。通过分析中低精度组合导航系统的特点和误差模型,在系统的噪... 针对自主水下航行器(AUV)导航系统对稳定性、精确性和实时性的需求,提出了一种基于改进无迹卡尔曼滤波(UKF)算法的捷联惯性导航系统/多普勒测速仪(SINS/DVL)组合导航新方法。通过分析中低精度组合导航系统的特点和误差模型,在系统的噪声模型为复杂加性噪声时,利用球面分布单形采样变换设计了一种简化UKF组合导航算法。仿真结果表明:与常规的比例对称采样UKF算法相比,在不损失导航系统滤波精度的情况下,基于单形采样变换的简化UKF算法有效降低了系统的计算复杂度,提高了滤波解算效率。 展开更多
关键词 自动控制技术 自主水下航行器 无迹卡尔曼滤波 球面分布单形采样 组合导航
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基于卡尔曼滤波的陀螺仪阵列技术研究 被引量:7
5
作者 刘明雍 朱立 董海霞 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第2期272-278,共7页
多个相同型号的陀螺仪测量轴相互平行,测量同一个角速度信号所组成的阵列叫做陀螺阵列。通过研究陀螺阵列提高惯性测量精度的信息处理算法,建立单个微机电(MEMS)陀螺仪的两种不同漂移模型,利用Allan方差对漂移系数进行辨识,将辨识出的... 多个相同型号的陀螺仪测量轴相互平行,测量同一个角速度信号所组成的阵列叫做陀螺阵列。通过研究陀螺阵列提高惯性测量精度的信息处理算法,建立单个微机电(MEMS)陀螺仪的两种不同漂移模型,利用Allan方差对漂移系数进行辨识,将辨识出的随机漂移系数应用于卡尔曼滤波。通过卡尔曼滤波将陀螺阵列的信息融合为一个较高精度的输出,证明了卡尔曼滤波的稳定性。通过实验对比了不同建模方法的优劣,并且验证了基于卡尔曼滤波的信息融合方法可以有效提高MEMS陀螺仪的精度。 展开更多
关键词 控制科学与技术 陀螺仪阵列 信息融合 卡尔曼滤波
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基于信息耦合度的群集式AUV分群控制算法 被引量:4
6
作者 刘明雍 杨盼盼 +1 位作者 雷小康 刘坤 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第4期581-585,共5页
自主水下航行器(AUV)的分群控制,表征为AUV群集在外部刺激下分裂成多个子群的行为。针对无协商、指派及中心控制的AUV自发分群问题,提出一种基于信息耦合度的分布式分群控制算法。该算法利用信息耦合度表示AUV间的相互关联程度,并根据... 自主水下航行器(AUV)的分群控制,表征为AUV群集在外部刺激下分裂成多个子群的行为。针对无协商、指派及中心控制的AUV自发分群问题,提出一种基于信息耦合度的分布式分群控制算法。该算法利用信息耦合度表示AUV间的相互关联程度,并根据信息耦合度的差异动态调节个体运动倾向性,使得AUV在外部刺激下运动行为产生分化,从而实现无中心控制下AUV群集的自发分群运动。仿真实验验证了该算法的可行性和有效性。 展开更多
关键词 自主水下航行器 分群控制 信息耦合度 耦合强度
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一种基于UKF的AUV移动声学网络协同导航方法 被引量:3
7
作者 刘明雍 沈超 +1 位作者 张立川 龚雪晴 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第6期934-938,共5页
针对扩展卡尔曼滤波(EKF)在自主水下航行器(AUV)移动声学网络协同导航中,存在强非线性观测方程条件下线性化误差大、计算复杂等缺点,文章提出一种基于无迹卡尔曼滤波(UKF)的AUV移动声学网络协同导航方法。利用移动长基线原理和UKF方法,... 针对扩展卡尔曼滤波(EKF)在自主水下航行器(AUV)移动声学网络协同导航中,存在强非线性观测方程条件下线性化误差大、计算复杂等缺点,文章提出一种基于无迹卡尔曼滤波(UKF)的AUV移动声学网络协同导航方法。利用移动长基线原理和UKF方法,建立基于UKF的协同导航滤波算法,并通过仿真实验与传统的EKF协同导航算法进行对比。仿真结果表明,基于UKF的协同导航算法能明显减小导航定位误差,在导航精度上优于EKF方法,是AUV协同导航中一种更加简单有效的导航滤波方法。 展开更多
