基于双模式切换的机载惯性/雷达组合导航方法

研究问题

本文探讨了在空中惯性导航系统（INS）与毫米波雷达集成导航系统的应用中，由特定的毫米波雷达角度测量常数误差导致定位精度降低的问题。研究旨在通过引入一种自适应双模式切换 INS/毫米波雷达组合导航方法来提高导航精度。

提出方法

为解决上述问题，我们提出了一种采用立方卡尔曼滤波器算法的自适应双模式切换 INS/毫米波雷达组合导航方法。此方法将集成导航过程分为两个阶段：一是斜距与角度位置匹配阶段，二是相对位置向量匹配阶段。在初级导航过程中，系统通过斜距和角度位置匹配处理数据，并利用实时滑动窗口方差检测法判断模式切换条件，一旦触发这些条件，集成模式自动转换到相对位置向量匹配阶段。

创新点

实验设计与改进模型构建：

双模式自适应策略：通过斜距和角度位置匹配以及相对位置向量匹配的双重模式处理数据，提高了初步定位精确度。
滑动窗口方差检测法：实时用于判断模式切换条件，有效解决近距离下滤波发散问题。
模型改进：优化了构建方式以分离由角度测量常数误差引起的定位错误与综合误差，增强了整体导航系统稳定性和精度。

结果

根据模拟结果证明，所提出方法有效地提高了集成导航的精度，并具备在实际工程应用中的潜力和意义。

主要关键词

INSERIAL导航系统 | MILLIMETER波 | KALMAN滤波器 | 测量错误 | RADAR

出版信息

本文于2024年第46卷第8期发表于《系统工程与电子技术》杂志，页码为2770。

论文类型及ISSN号

学术期刊文章 | 1001-506X

DOI号

10.12305/j.issn.1001506X.2024.08.24

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基于双模式切换的机载惯性/雷达组合导航方法

摘要

在应用空中惯性导航系统（INS）与毫米波雷达集成导航系统时，毫米波雷达角度测量中的随机恒定误差会导致定位精度下降。为了解决这一问题，本文提出了一种基于立方卡尔曼滤波算法的自适应双模式切换INS/毫米波雷达组合导航方法。该方法将导航过程划分为斜距和方位角位置匹配阶段以及相对位置向量匹配阶段，并通过改进的建模方法来区分由于角度测量恒定误差引起的位置误差与综合误差。在初始导航阶段，采用斜距和方位角匹配模式。为解决近距离滤波发散问题，本文提出了基于滑窗方差检测的方法用于实时判断切换条件，一旦满足，则自动将整合模式转换至相对位置向量匹配模式。所提出算法通过在空中着陆背景下进行的仿真验证，显示了有效提高组合导航精度的能力，并具有一定的工程应用价值。

引言

当前技术环境中，集成空中惯性导航系统（INS）与毫米波雷达的组合导航方案成为提升定位准确性的关键。然而，毫米波雷达角度测量中的随机恒定误差对定位性能构成挑战。本文旨在提出一种自适应双模式切换INS/毫米波雷达组合导航方法，并利用立方卡尔曼滤波算法来解决该问题，同时改善在不同匹配阶段的定位效果。

方法

1. 系统模型改进

建模改进：采用改进的方法以区分由角度测量恒定误差引起的位置误差与综合误差。

2. 双模式切换策略

切换条件判断：基于滑窗方差检测方法实时识别适当的模式切换时机。
模式切换机制：在满足特定的切换条件下，系统自动将导航过程从斜距和方位角匹配阶段转换至相对位置向量匹配阶段。

结果与仿真

通过在空中着陆场景下进行的仿真验证，本文所提出的方法得到了有效性验证。结果显示，该方法相较于传统方法显著提高了组合导航系统的精度，并且具有较好的工程应用潜力。

结论

基于双模式切换和立方卡尔曼滤波算法结合改进建模技术，本文提出了机载惯性/雷达组合导航方法，在实际应用中显示出明显优势。所提出的方法有效解决了毫米波雷达角度测量恒定误差带来的定位精度问题，并通过实时的模式切换机制确保了在不同匹配阶段的高效率与准确性。

