7INSGPS组合导航系统设计解析

GPS卫星分布在 6 个轨道平面内，每个轨道分布有 4 颗卫星，各轨道平面升交点的赤经相差 55 度。

轨道倾角为 55 度，各轨道平面之内相距 60 度，在距地球 20200 公里的高空中运行。

GPS与INS（惯性导航）按综合深度可分为松散综合和紧密综合两类GPS系统属于被动式导航定位系统，北斗双星导航定位系统属于主动式导航定位系统。

（填主动式或被动式）GPS的英文全称是 Global Positioning System ，汉语意思是全球定位系统。

不同空间直角坐标系间的转换，布尔萨七参数模型中，七个参数分别是ZYX∆∆∆、、，mzyx,,,εεε在开普勒七参数中，椭圆长半径s a，偏心率s e，真近点角s f唯一地确定了卫星轨道的形状、大小及卫星轨道上的瞬时位置。

卫星轨道六要素有升交点赤经Ω轨道倾角i 近地点张角w 轨道长半轴a 轨道偏心率e 真近点角Mf 。

GPS的星历数据和用户定位数据都采用 WGS-84坐标系坐标系统。

电磁波的频率越小，电离层折射的影响大。

GPS信号包括载波信号测距码和导航电文等信号分量，其中测距码码又包括 C/A 码和 P 码。

导航电文主要包括卫星星历、卫星钟改正参数时间系统工作状态信息以及由C/A码确定P码的交换码信息。

GPS定位建立在全球大地系统的基础上，它是以为地球质心原点与地球固连得坐标系，属于协议地球坐标系坐标系。

GPS网的基准包括位置基准、方位基准和尺度基准。

为了描述卫星之间的几何关系，引入了几何精度因子的概念。

它反映了由于几何关系的影响造成的测量精度与用户位置间的比例系数，与坐标系的无关选择。

（填有关或无关）在GPS定位中，影响测量的偏差可以分为与卫星有关的偏差、与信号传播有关的误差、与接收机有关的偏差三类。

根据GPS/INS组合导航系统中GPS与INS两系统间的信息交换的深度可以把组合系统的功能结构分为非耦合方式、松组合方式、紧组合方式。

GPS系统主要由卫星星座地面控制系统接收机三大部分组成。

基于DSP和CPLD的SINS/GPS组合导航系统设计的开题报告一、选题背景惯性测量单元（Inertial Measurement Unit，简称IMU）和全球定位系统（Global Positioning System，简称GPS）是目前最常用的导航设备。

IMU可以在没有外部参考的情况下，测量飞行器的加速度和旋转角速度，从而提供飞行器的姿态、位置和速度等信息。

GPS则能够根据卫星信号定位飞行器的位置和速度。

因为IMU和GPS都有其局限性，所以现在常常将两种设备结合在一起使用，以提高导航定位的稳定性和精度。

基于DSP和CPLD的SINS/GPS组合导航系统将IMU和GPS集成在一起，实现更为精确和可靠的导航定位。

DSP主要用于数字信号处理和滤波，提高IMU信号的稳定性，CPLD则用于实时控制信号的采集和处理。

此外，组合导航算法的设计也是本系统的重要内容之一。

二、研究目的本研究的目的是设计并实现基于DSP和CPLD的SINS/GPS组合导航系统。

通过对系统的建模、组合导航算法的设计和系统实现的优化等多个环节进行研究和改进，提高导航定位的精度和稳定性，以满足飞行器对导航系统的高要求。

三、研究内容和方法1. 系统总体设计：包括硬件和软件两个方面，其中硬件主要包括IMU、GPS、DSP和CPLD四个模块的设计和实现，软件主要包括组合导航算法的设计和实现。

2. 信号处理：采用卡尔曼滤波等数字信号处理方法，优化IMU信号的稳定性和精度。

3. 组合导航算法的设计：利用IMU和GPS的测量数据，采用卡尔曼滤波、扩展卡尔曼滤波、粒子滤波等算法，对飞行器的姿态、位置和速度等信息进行估计。

4. 系统实现优化：通过对系统的实验和测试，对系统性能进行评估和优化，提高导航定位的精度和稳定性。

四、研究预期结果本研究的预期结果包括：1. 设计并实现基于DSP和CPLD的SINS/GPS组合导航系统，并测试其性能。

2. 通过优化IMU信号处理和组合导航算法，提高导航定位的稳定性和精度。

双天线GPS/SINS组合导航系统设计摘要：利用双天线定向gps与光纤陀螺进行组合，以基于dsp+fpga多处理器结构作为导航计算机平台，应用卡尔曼滤波算法将gps姿态信息作为量测量对惯性导航系统进行修正。