关键词 无迹卡尔曼滤波 移动声网络 协同导航 AUV
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地磁异常影响下的AUV仿生导航方法研究 被引量:2
8
作者 刘明雍 李红 +1 位作者 刘坤 杨盼盼 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第4期627-632,共6页
针对AUV地磁仿生导航中,由于地磁参量在磁异常区域变化规律异常,搜索算法极易陷入局部极小问题,提出了一种基于地磁参量变化的进化搜索方法。该搜索方法在考虑地磁异常存在的情况下,引入环境变化算子对搜索算法是否进入磁异常区域进行判... 针对AUV地磁仿生导航中,由于地磁参量在磁异常区域变化规律异常,搜索算法极易陷入局部极小问题,提出了一种基于地磁参量变化的进化搜索方法。该搜索方法在考虑地磁异常存在的情况下,引入环境变化算子对搜索算法是否进入磁异常区域进行判断,采用方向导引使其避免算法陷于局部极小点,从而摆脱磁异常区域对导航搜索的影响。仿真实验表明,该方法能够使AUV在磁异常影响下从初始位置到达目标位置。 展开更多
关键词 地磁仿生导航 进化算法 地磁异常 局部极小
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一种基于无迹卡尔曼滤波的UUV协同定位方法 被引量:10
9
作者 刘明雍 沈俊元 +1 位作者 张加全 胡俊伟 《鱼雷技术》 2011年第3期205-208,共4页
多水下无人航行器(multi-UUV)协同定位技术是解决海洋中间层水下导航定位问题的重要途径,针对以往multi-UUV仅靠距离量测的协同导航定位精度低的问题,给出了一种基于无迹卡尔曼滤波(UKF)方法的UUV协同定位方法。利用从UUV的运动学方程... 多水下无人航行器(multi-UUV)协同定位技术是解决海洋中间层水下导航定位问题的重要途径,针对以往multi-UUV仅靠距离量测的协同导航定位精度低的问题,给出了一种基于无迹卡尔曼滤波(UKF)方法的UUV协同定位方法。利用从UUV的运动学方程和基于距离的量测方程建立了从UUV的导航模型,针对该非线性导航模型,采用UKF设计了导航滤波算法,避免了对非线性方程的线性化处理,实现了递推导航滤波算法,并与传统的航位推算方法进行了仿真对比。仿真结果表明,从UUV能够利用该导航滤波算法进行实时定位,比传统的航位推算方法具有更高的定位精度。 展开更多
关键词 无人水下航行器 协同定位 无迹卡尔曼滤波 递推导航滤波算法 航位推算方法
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联邦滤波器的SINS/GNS/DVS水下组合导航 被引量:3
10
作者 刘明雍 周志远 赵涛 《火力与指挥控制》 CSCD 北大核心 2009年第12期41-43,67,共4页
针对现有的水下导航系统不能全面满足AUV导航的需要,为了提高水下航行器组合导航系统长时间远航程的隐蔽性,可靠性及精度,提出了一种基于联邦滤波器的惯性导航系统、地磁导航、多普勒速度声纳的组合导航方案,并采用简化自适应卡尔曼算... 针对现有的水下导航系统不能全面满足AUV导航的需要,为了提高水下航行器组合导航系统长时间远航程的隐蔽性,可靠性及精度,提出了一种基于联邦滤波器的惯性导航系统、地磁导航、多普勒速度声纳的组合导航方案,并采用简化自适应卡尔曼算法对水下航行器组合导航系统进行误差估计,解决了传统卡尔曼滤波容易发散的问题。仿真结果表明,在SINS/GNS/DVS组合导航中采用该算法,提高了定位精度,保证了滤波的快速性,验证了该算法的可行性和正确性。 展开更多
关键词 组合导航 自适应卡尔曼滤波器 地磁导航
