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基于双天线TDCP的GNSS/IMU组合导航航向角增强算法
1
作者
吉莉
孙蕊
+1 位作者
王媛媛
戴晔莹
《北京航空航天大学学报》
北大核心
2025年第9期3141-3149,共9页
在全球导航卫星系统(GNSS)和惯性测量单元件(IMU)组合导航系统中,姿态估计尤其是航向角的准确估计对于车辆行驶状态的实时监控尤为重要。但由于IMU在高度通道上是发散的,若不加以准确约束其误差会逐渐累积,因此,在航向角变化频繁的车载...
在全球导航卫星系统(GNSS)和惯性测量单元件(IMU)组合导航系统中,姿态估计尤其是航向角的准确估计对于车辆行驶状态的实时监控尤为重要。但由于IMU在高度通道上是发散的,若不加以准确约束其误差会逐渐累积,因此,在航向角变化频繁的车载应用中其航向角的估计精度不足。为解决传统GNSS与IMU松组合方式导航姿态估计精度较差的问题,提出一种基于双天线历元间载波相位差分(TDCP)的GNSS/IMU组合导航航向角增强算法。该算法通过双天线TDCP求解车辆航向角来增加组合导航滤波融合观测值输入维度,并利用Hatch滤波和抗差自适应滤波分别实现观测域伪距精度提升和GNSS/IMU组合导航定位、定姿性能的提升。实验结果表明:所提算法相对于传统GNSS/IMU组合导航方法在三维方向上的定位、测速精度分别提高了22.12%、41.27%,车辆航向角精度提高了46.29%。
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关键词
GNSS/IMU组合导航
多天线
双天线历元间载波相位差分
抗差卡尔曼滤波
姿态精度
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职称材料
一种面向海上无人机的宽波束圆极化GNSS全向天线设计
2
作者
熊秋茹
孙蕊
徐延峰
《信号处理》
2025年第10期1703-1713,共11页
无人机已在海上灾害监测、应急救援中得到应用。全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)机载天线作为无人机导航定位系统的核心部件,是确保无人机在复杂海面环境中实现高精度定位与稳定信号接收的关键设备,其性能...
无人机已在海上灾害监测、应急救援中得到应用。全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)机载天线作为无人机导航定位系统的核心部件,是确保无人机在复杂海面环境中实现高精度定位与稳定信号接收的关键设备,其性能直接关系到无人机在海上灾害监测与应急救援任务中的可靠性。然而,在台风等极端自然灾害的复杂环境下,现有天线仍存在波束窄、圆极化性能不稳定的问题,导致导航定位可靠性显著下降,严重威胁无人机运行安全。为此,本文设计了一种宽波束圆极化的全向天线。该天线采用三层同轴堆叠的贴片结构,在贴片上加载对称的弧形缝隙引入额外的电抗分量,在贴片边缘加载均匀分布的金属短路柱连接辐射贴片与接地层,结合容性耦合馈电技术,优化表面电流分布并激发多模谐振,展宽了天线的轴比带宽与阻抗带宽。天线的仿真结果表明,所设计天线在1.06~1.75 GHz频段内实现49.11%的轴比带宽和29.7%的阻抗带宽,且在176°仰角与360°方位角范围内保持稳定的圆极化辐射特性,实现宽带阻抗匹配与宽角圆极化辐射。天线增益超过1.8 dB,交叉极化隔离度(Cross-Polarization Discrimination, XPD)超过15 dB,能够有效抑制多径干扰。在实验验证方面,本文将所提出的天线进行加工与测试,天线的实测结果证明各参数与仿真结果较为吻合,并且其低剖面轻量化的设计适配小型化无人机的应用需求。
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关键词
全球卫星导航系统
全向天线
宽波束
圆极化
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职称材料
题名
基于双天线TDCP的GNSS/IMU组合导航航向角增强算法
1
作者
吉莉
孙蕊
王媛媛
戴晔莹
机构
南京航空航天大学海上智能网信技术教育部重点实验室
南京航空航天大学
空中交通管理系统全国
重点
实验室
出处
《北京航空航天大学学报》
北大核心
2025年第9期3141-3149,共9页
基金
国家自然科学基金(42222401,42174025,41974033)
工信部专项科研项目(TC220A04A-79)
+2 种基金
江苏省“六大人才高峰”项目(KTHY-014)