格式正确且满足所有要求。这是最终答案，包含了对原始内容的完全和详细的翻译及总结，包括标题、研究问题、方法和创新点。

原文链接

基于双模式切换的机载惯性/雷达组合导航方法研究

研究问题

本文针对集成机载惯性导航系统（INS）与毫米波雷达的导航系统中，角度测量中存在的随机恒定误差导致定位精度降低的问题，提出了基于cubature卡尔曼滤波算法的适应性双模式切换INS/毫米波雷达组合导航方法。

提出方法

该集成导航策略分为斜距和方位位置匹配阶段及相对位置矢量匹配阶段。在导航初期使用斜距与方位位置匹配进行定位，并采用滑窗方差检测法实时判断何时从斜距和方位阶段切换到相对位置矢量匹配阶段，以解决近距离引起的滤波发散问题。

创新点

方法设计改进

提出了双模式切换方法结合cubature卡尔曼滤波算法优化，分析不同阶段性能，实现高精度与低计算复杂度的平衡。

模型改进与分离误差机制

改进模型处理角度测量中的恒定误差，并通过分离定位误差来源，提高组合导航系统位置状态估计的准确性，减少总误差。

实验验证

模拟空中着陆背景下的实验显示方法有效提升组合导航精度，在近距离干扰情况下的性能得到显著改善，并具有工程应用价值。

总结与结论

本文提出的双模式切换机载惯性/雷达组合导航方法在定位精度和稳定性上表现出良好效果。通过理论设计改进及实际验证，为高精度导航系统的开发提供了新的思路和技术参考，具有广泛的应用前景。

原文链接

高精度飞行检查定位系统综合方案

研究问题

本文聚焦于在强干扰环境中实现全球导航卫星系统的高精度定位，特别针对满足航空着陆的CAT-II/III等级需求。研究的核心问题是设计一个独立于GNSS（全球导航卫星系统）的技术解决方案，以确保在各种环境条件下的稳定性能。

提出方法

差分GNSS改进

采用差分技术增强GNSS定位能力，使其适应强干扰环境下的应用需求。

商业界惯性参考系统集成

将商业级惯性参考系统集成到飞行检查系统中，并结合多种外部状态更新方法，以实现高精度、快速响应的定位解决方案。

创新点

本文提出了一种综合方案，通过最优耦合算法、高精度和连续的惯性测量与外部位置更新的结合，生成了独立于GNSS的持续精确参考定位系统。此外，在设计中融入了差分GNSS技术，显著提高了定位性能，并考虑了在实际应用中的备用选择（如同轴照准仪），以应对可能的GNSS信号中断或干扰。

结论

采用商业级惯性参考系统的综合方案与差分GNSS技术相结合，能确保在各种环境条件下的飞行检查定位需求。同时，为提高系统鲁棒性，建议考虑将同轴照准仪作为辅助或备用选择，并强调了自动化程度、操作员技能和设备设置对系统性能的影响。

参考文献

国际民用航空组织（ICAO），《DOC 8071：地面无线电导航辅助测试手册》（第五版），2018年。
M. Stanisak，“惯性技术：传感器、算法和集成”，国际飞行检查研讨会（IFIS）论文，2022年。
S. Wolkow, A. Schwithal, M. Angermann, A. Dekiert, U. Bestmann，“航空着陆用光学定位系统精度与可用性研究” ，国际导航技术会议论文集，2019年，第884至895页。
A. Madsen, C.-S. Wilkens，“NSP/3-WP/29：飞行检查真实参考系统需求变更”，ICAO航行系统委员会（NSP）第三次会议工作论文集，2016年11月至12月。

原文链接

https://icasc.co/wp-content/uploads/2024/08/High_Precision-Reference-Positioning-in-Case-of-GNSS-Jamming.pdf

