一种基于PWCS的惯导系统可观测度分析方法 被引量：25

1

作者 孔星炜 董景新 +1 位作者 吉庆昌 薛建平 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2011年第6期631-636,641,共7页

为研究惯导系统动基座滤波中各状态的收敛情况与载机机动的关系,提出一种基于分段线性定常系统(PWCS)的可观测度分析方法。该方法利用PWCS可观测性分析方法中的提取可观测矩阵,进一步进行可观测度的计算,用可观测阶数和相对可观测度两... 为研究惯导系统动基座滤波中各状态的收敛情况与载机机动的关系,提出一种基于分段线性定常系统(PWCS)的可观测度分析方法。该方法利用PWCS可观测性分析方法中的提取可观测矩阵,进一步进行可观测度的计算,用可观测阶数和相对可观测度两个指标对可观测性进行量化。分析结果能够明确表示出不同状态在观测中的耦合,准确预测可观测度不同的状态的收敛速度,弥补现有方法的不足。利用这种新方法对"速度+姿态"匹配传递对准进行了分析。车载试验结果表明,仅经过转弯三次的简单机动,俯仰角与横滚角的姿态误差的估计均方差可达到3'以下,陀螺和加速度计零偏也得到有效的估计。试验结果与所提出的可测度分析方法的结论一致,表明了该方法的正确性与有效性。 展开更多

关键词 惯性导航系统 可观测度分析 分段线性定常系统 传递对准 车载试验

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GPS/SINS组合导航系统状态的可观测度分析方法 被引量：30

2

作者 帅平 陈定昌 江涌 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第2期219-224,246,共7页

线性时变系统状态的可观测度是检验所设计的Kalman滤波器的收敛精度和速度的重要指标。传统的可观测度分析方法存在着各种缺陷,难于满足实际工程应用需求。首先,本文论述了将线性时变系统状态转化为分段式定常系统(PWCS)的可观测性分析... 线性时变系统状态的可观测度是检验所设计的Kalman滤波器的收敛精度和速度的重要指标。传统的可观测度分析方法存在着各种缺陷,难于满足实际工程应用需求。首先,本文论述了将线性时变系统状态转化为分段式定常系统(PWCS)的可观测性分析方法,并在对PWCS可观测性矩阵进行奇异值分解的基础上,定义系统状态的可观测度。然后,详细证明GPS/SINS组合导航系统满足PWCS分析定理要求,可以用条带化可观测性矩阵(SOM)代替总的可观测性矩阵(TOM)分析系统状态的可观测度。为了分析全弹道GPS/SINS系统状态的可观测度,进一步提出改进的可观测度分析方法。最后,从松耦合GPS/SINS系统仿真结果可以看到,可观测度指标能够很好地预见系统状态的Kalman滤波误差大小。可观测度高则滤波误差小,可观测度低则滤波误差大。这初步表明改进的可观测度分析方法是合理的和可行的。 展开更多

关键词 组合导航系统 奇异值分解 可观测性矩阵 可观测度分析

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GPS/SINS组合导航系统状态的可观测度分析方法 被引量：6

3

作者 帅平 陈定昌 江涌 《中国空间科学技术》 EI CSCD 北大核心 2004年第1期12-19,共8页

系统状态的可观测度是检验所设计的Kalman滤波器的收敛精度和速度的重要指标。首先 ,分别论述分段式定常系统 (PWCS)的可观测性分析方法和基于奇异值分解的系统状态可观测度分析方法。然后 ,证明GPS/SINS组合导航系统满足PWCS分析定理要... 系统状态的可观测度是检验所设计的Kalman滤波器的收敛精度和速度的重要指标。首先 ,分别论述分段式定常系统 (PWCS)的可观测性分析方法和基于奇异值分解的系统状态可观测度分析方法。然后 ,证明GPS/SINS组合导航系统满足PWCS分析定理要求 ,并进一步提出改进的线性时变系统状态的可观测度分析方法 ,以适用于分析全弹道过程系统状态的可观测度。最后 。 展开更多

关键词 GPS/SINS组合导航系统 全球定位系统 捷联式惯性导航系统 可观测度分析 分段式定常系统

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基于状态参数可观测度分析的舰机传递对准自适应滤波方法 被引量：5

4

作者 梁浩 王丹丹 穆荣军 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2014年第1期58-62,共5页

