惯性导航系统：导航不再非卫星不可.ppt
惯性导航系统：导航不再非卫星不可,更新时间：2014-2-11,资讯： 冯培德院士畅谈我国航空惯性导航发展 美研发授时惯性测量装置，应对GPS卫星失效 美军所研制的惯性导航系统 欲代替GPS面临两大难题 美国军方出台惯性导航系统应对GPS干扰 法惯性导航系统服务英航母,问答： 什么是惯性导航系统？ 惯性导航系统（INS，Inertial Navigation System）也称作惯性参考系统，是一种不依赖于外部信息、也不向外部辐射能量（如无线电导航那样）的自主式导航系统。其工作环境不仅包括空中、地面，还可以在水下。惯性导航的基本工作原理是以牛顿力学定律为基础，通过测量载体在惯性参考系的加速度，将它对时间进行积分，且把它变换到导航坐标系中，就能够得到在导航坐标系中的速度、偏航角和位置等信息。 惯性导航系统有哪些优点？ 惯性导航系统有如下优点：1、由于它是不依赖于任何外部信息，也不向外部辐射能量的自主式系统，故隐蔽性好，也不受外界电磁干扰的影响；2、可全天候、全时间地工作于空中、地球表面乃至水下；3、能提供位置、速度、航向和姿态角数据，所产生的导航信息连续性好而且噪声低；4、数据更新率高、短期精度和稳定性好。,惯性导航系统有什么缺点？ 其缺点是：1、由于导航信息经过积分而产生，定位误差随时间而增大，长期精度差；2、每次使用之前需要较长的初始对准时间；3、设备的价格较昂贵；4、不能给出时间信息。 惯性导航系统的工作原理是什么？ 惯性导航系统属于推算导航方式，即从一已知点的位置根据连续测得的运动体航向角和速度推算出其下一点的位置，因而可连续测出运动体的当前位置。惯性导航系统中的陀螺仪用来形成一个导航坐标系，使加速度计的测量轴稳定在该坐标系中，并给出航向和姿态角；加速度计用来测量运动体的加速度，经过对时间的一次积分得到速度，速度再经过对时间的一次积分即可得到距离 有没有什么好的惯性导航书籍可供学习？ 1.Strapdown inertial navigation technology， David H. Titterton and John L. Weston, 惯导经典书籍。 2.Applied Mathematics in Integrated Navigation Systems， 详细的误差方程推导，初始对准的方法也很有借鉴意义。 附有simulink的仿真。,将GPS和惯性导航技术相结合有什么优点？ 这种组合，充分发挥了两个系统的优点，单天线GPS不能提供姿态信息，而惯导系统可以，GPS的输出频率一般低于20Hz，但是惯导系统的输出频率一般大于50Hz, 所以在动态较高的应用中，惯导提供了更多的信息。另外在GPS系统出现故障的情况下，比如在城市环境中，GPS信号受遮挡，不能提供位置和速度信息的时候，惯导系统依然能够在一定时间bridge这个gps gap。 同时由于惯导系统的误差是积累的，所以单独的惯导系统不能够长时间工作，否则解算的结果会飘的很严重，GPS的误差是不积累的，可以用于校正惯导系统的误差。 惯性导航技术的理论技术是什么？ 惯性导航系统的工作机理是建立在牛顿经典力学的基础上的。牛顿定律告诉人们：一个物体如果没有外力作用，将保持静止或匀速直线运动；而且，物体的加速度正比于作用在物体上的外力。如果能够测量得到加速度，那么通过加速度对时间的连续数学积分就可计算得到物体的速度和位置的变化。,惯性导航技术的特点是什么？ 不同于其他类型的导航系统，惯性导航系统是完全自主的，它既不向外部发射信号，也不从外部接收信号。惯性导航系统必须精确地知道在导航起始时运载体的位置，惯性测量值用来估算在启动之后所发生的位置变化 除了改进惯导系统中的陀螺仪等设备，还有没有其它办法解决惯性导航长时间工作的精度问题？ 组合导航可以解决这一问题。比如说与惯导组合，可以准确提供飞机经、纬度和地速信息，而且它不随时间增加误差，由这些值同惯导输出的相应值进行比较，并对惯导进行校正，消除惯导的积累误差，使其达到接近的精度。而一旦失锁，失去信号时，可以依靠惯导自主导航。此时，惯导的积累误差也仅仅是从失锁时算起，而不是通常的按起飞时算起，显然可以大大改善惯导精度。 与国外同类设备相比，国产惯性导航设备现在是什么样的水平？ 像惯导这样的高技术产品，我们与国外的差距有十年左右。美国九十年代就开始淘汰挠性陀螺惯导系统，我们现在还在大量使用；国外的激光陀螺技术已经实用，尤其是美国，现役的飞机几乎全部装备或者正在换装激光陀螺惯导系统，而我们到这一步还得几年时间。