江苏省自然科学基金(BK20211569)
中央高校基本科研业务费专项资金(xcxjh20220726)。
文摘
在全球导航卫星系统(GNSS)和惯性测量单元件(IMU)组合导航系统中,姿态估计尤其是航向角的准确估计对于车辆行驶状态的实时监控尤为重要。但由于IMU在高度通道上是发散的,若不加以准确约束其误差会逐渐累积,因此,在航向角变化频繁的车载应用中其航向角的估计精度不足。为解决传统GNSS与IMU松组合方式导航姿态估计精度较差的问题,提出一种基于双天线历元间载波相位差分(TDCP)的GNSS/IMU组合导航航向角增强算法。该算法通过双天线TDCP求解车辆航向角来增加组合导航滤波融合观测值输入维度,并利用Hatch滤波和抗差自适应滤波分别实现观测域伪距精度提升和GNSS/IMU组合导航定位、定姿性能的提升。实验结果表明:所提算法相对于传统GNSS/IMU组合导航方法在三维方向上的定位、测速精度分别提高了22.12%、41.27%,车辆航向角精度提高了46.29%。
关键词
GNSS/IMU组合导航
多天线
双天线历元间载波相位差分
抗差卡尔曼滤波
姿态精度
Keywords
GNSS/IMU integrated navigation
multiple antennas
TDCP
robust Kalman filtering
attitude accuracy
分类号
P228 [天文地球—大地测量学与测量工程]
V324 [航空宇航科学与技术—人机与环境工程]
V249.3 [航空宇航科学与技术—飞行器设计]
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职称材料
题名
一种面向海上无人机的宽波束圆极化GNSS全向天线设计
2
作者
熊秋茹
孙蕊
徐延峰
机构
南京航空航天大学海上智能网信技术教育部重点实验室
出处
《信号处理》
2025年第10期1703-1713,共11页
基金
国家重点研发计划(2023YFE0208400)
中央高校业务费-教育部重点实验室能力建设(B240203012)
南京航空航天大学研究生科研与实践创新计划项目(xcxjh20240718)。
文摘
无人机已在海上灾害监测、应急救援中得到应用。全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)机载天线作为无人机导航定位系统的核心部件,是确保无人机在复杂海面环境中实现高精度定位与稳定信号接收的关键设备,其性能直接关系到无人机在海上灾害监测与应急救援任务中的可靠性。然而,在台风等极端自然灾害的复杂环境下,现有天线仍存在波束窄、圆极化性能不稳定的问题,导致导航定位可靠性显著下降,严重威胁无人机运行安全。为此,本文设计了一种宽波束圆极化的全向天线。该天线采用三层同轴堆叠的贴片结构,在贴片上加载对称的弧形缝隙引入额外的电抗分量,在贴片边缘加载均匀分布的金属短路柱连接辐射贴片与接地层,结合容性耦合馈电技术,优化表面电流分布并激发多模谐振,展宽了天线的轴比带宽与阻抗带宽。天线的仿真结果表明,所设计天线在1.06~1.75 GHz频段内实现49.11%的轴比带宽和29.7%的阻抗带宽,且在176°仰角与360°方位角范围内保持稳定的圆极化辐射特性,实现宽带阻抗匹配与宽角圆极化辐射。天线增益超过1.8 dB,交叉极化隔离度(Cross-Polarization Discrimination, XPD)超过15 dB,能够有效抑制多径干扰。在实验验证方面,本文将所提出的天线进行加工与测试,天线的实测结果证明各参数与仿真结果较为吻合,并且其低剖面轻量化的设计适配小型化无人机的应用需求。
关键词
全球卫星导航系统
全向天线
宽波束
圆极化
Keywords
global navigation satellite system
omnidirectional antenna
wide beam
circular polarization
分类号
TN967.1 [电子电信]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
基于双天线TDCP的GNSS/IMU组合导航航向角增强算法
吉莉
孙蕊
王媛媛
戴晔莹
《北京航空航天大学学报》
北大核心
2025
0
在线阅读
下载PDF
职称材料
2
一种面向海上无人机的宽波束圆极化GNSS全向天线设计
熊秋茹
孙蕊
徐延峰
《信号处理》
2025
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职称材料
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