针对舰机惯导传递对准过程中舰船机动受限、系统可观测性差等特点,提出了基于状态参数可观测度分析的自适应滤波方法。通过系统状态参数可观测性分析,量化各状态分量可观测程度,进而根据可观测度大小分组构造自适应调节因子,并采用滤波... 针对舰机惯导传递对准过程中舰船机动受限、系统可观测性差等特点,提出了基于状态参数可观测度分析的自适应滤波方法。通过系统状态参数可观测性分析,量化各状态分量可观测程度,进而根据可观测度大小分组构造自适应调节因子,并采用滤波增益衰减法对观测度低的分量通道进行有效处理,以此来提高传递对准滤波算法的适应性和滤波估计精度。舰船模拟轨迹下仿真结果表明,基于状态参数可观测度分析的自适应滤波方法和常规方法相比,具有较高的精度和较快的收敛速度,对准精度由3?提高到2?,滤波估计收敛时间由15 min缩短至8 min。 展开更多

关键词 舰载机 传递对准 可观测度分析 滤波增益衰减

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复杂城市环境下GNSS/INS组合导航可观测度分析及鲁棒滤波方法 被引量：25

5

作者 沈凯 刘庭欣 +1 位作者 左思琪 邓明涛 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第9期252-261,共10页

城市峡谷等复杂场景下,建筑物遮挡、多路径和非视距等效应严重影响GNSS信号质量。通过引入动态时变系统可观测度分析方法,在线评价系统每个状态变量的可观测程度,并探究GNSS信号异常对组合导航性能的影响机理。针对智能车辆途径人行天... 城市峡谷等复杂场景下,建筑物遮挡、多路径和非视距等效应严重影响GNSS信号质量。通过引入动态时变系统可观测度分析方法,在线评价系统每个状态变量的可观测程度,并探究GNSS信号异常对组合导航性能的影响机理。针对智能车辆途径人行天桥和高架桥时GNSS信号受限等情况,基于比较残差协方差矩阵的递推值和理论计算值,提出一种新型的自适应因子,在线度量GNSS/INS融合滤波的异常程度,进而设计自适应鲁棒的卡尔曼滤波(ARKF)算法,并基于可观测度分析验证其有效性。实验结果表明:所提出的ARKF方法能够保证GNSS短时受限时,融合定位最大误差限制在1 m内,增强了GNSS/INS组合导航系统的鲁棒性和环境适应性,保证了车道级高精度导航定位。 展开更多

关键词 可观测度分析 鲁棒滤波算法 车道级导航定位 复杂城市环境 无人驾驶汽车

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一种应用于在线标定的可观测度分析方法 被引量：4

6

作者 杜滨瀚 王海亮 +2 位作者 马忠 李国璋 石志勇 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第4期568-575,共8页

对惯性器件误差标定前必须进行可观测性分析,针对当前可观测性分析方法不能得到每一个误差参数的可观测度,无法为标定过程中载体的机动路径设计提供足够依据这一问题,提出了一种新的动态系统可观测度分析方法并用于惯性器件在线标定中... 对惯性器件误差标定前必须进行可观测性分析,针对当前可观测性分析方法不能得到每一个误差参数的可观测度,无法为标定过程中载体的机动路径设计提供足够依据这一问题,提出了一种新的动态系统可观测度分析方法并用于惯性器件在线标定中。该方法定义各误差参数都独立对应一个可观测度,通过合理拆分可观测矩阵,利用范数最优化受约束理论,计算得到每一个参数的可观测度。利用MATLAB软件搭建仿真平台,对比分析了基于奇异值分解的可观测度分析方法和新方法计算结果的特点,并利用新方法计算结果针对性调整载体机动路径,试验结果表明:利用该方法得到的各误差参数的可观测度与标定中各状态量的滤波收敛特性具有一致性,证明了该算法的特点及准确性。 展开更多

关键词 在线标定 可观测度分析 范数最优化受约束理论 惯性器件 卡尔曼滤波

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AUV组合导航系统信息匹配的可观测度 被引量：4

7

作者 李瑶 徐晓苏 吴炳祥 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 2008年第5期589-594,共6页