,飞行器惯性导航系统是安装在飞行器上测的还是由观测站接收测的？ 惯性导航系统（INS，以下简称惯导）是一种不依赖于外部信息、也不向外部辐射能量的自主式导航系统。由此可见，惯性导航系统是安装在运动物体（如飞行器）上的，它不能安装在地面上，与地面没有关系。 INS（惯性导航系统）与 IMU（惯性测量装置）有什么区别? 定位（GPS)就是告诉你，你现在在哪。导航就是告诉你，如何到你想要到的位置。惯性导航你可以简单的理解成依靠惯性器件（陀螺、加速度计等）的原始数据加上固定的算法来输出你先要的信息，如位置，载体姿态，实时运动速度等。IMU就是惯性测量单元，它主要由惯性器件组成（陀螺、加速度计等），输出最原始的数据，如加速度、角速度等等，但是无法给出位置、姿态等信息。所以INS实际上可以简单的理解成由算法和IMU共同构成的。,除了导航仪之外，惯性导航可以用在哪些民用领域？ 惯性测量的两个主要传感器陀螺仪和加速度计，一个测量角速度，一个测量加速度。那么用来测量角速度的地方肯定可以用到，用来测量加速度、速度和位移的地方也可以用到。惯性导航现在主要用的地方还是军工，因为高精度的实在太贵了，一般民用的很难承受。但是随着计算机技术和材料的发展，现在有光纤陀螺和微机械惯导，这些都是低成本的，完全可以用在民用车辆，或者一些小型无人机上和小型机器人上。 精确制导航弹可以很大角度脱离飞机投放的惯性航线角度吗?还是只是在一定程度是转向修正角度,主要方向还是靠飞机的投放惯性角度的? 一般的精确制导航弹根据传感器反馈回来的数据做为原始资料在经过计算来修正方向舵，和导弹的原理差不多，只是无动力和组件不同，在一定程度上能够摆脱惯性导航的方向做精确调整。但是有些航弹带有飞翔或滑翔组件，这就为大角度偏离提供了方案，飞机在选择投放的区域会更大 卡尔曼滤波器在GPS/INS组合导航系统中的功能？ 卡尔曼滤波器在组合导航系统的实现中有着卓有成效的应用。在组合导航系统中应用卡尔曼滤波技术，即在导航系统某些测量输出量的基础上，利用卡尔曼滤波去估计系统的各种误差状态，并用误差状态的估计值去校正系统，以达到系统组合的目的。例如，根据GPS定位数据利用卡尔曼滤波去估计系统的误差，然后用误差去校正系统。,文库： FPGA的惯性导航系统设计及实现.pdf 设计并完成了基于FPGA的低成本MEMS捷联惯性导航系统。导航系统以FPGA作为主控制器进行实时数据采集和通信，以NIOSII软核处理器进行惯性传感器的数据采集和处理。描述了系统的总体结构和利用六位置法争转台实验对惯性器件进行了补偿算法的研究。通过六位置法和转台实验的测试，对应原理样机的实测数据与补偿后的结果，验征了惯 GPS辅助惯性导航系统的可观测性分析.pdf 本文研究全球定位系统（GPS）的捷联式惯性导航系统的可观测性属性。可观测性分析基于导航方程中的非线性误差动力学模型，导航方程由以地球为中心的地固框架（ECEF）的松耦合和紧耦合两种形态构成。导航系统的位置和速度测量值由多个安装在装置上的GPS接收器天线获得，考虑采用多个移动GPS天线，是由于GPS天线之间的杆臂在装置的,惯性导航系统可观测度研究.pdf 线性系统的可观测性是状态估计的基础，通过可观测性矩阵分析系统的可观测性只能得出系统是否完全可观测，而不能对每一个状态的可观测性进行衡量。对不完全可观测系统，为使每一个状态的可观测性有一个量度，人们提出了可观测度的概念。论文分析了三种常用的可观测度定义方法，指出了它们的不足和局限性，并用两种新的方法从根本上分析了惯性导航 惯性导航系统的精度测试方法.pdf 介绍一种测试惯性导航系统精度的方法，包括对位置、航向、横滚、俯仰以及速度等5 个导航参数的精度测试。 惯性导航系统中加速度计标定方案设计与研究.pdf 本文主要基于车载筒装导弹基础之上，对捷联惯性导航系统的加速度计标定方法和误差机理进行了研究。首先，对惯性导航系统加速度计误差机理进行分析，提出了加速度计的标定补偿方案，以车载作为激励方式，设计了不开箱加速度计标定方法，该方法能够对误差进行补偿来提高关系导航系统的精度。,GPSINS组合导航系统.pdf 文中首先阐述了国内外组合导航技术的发展现状，并对捷联惯导、GPSSINS组合系统导航原理进行了研究，然后结合实际项目选用了基于位置、速度的组合导航方式，推导了系统的状态方程和量测方程，实现了系统的反馈校正。