通过跑车实验验证该系统具有实时性好，运算精度高等优点。

关键词：定向gps 组合导航卡尔曼滤波引言现代导航系统要求能够实时、准确的获取载体运动信息。

目前，在组合导航领域gps/sins组合导航系统因具有高精度、低成本、结构简单等优点，已经成为最热门的研究方向。

而gps/sins组合导航大多都是以位置，速度作为量测量来修正惯性导航系统，随着gps定向系统的逐渐发展，以姿态、位置和速度的全组合方法正在成为研究热点[1]。

本文根据gps/sins全组合导航系统的机理和特点在基于dsp+fpga的导航计算机平台上设计了可靠的信息融合技术，通过相关的试验表明本系统具有较好的效果。

一、组合导航系统软硬件设计1导航计算机总体设计为了便于野外跑车试验，本文中导航系统采用一体化、模块化设计：通过接口将导航计算机固连于imu器件内，计算机与imu方便更换。

imu数据更新率是200hz，而gps数据输出频率为1hz，因此计算机必须能够在5ms内完成整个系统算法运行。

单纯的采用一个核心处理器的方法不能够满足系统实时性要求，此计算机采用了dsp+fpga双核设计方式，dsp选用ti公司的tms6747而fpga型号为xilinx公司的xc3s500e。

系统硬件结构如图1所示。

其中，dsp6747主要负责imu解算，卡尔曼滤波等数据处理算法，6747具有高性能的浮点运算能力，最高主频可达到450mhz，能够实现高速运算。

fpga主要完成外部接口扩展（2路rs232口，1路rs422口），数据的采集与传输及逻辑时序控制。

2组合导航系统的量测方程将定向gps作为修正数据时，系统量测值包括位置、速度和姿态。

位置量测值为惯导系统与gps给出的纬度、经度和高度差，相应的速度量测值为惯导系统与gps给出在惯性系统中各坐标下的差值，而惯导系统与双天线gps给出的姿态差值作为第三组量测值。

GPSSINS组合导航系统应用研究的开题报告一、选题背景随着技术的不断发展和应用的不断深入，导航技术在生产、工业、军事等领域中得到广泛的应用，GPSSINS (GPS and Inertial Navigation System) 组合导航系统是一种基于全球卫星定位系统和惯性传感器的一种高精度导航系统。

本研究旨在深入研究 GPSSINS 组合导航系统的原理和应用，为系统的进一步开发和应用提供理论基础。

二、选题意义1.提高导航系统的精度和可靠性传统导航系统存在一些局限性，例如GPS 系统在城市可以信号干扰，惯性测量单元（IMU）的漂移问题等。

组合导航系统使用 GPS 和 IMU 数据来消除两个系统的误差，并提高系统的精度和可靠性。

2.推动航空航天科技的发展GPSSINS 组合导航系统广泛应用于飞机、导弹、卫星等航空航天领域，具有重要的战略意义。

研究 GPSSINS 组合导航系统技术，可以推动航空航天科技的发展。

3.应用于智能驾驶、自主导航GPSSINS 组合导航系统具有较高的精度和可靠性，可以应用于智能驾驶、自主导航等领域。

研究 GPSSINS 组合导航系统可以为智能驾驶、自主导航技术的进一步研究提供理论基础。

三、研究内容和方案1. GPSSINS 组合导航系统原理研究探究 GPSSINS 组合导航系统原理，包括 GPS 定位原理、惯性导航原理和组合导航原理，阐述 GPSSINS 组合导航系统中 GPS 和 IMU 的数据融合方法。

2. GPSSINS 组合导航系统应用研究针对 GPSSINS 组合导航系统在航空航天领域、智能驾驶、自主导航等领域中的应用进行深入研究，比较 GPSSINS 组合导航系统和传统导航系统等优缺点，分析其应用前景。

3. 系统仿真分析针对 GPSSINS 组合导航系统进行仿真分析，评估其精度和可靠性，并对系统进行优化。

四、研究计划第一阶段：1. 文献调研，深入了解 GPSSINS 组合导航系统的原理和应用；2. 学习 GPS、惯性传感器等相关知识。

SINSGPS组合导航系统研究的开题报告一、选题背景随着技术的不断发展和广泛应用，导航系统成为现代社会中不可或缺的一部分。

全球卫星定位系统（Global Positioning System，GPS）作为一种基于卫星技术的导航系统，已经成为了多种领域中的标准和基础设施，例如汽车导航、无人机、船舶、航空和军事等领域。