针对自主水下潜器(AUV)导航的特点和需求,设计了一种捷联惯导/多普勒/磁罗经/地形匹配组合导航系统(SINS/DVL/MCP/TAN),同时对AUV组合导航的两种信息匹配方式进行了基于动态系统奇异值分解的可观测度研究以评估该组合导航的Kalman滤波... 针对自主水下潜器(AUV)导航的特点和需求,设计了一种捷联惯导/多普勒/磁罗经/地形匹配组合导航系统(SINS/DVL/MCP/TAN),同时对AUV组合导航的两种信息匹配方式进行了基于动态系统奇异值分解的可观测度研究以评估该组合导航的Kalman滤波的估计能力。可观测度研究结果说明该组合导航能显著提高AUV的航向角误差和位置误差的可观测度,从而可以提高AUV的航向和位置精度。Kalman滤波的仿真结果验证了该结论的正确性,表明了该组合导航系统的Kalman滤波的估计能力强,能够得到较高精度的位置、速度和姿态信息,可以满足AUV长时间远距离导航的需要。 展开更多

关键词 AUV 组合导航系统 信息匹配 奇异值分解 可观测度分析 KALMAN滤波

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MEMS INS/GNSS组合导航系统在车辆和机器人载体上的性能对比分析 被引量：7

8

作者 樊静 陈起金 +1 位作者 唐海亮 牛小骥 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第8期1216-1222,共7页

同一款MEMS INS/GNSS组合导航系统在不同运动载体上的定位定姿性能差异会显著影响应用效果,有必要做深入的定量研究。本文首先采用奇异值分解方法,分析了组合导航状态量在载体不同运动场景下的可观测度。然后,对比了车辆和轮式机器人载... 同一款MEMS INS/GNSS组合导航系统在不同运动载体上的定位定姿性能差异会显著影响应用效果,有必要做深入的定量研究。本文首先采用奇异值分解方法,分析了组合导航状态量在载体不同运动场景下的可观测度。然后,对比了车辆和轮式机器人载体在开阔场景和GNSS卫星失锁场景下的组合导航性能,并详细分析了两种载体在不同运动模式下的导航误差和卡尔曼滤波均方误差。实测结果表明,车载和轮式机器人组合导航性能的差异主要表现在航向角方面;载体的加减速和转弯有助于航向角和陀螺z轴零偏误差的收敛;轮式机器人采用自动指令控制,造成运动模式单一,加减速时段少,同时转弯过程中加速度变化幅度小,转弯对其航向角和陀螺z轴零偏误差的收敛作用不如车载明显,因此,轮式机器人航向角误差比车载大,差异显著。 展开更多

关键词 INS/GNSS组合导航 MEMS惯导 轮式机器人 姿态误差 可观测度分析

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基于路标信息的绕飞小天体探测器自主光学导航方法研究 被引量：4

9

作者 朱圣英 崔祜涛 崔平远 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第9期2052-2058,共7页

小天体表面存在大量的弹坑地形特征,具有较高的可见性与可分辨性,本文对以这类地形为导航路标的小天体绕飞自主光学导航方法进行了研究.针对轨道动力学模型的不确知与强非线性问题,提出了一种利用高斯-马尔科夫过程和Unscented卡尔曼滤... 小天体表面存在大量的弹坑地形特征,具有较高的可见性与可分辨性,本文对以这类地形为导航路标的小天体绕飞自主光学导航方法进行了研究.针对轨道动力学模型的不确知与强非线性问题,提出了一种利用高斯-马尔科夫过程和Unscented卡尔曼滤波的导航滤波算法,以提高轨道确定精度和保证算法的稳定性.考虑导航路标位置几何分布对轨道确定精度的影响,利用观测矩阵的奇异值、条件数对导航系统可观测度进行分析,给出了导航路标选取的基本准则.最后,通过数学仿真对自主导航系统性能进行分析,验证了自主导航方法的有效性. 展开更多

关键词 自主导航 绕飞小天体 导航路标 高斯-马尔科夫过程 几何分布 可观测度分析

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行星着陆自主导航地形特征综合优化方法 被引量：4

10

作者 朱圣英 高锡珍 +1 位作者 崔平远 姚文龙 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第2期192-201,共10页

针对行星着陆光学导航方案优化问题,提出了一种基于可观测度的导航地形特征综合优化方法。该方法首先利用星表形貌图像信息建立不同几何特性特征的测量方程,基于可观测度矩阵和Fisher信息矩阵分析导航系统的可观测度和估计误差下限,揭... 针对行星着陆光学导航方案优化问题,提出了一种基于可观测度的导航地形特征综合优化方法。该方法首先利用星表形貌图像信息建立不同几何特性特征的测量方程,基于可观测度矩阵和Fisher信息矩阵分析导航系统的可观测度和估计误差下限,揭示特征位置和数量与导航系统性能间的关系,在此基础上以导航系统可观测度和估计误差下限为评价指标分别对随机分布导航地形特征点,直线和曲线进行优化选取,最后综合对比分析了利用不同特征点,直线和曲线对导航方案性能的影响,并通过仿真验证了相关结论。 展开更多