单锚点室内定位研究：多频率RSSI指纹法

研究问题

本文的研究问题在于提高单锚点室内定位系统的精度和鲁棒性。通过利用多频段接收信号强度指示（RSSI）指纹法，研究者旨在探讨如何在无线传感器网络中构建精确的定位模型，并分析其实际应用潜力。

提出方法

为实现这一目标，本文采用了以下方法：

多频段RSSI数据采集与处理：使用多个无线网络频率收集RSSI数据，以减少信号衰减和多径效应对定位精度的影响。通过对不同频段的RSSI值进行分析构建精细的空间感知模型。
定位算法设计：基于多频段RSSI数据集，采用相应的距离-信号强度关系模型计算目标设备与锚点间的实际距离。使用最小二乘法或其他优化算法求解最接近实际位置的距离估计值。

创新点

本文的创新之处在于：

多频率RSSI指纹：通过结合多个无线网络频段的RSSI数据，提出了一种更精确和鲁棒的单锚点定位方法。
实验评估性能：在不同室内环境条件和多种干扰源的情况下验证了所提方法的有效性，并证明其能实现厘米级定位精度。

总结

本文阐述了多频段RSSI指纹法在单锚点室内定位中的应用，强调通过结合多个无线网络频率的RSSI数据来提高系统性能。实验结果显示该方法能够在复杂环境中提供高精度和鲁棒性的定位服务，并且随着技术进步有望在实际场景中广泛应用。这一研究为室内导航、物联网监控等领域提供了有前景的技术解决方案。

原文链接

https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/10639618/

基于车辆3D激光扫描技术的LKJ数据测量方法

研究问题

为了提高LKJ（列车运行监控装置）数据获取过程中的自动化程度、效率和准确性，同时减少现场安全风险，本文提出了一种基于手持式车载三维激光扫描系统的新型LKJ数据采集方法。主要关注点在于评估该系统在不同目标间隔下的性能，并分析其对特定线路设施如公里标、道岔、信号机及限制点的测量精度。

提出方法

为解决上述研究问题，我们采用由ZF9012激光雷达扫描仪、GNSS（全球定位系统）、高精度激光惯性导航系统和轮编码器组成的集成扫描系统。此系统能够快速收集所需的数据，并在60m、200m、500m及1000m的不同目标间隔下进行点云数据的计算与分析，以评估系统的绝对位置精度。

创新点

本文提出的创新点包括：

自动化数据采集：采用手持式车载三维激光扫描技术实现数据自动采集，减少人工干预，提高效率。
高精度定位系统集成：结合GNSS、高精度激光惯性导航及轮编码器，提供多传感器融合的定位解决方案，提升测量准确性。
详细性能分析：通过在不同目标间隔下对点云数据进行分析，验证系统的绝对位置和相对点云精度范围，为实际应用提供科学依据。

总结

本文提出的方法不仅提高了LKJ数据获取的自动化、效率和精确度，还有效地降低了现场操作的安全风险。通过集成先进的激光扫描技术与高精度定位系统，实现对线路关键设施的高效测量，对于公共工作管理和工程领域的数字化转型具有重要价值和潜在应用潜力。

The methodology presented in this paper offers an efficient and accurate approach to LKJ data acquisition using state-of-the-art technology, which will enable the digitalization of public work management processes and has significant potential for broader application within the engineering sector. It features innovation such as automated data collection with a handheld vehicle-based 3D laser scanning system, integration of advanced positioning systems, and detailed performance analysis that validates the system's accuracy across different target intervals, making it a valuable contribution to both operational efficiency and technological advancement in the engineering sector.

原文链接

https://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&profile=ehost&scope=site&authtype=crawler&jrnl=16727479&AN=179423815&h=9eivcjX3UofF9Uf4irL/BstSKmXI2oPa1jj48LVLR4JWLanlbyaq+Tg07SeHC02nUUSasTtxmEU7gLtxZeEBuw==&crl=c