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多AUV协作时钟同步控制算法设计与实现 被引量:3
11
作者 刘明雍 张兵宇 张立川 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第6期848-852,共5页
鉴于多自主式水下航行器(autonomous underwater vehicle,AUV)协同作业中时钟同步技术的重要性,设计了一种基于数字信号处理器(digital signal processor,DSP)的精确时钟同步方案。首先分析了时钟同步过程中误差的来源,并提出了线性回... 鉴于多自主式水下航行器(autonomous underwater vehicle,AUV)协同作业中时钟同步技术的重要性,设计了一种基于数字信号处理器(digital signal processor,DSP)的精确时钟同步方案。首先分析了时钟同步过程中误差的来源,并提出了线性回归和卡尔曼滤波算法,对误差进行了有效补偿,确保AUV时钟与全球定位系统(global positioning system,GPS)时钟精确同步。然后利用DSP、GPS模块以及恒温晶振完成了时钟同步控制的硬件实现,时钟校准实验表明,该控制算法大大提高了时钟同步过程中的授时精度和频率稳定度,满足多AUV协同作业在时钟同步方面的需求。 展开更多
关键词 自主式水下航行器(AUV)协同 时钟同步 误差补偿算法 数字信号处理器(DSP) 恒温晶振
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基于SLAM算法的AUV组合导航系统 被引量:3
12
作者 刘明雍 王小峰 《火力与指挥控制》 CSCD 北大核心 2010年第8期52-54,57,共4页
针对未知环境下某水下航行器组合导航系统在GPS信号长时间失效时,导航误差随时间积累的问题,采用了同时制图定位(SLAM)的导航方法,提出了一种将SLAM的信息融合于INS/GPS组合导航系统的方案,通过SLAM技术来限制惯导系统的误差积累,可以... 针对未知环境下某水下航行器组合导航系统在GPS信号长时间失效时,导航误差随时间积累的问题,采用了同时制图定位(SLAM)的导航方法,提出了一种将SLAM的信息融合于INS/GPS组合导航系统的方案,通过SLAM技术来限制惯导系统的误差积累,可以显著提高组合导航系统的性能并能在线建立环境的增量式地图。仿真结果表明,该方法充分利用了同时制图定位提供的信息,有效地提高了导航系统的精度。 展开更多
关键词 同时制图定位 卡尔曼滤波 组合导航 地形辅助导航
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一种基于量测伪距的EKF移动长基线AUV协同导航方法 被引量:5
13
作者 刘明雍 黄博 蔡挺 《鱼雷技术》 2012年第6期432-436,共5页
在移动长基线(MLBL)定位中,由于水声信号在水中传播速度较慢,以及被定位AUV的自身运动,导致AUV与不同浮标的距离是在不同时间不同位置测量产生的,所以应用移动长基线会产生一定的时间延迟定位误差。本文针对该定位误差,提出了一种基于... 在移动长基线(MLBL)定位中,由于水声信号在水中传播速度较慢,以及被定位AUV的自身运动,导致AUV与不同浮标的距离是在不同时间不同位置测量产生的,所以应用移动长基线会产生一定的时间延迟定位误差。本文针对该定位误差,提出了一种基于量测伪距的EKF移动长基线时间延迟算法,该算法利用扩展Kalman滤波,通过对AUV的位置状态的前推,重构了系统的量测方程,实现了量测方程同系统的量测量在时间上的一致性,有效地解决了时间延迟产生的误差。理论分析与仿真结果均表明,该方法可以显著提高导航定位精度。 展开更多
关键词 自主式水下航行体 移动长基线 定位误差 扩展Kalman滤波
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SLAM算法在AUV中的应用进展 被引量:4