关键词 行星着陆 自主导航 特征优化 可观测度分析 FISHER信息阵

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基于自适应遗传算法的MEMS加速度计快速标定方法 被引量：13

11

作者 高爽 张若愚 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第10期1982-1989,共8页

微惯性测量单元(MIMU)的标定技术是低精度惯性导航领域中的重要研究方向,传统标定方法操作复杂,标定精度严重依赖转台精度。为解决大批量MIMU快速标定的问题,提出了一种基于自适应遗传算法(GA)的微机电系统(MEMS)加速度计快速标定方法,... 微惯性测量单元(MIMU)的标定技术是低精度惯性导航领域中的重要研究方向,传统标定方法操作复杂,标定精度严重依赖转台精度。为解决大批量MIMU快速标定的问题,提出了一种基于自适应遗传算法(GA)的微机电系统(MEMS)加速度计快速标定方法,将加速度计标定问题转化为参数优化问题。首先,利用模观测原理构造目标优化函数;然后,分析系统可观测度确定最优标定编排方案;最后,采用全局搜索的自适应遗传算法优化标定参数。实验结果表明:与牛顿迭代法相比,标定精度提升1~3个数量级,运算速度提高61%。标定后解算的水平姿态角误差小于0. 1°,可实现与传统标定方法相同量级的姿态精度,验证了所提方法的优越性和实用性。 展开更多

关键词 微机电系统(MEMS) 加速度计 遗传算法(GA) 模观测 标定 可观测度分析

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行星着陆动力下降段相对视觉导航方法 被引量：10

12

作者 秦同 朱圣英 +1 位作者 崔平远 栾恩杰 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第2期164-173,共10页

针对行星着陆动力下降段视觉导航自然路标匮乏的问题,提出了一种相对视觉导航方法。该方法利用相机和雷达的测量信息构建相对导航坐标系并求解随机视觉特征点在该坐标系下的位置矢量,利用求解得到的特征点为导航参考,设计相对导航系统,... 针对行星着陆动力下降段视觉导航自然路标匮乏的问题,提出了一种相对视觉导航方法。该方法利用相机和雷达的测量信息构建相对导航坐标系并求解随机视觉特征点在该坐标系下的位置矢量,利用求解得到的特征点为导航参考,设计相对导航系统,估计着陆器在相对导航坐标系下的位置、速度及姿态信息。同时,构建可观性矩阵,解耦分析位置和姿态的可观性。通过可观性分析可知利用相对导航坐标系下的一个随机特征点即可实现着陆器全状态可观。最后通过仿真分析着陆器状态误差,验证了可观测度理论分析及导航性能。该相对导航方法无需行星地形数据库,且可以实现着陆器全状态的高精度估计,满足行星精确软着陆的需求。 展开更多

关键词 行星着陆 相对导航 可观测度分析

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外场条件下旋转捷联惯导系统旋转轴不正交误差标定方法 被引量：2

13

作者 王昆明 谢建 周召发 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2017年第7期1576-1581,共6页

旋转调制捷联惯导系统中,旋转轴不正交误差是最主要的转位机构误差,其对系统精度的不利影响十分显著。针对目前基于载体姿态变化的旋转轴不正交误差标定方法只适用于静基座条件的不足,提出了一种基于Kalman滤波的误差标定方法,可实现外... 旋转调制捷联惯导系统中,旋转轴不正交误差是最主要的转位机构误差,其对系统精度的不利影响十分显著。针对目前基于载体姿态变化的旋转轴不正交误差标定方法只适用于静基座条件的不足,提出了一种基于Kalman滤波的误差标定方法,可实现外场环境中存在晃动干扰条件下的不正交误差标定;根据误差模型建立了系统状态方程,并基于可观测度分析设计了标定路径。仿真及实验结果表明,该方法精度较高,可以实现外场角晃动干扰情况下,旋转轴不正交误差的高精度标定。 展开更多

关键词 旋转轴不正交误差 晃动干扰 外场标定 KALMAN滤波 可观测度分析

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