利用牛顿插值的GPS/INS组合导航惯性动力学模型

李增科; 高井祥; 王坚; 胡洪

doi:10.13203/j.whugis20120190

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利用牛顿插值的GPS/INS组合导航惯性动力学模型

李增科, 高井祥, 王坚, 胡洪

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李增科, 高井祥, 王坚, 胡洪. 利用牛顿插值的GPS/INS组合导航惯性动力学模型[J]. 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2014, 39(5): 591-595. doi: 10.13203/j.whugis20120190

引用本文:

李增科, 高井祥, 王坚, 胡洪. 利用牛顿插值的GPS/INS组合导航惯性动力学模型[J]. 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2014, 39(5): 591-595. doi: 10.13203/j.whugis20120190

LI Zengke, GAO Jingxiang, WANG Jian, HU Hong. Inertial Dynamic Model of GPS/INS Integrated NavigationBased on Newton Interpolation[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2014, 39(5): 591-595. doi: 10.13203/j.whugis20120190

Citation:

LI Zengke, GAO Jingxiang, WANG Jian, HU Hong. Inertial Dynamic Model of GPS/INS Integrated NavigationBased on Newton Interpolation[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2014, 39(5): 591-595. doi: 10.13203/j.whugis20120190

利用牛顿插值的GPS/INS组合导航惯性动力学模型

doi: 10.13203/j.whugis20120190

¹ 中国矿业大学国土环境与灾害监测国家测绘局重点实验室,江苏徐州,221116;² 中国矿业大学江苏省资源环境信息工程重点实验室,江苏徐州,221116

基金项目: 国家863计划资助项目(2013AA12A201)；国家自然科学基金资助项目(41074010)；江苏高校优势学科建设工程资助项目(SZBF2011-6-B35)；江苏省普通高校研究生科研创新计划资助项目 (CXZZ12_0939)

详细信息

作者简介:
李增科,博士生,研究方向为GPS/INS组合导航。

中图分类号: P228.41

Inertial Dynamic Model of GPS/INS Integrated NavigationBased on Newton Interpolation

¹Key Laboratory for Land Environment and Disaster Monitoring of SBSM,China University of Mining and Technology,Xuzhou 221116,China;²Jiangsu Key Laboratory of Resources and Environmental Information Engineering,China University of Mining and Technology,Xuzhou 221116,China

Funds: The National 863Program of China,No.2013AA12A201;the National Natural Science Foundation of China,No.41074010;the Priority Academic Program Development of Jiangsu Higher Education Institutions,No.SZBF2011-6-B35;the GraduateStudent Research and Innovation Program in Jiangsu Province,No.CXZZ12_0939.

More Information

Author Bio:
LI Zengke,PhD candidate,specializes in the GPS/INS integrated navigation.

摘要: 目的针对GPS/INS组合导航中INS动力学建模不准确的问题,提出了一种基于牛顿插值的GPS/INS组合导航惯性动力学多阶建模算法。首先,介绍了牛顿插值的计算方法;然后,利用其对惯性系统Gauss-Mark-ov模型进行改进,实现了多阶建模;最后,给出了组合导航详细的动力学模型和观测模型。利用实测数据对算法进行验证,并通过对比不同阶数建模方法寻求牛顿插值的最优建模阶数。结果表明,相比于传统Gauss-Markov过程,基于牛顿插值的GPS/INS组合导航惯性动力学模型能够有效提高组合导航位置精度和姿态精度。与此同时,实验分析表明,4阶牛顿插值建模在实现模型准确性的前提下,降低了模型的复杂性,为牛顿插值建模阶数选取提供了良好的借鉴。
- GPS/INS组合导航 /
- 牛顿插值 /
- 动力学模型 /
- Gauss-Markov过程
Abstract: Objective In GPS/INS integrated navigation,the low precision of the INS dynamic model reduces nav-igation accuracy.Based on Newton interpolation,a multi-order dynamic model algorithm for GPS/INSintegrated navigation is proposed.First,the detail algorithm of Newton interpolation is introduced.Based on this a Gauss-Markov model of the inertial system is modified to realize the multi-order mod-el.The design formulas of the observation and dynamical models are presented.Finally,an actual cal-culation was performed to test the validity of new algorithm.The results of the experiment indicatethat when compared with the Gauss-Markov model,the inertial dynamic model for GPS/INS integrat-ed navigation based on Newton interpolation can improve the position and attitude precision effective-ly.At the same time,an analysis of the experiment shows that a 4-order Newton interpolation modelnot only enhances model precision,but also reduces model complexity,which provides a good refer-ence for order selection in the Newton interpolation model.
- GPS/INS integrated navigation /
- Newton interpolation /
- dynamic model /
- Gauss-Markovprocess