由于GPS只能提供位置和时间信息，无法检测飞行器的方向和速度，所以需要与其他导航系统进行组合，从而实现更为精确的导航和定位。

因此，基于SINSGPS组合导航系统的研究成为了当前一个热门课题。

二、研究目的本论文旨在探讨SINSGPS组合导航系统的优点、组成部分、工作原理和应用场景，分析其在航空航天技术中的应用，并且对SINSGPS组合导航系统进行实验验证，从而验证其在实际应用中的性能和效果。

同时，将对其应用进行展望，探讨未来可能的发展方向和应用领域。

三、研究内容（1）SINSGPS组合导航系统的基本原理和组成部分（2）SINSGPS组合导航系统在航空航天技术中的应用场景（3）SINSGPS组合导航系统的性能和效果分析（4）SINSGPS组合导航系统的实验验证（5）SINSGPS组合导航系统的未来发展方向和应用领域展望四、研究方法论文的研究方法主要包括文献搜集、实验验证、数据分析和模型仿真等方法。

首先，通过文献搜集获取和整理与SINSGPS组合导航系统相关的资料和信息，深入掌握其基本原理、组成部分和工作原理。

接着，进行实验验证，通过实验数据的分析和模型的仿真，验证SINSGPS组合导航系统在实际应用中的性能和效果。

最后，根据实验数据和模拟结果，进一步分析其未来发展方向和应用领域。

五、论文结构本论文将按照以下结构展开：（1）绪论：概述本论文的研究背景、目的、方法、意义和论文结构等，引出本文的主要研究内容和重点。

（2）基本原理：对SINSGPS组合导航系统的基本原理进行深入介绍，包括组成部分、工作原理和优点。

SINS/GPS组合导航系统连续导航算法的研究与实现的开题报告一、选题背景SINS/GPS组合导航系统是一种将惯性导航系统和全球定位系统(GPS)有机结合的导航系统，它同时融合了SINS系统的高精度和GPS系统的全球覆盖性，能够在航行过程中对飞行器的位置、速度等状态参数进行多次更新。

近年来，SINS/GPS组合导航系统已经广泛应用于导弹、飞机、船舶等航行器中，取得了良好的效果。

其中，连续导航算法是SINS/GPS组合导航系统中最常用的算法之一。

它具有实时性好、稳定性高、反应迅速等特点，在实际应用中得到了广泛的应用。

因此，研究和实现连续导航算法对于改善SINS/GPS组合导航系统的性能，提高飞行器导航精度有着重要的意义。

二、选题的研究内容和目标本论文将从以下两个方面进行研究：1. 连续导航算法的理论分析和研究在理论分析方面，本论文将研究和分析连续导航算法的原理和实现方法，探讨其特点、优势和不足之处。

具体包括：- 连续导航算法的数学模型和基本原理- SINS/GPS组合导航系统中的误差来源与处理方法- 连续导航算法的主要实现步骤和流程- 连续导航算法在不同应用场合中的适用性和局限性2. 连续导航算法的实现和验证在实现和验证方面，本论文将基于Matlab软件平台，采用仿真方法进行实现和验证。

具体包括：- 基于Matlab软件平台设计实现连续导航算法- 利用飞行器运动轨迹数据验证连续导航算法的可行性和精度- 对连续导航算法在不同误差情况下的鲁棒性进行评估和分析研究完成后，本论文旨在实现一个高效、准确的连续导航算法，并通过仿真实验验证其准确性和鲁棒性，为SINS/GPS组合导航系统的发展和应用提供一定的参考和借鉴。

三、研究方法和步骤本论文的研究方法和步骤如下：1. 研究文献并了解研究现状及发展趋势对相关文献进行搜集和阅读，了解SINS/GPS组合导航系统的发展现状和趋势，以及连续导航算法的理论和实践研究进展情况。

GPSSINS超紧组合导航系统关键技术研究的开题报告开题报告：GPSSINS超紧组合导航系统关键技术研究一、研究背景及意义目前，全球定位系统（GPS）和惯性导航系统（INS）已广泛应用于航空、航天和军事领域。

GPS具有高精度、全球覆盖、持续跟踪等优点，但在信号被干扰或无法接收的情况下会失效。

INS具有无信号依赖、实时性好等优点，但存在误差累积、漂移等问题。

因此，将GPS和INS组合起来，可以充分发挥各自的优点，实现高精度、可靠性强的导航系统。

在复杂电子环境下，GPS和INS的组合导航系统仍然存在一定的误差，无法满足高精度导航的需求。

超紧组合导航系统是GPS和INS组合导航的一种新型技术，可以利用多传感器数据进行动态校正和误差补偿，达到更高的精度和可靠性，具有重要的应用前景。

二、研究内容和方法本课题旨在研究GPSSINS超紧组合导航系统的关键技术，包括以下内容：1. 基于多传感器数据的超紧组合导航系统算法研究；2. 航空、航天、地面等应用场景下的超紧组合导航系统性能分析；3. 超紧组合导航系统误差补偿和动态校准算法研究；4. GPSSINS超紧组合导航系统软件平台设计与实现。