14
作者 刘明雍 赵涛 周良荣 《鱼雷技术》 2010年第1期41-48,共8页
同步定位与地图创建(SLAM)是水下航行器在全球范围内实现自主导航的一个基础且重要问题。首先介绍了SLAM算法在水下航行器应用的国内外最新进展,指出了SLAM算法所面临的问题,阐述了研究的环境描述、环境特征提取和不确定信息的描述等难... 同步定位与地图创建(SLAM)是水下航行器在全球范围内实现自主导航的一个基础且重要问题。首先介绍了SLAM算法在水下航行器应用的国内外最新进展,指出了SLAM算法所面临的问题,阐述了研究的环境描述、环境特征提取和不确定信息的描述等难点问题,并对SLAM算法的主要实现方式进行了归纳。最后结合水下航行器的特殊应用环境,探讨了未来SLAM算法的研究趋势和发展方向。 展开更多
关键词 同步定位与地图创建(SLAM) 自主水下航行器(AUV) 环境特征提取 不确定信息
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基于重力场与地磁场序贯修正的姿态解算研究 被引量:1
15
作者 刘明雍 郭娇娇 +2 位作者 王梦凡 牛云 王录 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期1-5,共5页
针对无人系统姿态解算中存在陀螺仪误差发散快、磁力计易受软磁环境干扰等问题,提出了一种基于重力场与地磁场序贯修正的姿态解算方法。该方法采用陀螺仪输出构建姿态四元数的状态方程,然后依次利用加速度计与磁力计数据对四元数进行2... 针对无人系统姿态解算中存在陀螺仪误差发散快、磁力计易受软磁环境干扰等问题,提出了一种基于重力场与地磁场序贯修正的姿态解算方法。该方法采用陀螺仪输出构建姿态四元数的状态方程,然后依次利用加速度计与磁力计数据对四元数进行2次序贯修正,以获得姿态的准确输出。实验结果表明,相比传统的2种姿态解算算法,新算法能有效抑制陀螺仪的漂移误差,提高磁干扰环境下的姿态输出精度,其姿态角的静态精度不大于0.5°,动态精度优于2°。 展开更多
关键词 地球重力场 地磁场 序贯卡尔曼滤波算法 姿态解算
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激光陀螺温度误差补偿方法 被引量:1
16
作者 刘明雍 周良荣 赵涛 《鱼雷技术》 2009年第5期53-57,共5页
零偏是衡量激光陀螺性能的一个重要指标,但其受温度影响很大,为了降低和补偿温度对激光陀螺零偏的影响,使其达到惯性级陀螺仪的精度要求,分析了温度对激光陀螺零偏误差的产生机理,在大量高低温环境试验的基础上,建立了一种通用的零偏温... 零偏是衡量激光陀螺性能的一个重要指标,但其受温度影响很大,为了降低和补偿温度对激光陀螺零偏的影响,使其达到惯性级陀螺仪的精度要求,分析了温度对激光陀螺零偏误差的产生机理,在大量高低温环境试验的基础上,建立了一种通用的零偏温度补偿模型和一种BP神经网络模型,并给出了模型参数的辨识方法,仿真结果表明,对该模型作适当的简化,可以将零偏减小一个数量级以上,而且具有实时补偿性能。 展开更多
关键词 激光陀螺 温度误差 零偏 BP神经网络
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联邦滤波器在INS/GPS/DVS组合导航系统中的新应用
17
作者 刘明雍 王小峰 +1 位作者 赵涛 周良荣 《火力与指挥控制》 CSCD 北大核心 2009年第10期86-88,91,共4页
针对某机载导航系统不能满足高精度导航定位需要的问题,采用了动态信息分配系数方法,提出了一种新的基于联邦滤波器的INS/GPS/DVS组合导航方案,通过对各子滤波器的信息分配系数进行优化,增强了组合系统的导航性能。仿真结果表明,该方案... 针对某机载导航系统不能满足高精度导航定位需要的问题,采用了动态信息分配系数方法,提出了一种新的基于联邦滤波器的INS/GPS/DVS组合导航方案,通过对各子滤波器的信息分配系数进行优化,增强了组合系统的导航性能。仿真结果表明,该方案充分提取了导航传感器的信息,有效地提高了组合导航系统的精度和故障检测能力。 展开更多