为了验证算法的正确性与适用性，使用C+语言编写了GPSSINS组合导航数字仿真系统，仿真了载体在不同飞行状态 GPSSINS组合导航系统应用研究.pdf 文中首先阐述了国内外组合导航技术的发展现状，并对捷联惯导、GPSSINS组合系统导航原理进行了研究，然后结合实际项目选用了基于位置、速度的组合导航方式，推导了系统的状态方程和量测方程，实现了系统的反馈校正。为了验证算法的正确性与适用性，使用C+语言编写了GPSSINS组合导航数字仿真系统，仿真了载体在不同飞行状态 INS/GPS导航系统姿态修正算法研究.pdf 针对常规惯性导航系统中姿态解算精度随时间的积累误差快速增长的特点，文章分析了惯导系统中惯性器件和系统的误差传播特性，并对误差模型进行简化，设计卡尔曼滤波器实现对INS 解算信息和GPS信息的修正。以300Hz 为INS 捷联解算周期，航姿仪位置速度输出以20Hz 为卡尔曼滤波周期进行算法验证，验证结果表明，该算法能较好,PF-EHF算法在惯导非线性初始对准中的应用.pdf 粒子滤波(PF)是解决非线性、非高斯估计问题的重要方法，是用粒子及其权重来表示后验概率密度。随机粒子建议密度的选取至关重要，决定着滤波性能。对扩展日。粒子滤波算法(PFEHF)进行研究，并应用于惯导系统非线性初始对准的状态估计。PFEHF算法是以扩展H。滤波(EHF)作为建议密度的新型粒子滤波算法，它便于利用最新的 SINS/GPS/CNS 组合导航联邦滤波算法.pdf 针对飞行器在长航时高速巡航过程中，捷联惯性导航系统存在误差漂移，GPS 导航可能会丢星、信号失锁，天文导航系统易受环境干扰，组合系统模型线性化误差易导致滤波发散等问题，分析了三种导航系统的优缺点，提出了SINS/GPS/CNS 组合导航联邦滤波算法，该算法可以取长补短，巧妙地将GPS 定位和天文导航定姿精度高的优势辅助 惯导系统高精度动态对准技术研究.pdf 惯性导航初始对准技术是惯性导航的关键技术之一，而动态对准技术可以增强惯导系统的环境适应性。就GPS位置信息辅助下的惯性导航系统高精度动态对准技术进行研究。首先构建了15状态的Kalman滤波器，分析验证了Kalman滤波参数对于对准精度和对准速度的影响，在一定范围内，适'-3调整滤波参数，可以较好地改善滤波性能；然后在,航迹推算中卡尔曼滤波算法研究.pdf 本文利用惯性导航系统中的加速度计与陀螺仪结合的方式，在此的基础上，提出了一种航迹推算算法，并用实测数据进行了验证，将测试结果与GPS和ETK进行了比较，结果验证了此算法的有效性及可靠性。 灰色理论在加速度计安装误差标定中的应用.pdf 无陀螺捷联惯性导航系统克服了传统惯性导航系统的一些特点，为特殊环境下载体的导航提供了一个有效的导航手段。在无陀螺惯性导航系统中加速度计的安装误差是系统的主要误差源，如何标定和补偿安装误差是取得高精度导航结果的前提。本文把灰色理论应用到加速度计安装误差的标定与补偿中通过算例可以看出通过灰色理论对加速度计安装误差补偿 机载SAR的定位误差分析与计算.pdf 对目标进行定位是合成孔径雷达的一项重要功能。文章主要分析了由惯性导航系统引入的未知误差对机载合成孔径雷达定位精度的影响问题：首先建立SAP。目标定位几何模型。然后从成像的角度分析惯导系统引入的误差对定位精度的影响，推导了定位误差的数学表达式，为SAP。系统定位精度指标设计提供了理论基础。,航迹推算中卡尔曼滤波算法研究.pdf 本文利用惯性导航系统中的加速度计与陀螺仪结合的方式，在此的基础上，提出了一种航迹推算算法，并用实测数据进行了验证，将测试结果与GPS和ETK进行了比较，结果验证了此算法的有效性及可靠性。 灰色理论在加速度计安装误差标定中的应用.pdf 无陀螺捷联惯性导航系统克服了传统惯性导航系统的一些特点，为特殊环境下载体的导航提供了一个有效的导航手段。在无陀螺惯性导航系统中加速度计的安装误差是系统的主要误差源，如何标定和补偿安装误差是取得高精度导航结果的前提。本文把灰色理论应用到加速度计安装误差的标定与补偿中通过算例可以看出通过灰色理论对加速度计安装误差补偿 机载SAR的定位误差分析与计算.pdf 对目标进行定位是合成孔径雷达的一项重要功能。文章主要分析了由惯性导航系统引入的未知误差对机载合成孔径雷达定位精度的影响问题：首先建立SAP。目标定位几何模型。然后从成像的角度分析惯导系统引入的误差对定位精度的影响，推导了定位误差的数学表达式，为SAP。系统定位精度指标设计提供了理论基础。,