研究方法主要包括以下几个方面：1. 分析目前超紧组合导航系统的研究现状、存在问题和发展趋势；2. 研究多传感器数据融合算法、误差补偿和动态校准算法；3. 基于虚拟仿真技术进行航空、航天、地面等应用场景下的性能分析；4. 设计GPSSINS超紧组合导航系统软件平台，进行实验验证。

三、预期成果和意义本课题的研究成果预期包括：1. GPSSINS超紧组合导航系统关键技术研究报告；2. 多传感器数据融合算法、误差补偿和动态校准算法；3. GPSSINS超紧组合导航系统软件平台原型系统。

本课题的研究成果将对航空、航天、军事等领域的高精度、可靠性强的导航系统的研究和应用具有重要意义。

同时，本研究也将推动组合导航技术的发展，为国家重大工程的研究和应用提供技术支撑。

INS-DVL组合导航关键技术研究INS/DVL组合导航关键技术研究摘要：随着全球定位系统（GPS）在海洋环境中的局限性变得越来越明显，需要开发新的导航方法。

航行员在深海中的航行越来越需要高精度的导航支持，因此人们开始研究将惯性导航系统（INS）和多普勒速度测量装置（DVL）相结合的技术，以获得更为准确的位置和速度信息。

INS/DVL组合导航系统受到了广泛的关注，但其在复杂海洋环境下实现高精度导航仍面临一些问题。

本文对INS/DVL组合导航系统的技术原理、误差来源、错误补偿方法、导航滤波算法及其在复杂海洋环境中的应用进行了综述，旨在为航海领域研究者提供一些参考。

关键词：惯性导航系统、多普勒速度测量装置、组合导航、导航滤波算法、海洋环境。

正文：一、概述INS/DVL组合导航系统是利用惯性测量单位和多普勒速度测量仪的数据信息融合实现高精度导航的一种方法。

INS能够提供船舶的加速度和艏向角速度信息，而DVL则可测量船舶在流场中的速度。

许多研究表明INS/DVL组合导航系统具有高精度、持续性、自主性等优点，因而受到广泛的研究和应用。

但在应用过程中，INS/DVL组合导航系统仍会受到各种误差的干扰，包括INS的器件误差、DVL的测量误差、环境的干扰等。

这些误差会影响导航系统的性能，甚至导致导航失败。

因而，需要采取措施进行错误补偿和优化算法选择。

二、 INS/DVL组合导航系统技术原理一般而言，INS/DVL组合导航系统的技术原理可分为以下步骤：INS惯性测量单位和DVL装置同步输出数据，然后将二者数据融合并通过滤波处理，最终得到位置和速度信息。