关键词 联邦滤波 信息分配 组合导航 卡尔曼滤波器
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基于非线性收敛因子的Terminal滑模制导律设计
18
作者 刘明雍 张小件 李洋 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第1期47-52,共6页
水下动能武器在末端时刻攻击目标具有作战范围小,时间短的特性。传统滑模变结构制导律通常选取线性滑动平面,收敛速度慢,对收敛时间没有约束,不能满足系统快速收敛到平衡状态。针对这一问题,提出一种改进的Terminal滑模变结构控制方法,... 水下动能武器在末端时刻攻击目标具有作战范围小,时间短的特性。传统滑模变结构制导律通常选取线性滑动平面,收敛速度慢,对收敛时间没有约束,不能满足系统快速收敛到平衡状态。针对这一问题,提出一种改进的Terminal滑模变结构控制方法,通过引入非线性因子,使系统跟踪误差快速收敛到零,保证系统以期望的有限时间收敛到平衡状态。采用Terminal滑模面结合指数趋近律设计有限时间快速收敛制导律,该制导律即能满足系统快速性收敛要求,又能离线计算收敛时间。理论分析表明:所设计的制导律满足系统稳定性要求,并仿真验证了其快速收敛的有效性,较传统变结构制导方法收敛速度更快,具有更强的鲁棒性。 展开更多
关键词 Terminal滑模面 变结构控制 制导律 动能武器
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基于Potter算法的水下航行器动基座初始对准滤波方法
19
作者 刘明雍 赵豪 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第6期738-742,共5页
研究了水下航行器动基座对准问题。建立了动基座对准误差模型。在对准时利用GPS提供的速度和姿态信息进行辅助对准,采用速度、姿态匹配的对准方式,建立了系统的观测方程。当考虑加速度计和陀螺仪引起的系统噪声激励时,方位失准角D的... 研究了水下航行器动基座对准问题。建立了动基座对准误差模型。在对准时利用GPS提供的速度和姿态信息进行辅助对准,采用速度、姿态匹配的对准方式,建立了系统的观测方程。当考虑加速度计和陀螺仪引起的系统噪声激励时,方位失准角D的估计值振荡幅度较大。针对这一问题,提出了基于Potter算法的动基座对准滤波方法估计3个失准角。理论研究与仿真表明,该方法不但能快速精确地估计出水平失准角,而且解决了D的振荡问题,提高了其估计精度。 展开更多
关键词 对准 GPS 导航系统 卡尔曼滤波 初始对准 水下航行器 Potter算法 动基座
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一种基于UKF的MEMS/GPS组合导航算法
20
作者 刘明雍 郭勇 +1 位作者 张立川 高沛林 《鱼雷技术》 2013年第5期351-354,共4页
针对微电子机械(MEMS)/全球定位(GPS)组合导航系统中,强非线性引起的扩展卡尔曼滤波(EKF)导航精度不高、滤波性能不稳定、收敛速度慢等问题,研究了MEMS/GPS组合导航系统无迹卡尔曼滤波(UKF)算法,避免了EKF繁重的求导计算。本文对2种滤... 针对微电子机械(MEMS)/全球定位(GPS)组合导航系统中,强非线性引起的扩展卡尔曼滤波(EKF)导航精度不高、滤波性能不稳定、收敛速度慢等问题,研究了MEMS/GPS组合导航系统无迹卡尔曼滤波(UKF)算法,避免了EKF繁重的求导计算。本文对2种滤波方法进行了仿真比较,结果表明,用UKF的组合导航系统的误差收敛速度比EKF快,精度也比EKF高,UKF算法更适合于MEMS/GPS组合导航。 展开更多
关键词 微电子机械 全球定位组合导航系统 扩展卡尔曼滤波 无迹卡尔曼滤波
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