（1）惯性测量单位惯性测量单位由加速计和陀螺仪两种传感器组成。

加速计可测量船舶的加速度，而陀螺仪可以测量艏向角速度。

INS系统将两种传感器的数据转换为三维坐标系下的位置和速度信息。

（2）多普勒速度测量装置多普勒速度测量装置能够测量船舶在流场中的速度。

将其输出的速度矢量信息转换成体坐标系下的船体速度信息，与INS计算得到的船体速度信息进行匹配。

GPS定位系统的设计GPS定位系统是一种基于卫星定位和无线通信技术的系统，可以精确确定地球上任意位置的坐标信息。

它被广泛应用于航空、导航、交通管理、军事和消费电子等领域。

本文将从系统原理、硬件设计和软件设计等方面进行GPS定位系统的设计。

首先，GPS定位系统的原理是通过接收来自卫星的信号，在设备上计算出设备的地理位置。

这些卫星是由全球定位系统（GPS）网络提供的，可以给出精确的地理坐标。

为了实现这一目标，GPS定位系统需要具备以下硬件设计要素。

硬件设计方面，GPS定位系统主要由以下组件构成：天线、卫星接收器、处理器和显示器。

首先是天线，它主要用于接收来自GPS卫星的信号。

天线的设计必须具备高灵敏度和高接收效率，以确保正确接收卫星信号。

接下来是卫星接收器，它负责处理从天线接收到的信号，并计算出设备的地理位置。

卫星接收器必须能够接收多个卫星信号，并对这些信号进行衡量和处理，以确定设备的准确位置。

然后是处理器，它在系统中起到核心作用。

处理器负责接收卫星接收器计算出的地理位置信息，并进行必要的处理和分析。

处理器必须具有较高的计算能力和存储能力，以确保系统的运行效率和稳定性。

最后是显示器，它用于显示设备的地理位置信息。

显示器必须具有足够的清晰度和显示能力，以便用户能够直观地看到地理位置信息。

除了硬件设计，GPS定位系统还需要进行软件设计。

软件设计主要包括以下几个方面：系统软件、定位算法和用户界面设计。

系统软件是GPS定位系统的核心软件，它负责控制硬件组件的工作，并将地理位置信息进行处理和分析。

系统软件必须具备稳定性和安全性，以确保系统的正常运行。

定位算法是GPS定位系统非常重要的一部分。

它基于卫星信号的接收时间和位置信息，计算出设备的地理坐标。

定位算法必须具有高精度和高效率，以确保定位的准确性和实时性。

最后是用户界面设计，它是用户与GPS定位系统进行交互的重要界面。

用户界面设计必须简洁直观，以方便用户操作。

临近空间飞行器的INSGPS组合导航技术研究中期
报告
该研究项目旨在探索临近空间飞行器所需的INSGPS组合导航技术，中期报告如下：
一、研究背景
在临近空间飞行器中，导航系统和控制系统是关键的组成部分。

传
统的GPS导航在临近空间环境下存在精度不足、容易受到干扰等问题。

因此，需要开发新的INSGPS组合导航技术以满足临近空间飞行器的导航需求。

二、研究内容
1. INSGPS组合导航理论研究：对INSGPS组合导航的原理、算法、误差来源等进行分析，并进行数学建模。

2. 系统设计和仿真：根据理论研究结果，设计INSGPS组合导航系统，并进行仿真模拟验证系统的可行性和性能指标。

3. 实验室测试：将设计好的INSGPS组合导航系统在实验室环境下
进行测试，分析系统的准确度、稳定性和可靠性等性能指标。

三、研究进展
目前，我们已完成了INSGPS组合导航理论研究和系统设计。

对于
理论研究，我们确定了INSGPS组合导航系统中的算法和数据融合方法，并建立了相应的数学模型。

在系统设计方面，我们完成了系统硬件和软
件的选型，并进行了仿真模拟。

下一步，我们将进行实验室测试，评估系统性能，同时进一步完善
系统设计，提高系统的稳定性和可靠性。

四、预期成果
通过本研究项目，我们预期可以开发出一种适用于临近空间的INSGPS组合导航技术，提高空间飞行器的导航精度和可靠性，为未来太空探索和利用提供技术支持。

引言GPS与INS惯导系统• • • •GPS与INS惯导系统简介 GPS与INS惯导系统在军事上的应用 GPS与INS惯导系统在引信上的应用 与 惯 系 在引信 用 自主研制GPS与INS惯导系统 微机导航系统处理软件 单片机导航系统处理模块 模块化GPS与INS惯导系统设计全球定位系统发展概况• 全球卫星定位系统（Global Positing System,缩写 GPS）是美国第二代卫星导 航系统。

1994年3月，美军 全部完成了GPS 21颗工作卫 星和3颗在轨备用卫星的发 射计划. • 前苏联为在军事上与美国抗 衡，也研制了与GPS类似的 GLONASS全球导航卫星系统， 俄军全球定位系统的21颗工 作星，3颗备用星也于1996 年1月部署完毕。

全球定位系统发展概况• 伽利略系统Galileo ：是欧空局与欧 盟在1999年合作启动的，该系统民 用信号精度最高可达1米。

计划中的 伽利略系统由30颗卫星组成。

• 北斗卫星导航系统﹝BeiDou（ COMPASS）Navigation Satellite  System﹞是中国正在实施的自主发 展、独立运行的全球卫星导航系统。

2011年4月10日，我国成功发射 第八颗北斗导航卫星，标志着北斗 区域卫星导航系统的基本系统建设 完成，我国自主卫星导航系统建设 进入新的发展阶段。

GPS工作星分布图• GPS工作星均匀分布在 高度为两万公里与赤道 面成55度～60度倾角的 6个圆形轨道平面上 （如图），每个轨道面 有4颗工作卫星。

在地 有4颗工作卫星 在地 表和近地空间的用户可 随时收到至少4颗GPS卫 星发出的导航数据，每 颗卫星的导航数据包含 着该星的位置信息。

• • • • • • • • • •GPS定位原理GPS信号，是由全球定位系统（GPS）卫星上振荡器所产生的信号，而所 有GPS信号都由一个基本频率f0=10.23Mhz组成。