[1]	张李盈, 李东宸, 任景莉. 多阶段动态时滞动力学模型的COVID-19传播分析 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2020, 45(5): 658-666. doi: 10.13203/j.whugis20200206
[2]	张兵兵, 王正涛, 冯建迪, 邱耀东. 伪随机脉冲先验值对低轨卫星简化动力学定轨精度的影响 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2018, 43(8): 1222-1227, 1241. doi: 10.13203/j.whugis20160168
[3]	李增科, 王坚, 高井祥. 精密单点定位在GPS/INS组合导航中的应用 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2013, 38(1): 48-51.
[4]	李增科, 王坚, 高井祥, 谭兴龙. 利用SVM的GPS/INS组合导航滤波发散抑制方法研究 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2013, 38(10): 1216-1220.
[5]	鲁郁, 胡锐, 杨云春. 一种低成本GPS/INS紧耦合组合导航系统 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2011, 36(4): 481-485.
[6]	崔先强, 杨元喜, 许国昌. 将GPS广播星历算法作为低轨卫星动力学模型的综合定轨方法 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2011, 36(12): 1478-1481.
[7]	易重海, 朱建军, 陈永奇, 戴吾蛟. 顾及卫星钟差插值误差的GPS精密单点定位观测值随机模型 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2010, 35(10): 1165-1168.
[8]	吴富梅, 杨元喜, 崔先强. 利用部分状态不符值构造的自适应因子在GPS/INS紧组合导航中的应用 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2010, 35(2): 156-159.
[9]	于兴旺, 张小红, 刘经南, 赵莹. GPS/DR原始观测值组合导航定位研究 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2009, 34(2): 236-239.
[10]	肖进丽, 潘正风, 黄声享. GPS/INS组合导航系统数据同步处理方法研究 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2008, 33(7): 715-717.
[11]	陈俊平, 王解先. 基于Helmert变换的GPS动力学轨道平滑 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2008, 33(5): 488-491.
[12]	郑作亚, 陈永奇, 卢秀山. UKF算法及其在GPS卫星轨道短期预报中的应用 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2008, 33(3): 249-252.
[13]	高为广, 杨元喜, 张双成. 顾及动力学模型误差影响的GPS/INS组合导航自适应滤波算法 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2008, 33(2): 191-194.
[14]	张兴福, 沈云中. 利用动力学法标校CHAMP卫星加速度计数据 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2007, 32(2): 176-179.
[15]	王泽民, 孟泱, 伍岳, 梁树军. GPS、Galileo及其组合系统导航定位的DOP值分析 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2006, 31(1): 9-11.
[16]	郭金运, 黄金维, 胡建国, 李建成. 由星载GPS双差相位数据进行CHAMP卫星动力学定轨 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2006, 31(3): 213-217.
[17]	张勤, 范一中, 赵超英. 基于通量均衡基准的地壳垂直形变场分析模型 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2004, 29(3): 231-234.
[18]	熊熊, 许厚泽, 滕吉文, 王继业. 青藏高原及邻区地幔对流应力场及地球动力学含义 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2003, 28(6): 692-696.
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利用牛顿插值的GPS/INS组合导航惯性动力学模型

doi: 10.13203/j.whugis20120190

¹ 中国矿业大学国土环境与灾害监测国家测绘局重点实验室,江苏徐州,221116;² 中国矿业大学江苏省资源环境信息工程重点实验室,江苏徐州,221116

作者简介:
李增科,博士生,研究方向为GPS/INS组合导航。

收稿日期: 2013-02-16
修回日期: 2014-05-05
刊出日期: 2014-05-05

中图分类号: P228.41

关键词:

摘要: 目的针对GPS/INS组合导航中INS动力学建模不准确的问题,提出了一种基于牛顿插值的GPS/INS组合导航惯性动力学多阶建模算法。首先,介绍了牛顿插值的计算方法;然后,利用其对惯性系统Gauss-Mark-ov模型进行改进,实现了多阶建模;最后,给出了组合导航详细的动力学模型和观测模型。利用实测数据对算法进行验证,并通过对比不同阶数建模方法寻求牛顿插值的最优建模阶数。结果表明,相比于传统Gauss-Markov过程,基于牛顿插值的GPS/INS组合导航惯性动力学模型能够有效提高组合导航位置精度和姿态精度。与此同时,实验分析表明,4阶牛顿插值建模在实现模型准确性的前提下,降低了模型的复杂性,为牛顿插值建模阶数选取提供了良好的借鉴。

English Abstract

Inertial Dynamic Model of GPS/INS Integrated NavigationBased on Newton Interpolation

¹Key Laboratory for Land Environment and Disaster Monitoring of SBSM,China University of Mining and Technology,Xuzhou 221116,China;²Jiangsu Key Laboratory of Resources and Environmental Information Engineering,China University of Mining and Technology,Xuzhou 221116,China

Author Bio:
LI Zengke,PhD candidate,specializes in the GPS/INS integrated navigation.

Received Date: 2013-02-16
Rev Recd Date: 2014-05-05
Publish Date: 2014-05-05

Keywords:

Abstract: Objective In GPS/INS integrated navigation,the low precision of the INS dynamic model reduces nav-igation accuracy.Based on Newton interpolation,a multi-order dynamic model algorithm for GPS/INSintegrated navigation is proposed.First,the detail algorithm of Newton interpolation is introduced.Based on this a Gauss-Markov model of the inertial system is modified to realize the multi-order mod-el.The design formulas of the observation and dynamical models are presented.Finally,an actual cal-culation was performed to test the validity of new algorithm.The results of the experiment indicatethat when compared with the Gauss-Markov model,the inertial dynamic model for GPS/INS integrat-ed navigation based on Newton interpolation can improve the position and attitude precision effective-ly.At the same time,an analysis of the experiment shows that a 4-order Newton interpolation modelnot only enhances model precision,but also reduces model complexity,which provides a good refer-ence for order selection in the Newton interpolation model.

李增科, 高井祥, 王坚, 胡洪. 利用牛顿插值的GPS/INS组合导航惯性动力学模型[J]. 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2014, 39(5): 591-595. doi: 10.13203/j.whugis20120190

引用本文:

李增科, 高井祥, 王坚, 胡洪. 利用牛顿插值的GPS/INS组合导航惯性动力学模型[J]. 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2014, 39(5): 591-595. doi: 10.13203/j.whugis20120190

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doi: 10.13203/j.whugis20120190

作者简介: 李增科,博士生,研究方向为GPS/INS组合导航。

Inertial Dynamic Model of GPS/INS Integrated NavigationBased on Newton Interpolation

Author Bio: LI Zengke,PhD candidate,specializes in the GPS/INS integrated navigation.

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出版历程

利用牛顿插值的GPS/INS组合导航惯性动力学模型

doi: 10.13203/j.whugis20120190

1 中国矿业大学国土环境与灾害监测国家测绘局重点实验室,江苏 徐州,221116;2 中国矿业大学江苏省资源环境信息工程重点实验室,江苏 徐州,221116

作者简介: 李增科,博士生,研究方向为GPS/INS组合导航。

English Abstract

Inertial Dynamic Model of GPS/INS Integrated NavigationBased on Newton Interpolation

1Key Laboratory for Land Environment and Disaster Monitoring of SBSM,China University of Mining and Technology,Xuzhou 221116,China;2Jiangsu Key Laboratory of Resources and Environmental Information Engineering,China University of Mining and Technology,Xuzhou 221116,China

Author Bio: LI Zengke,PhD candidate,specializes in the GPS/INS integrated navigation.

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作者简介:
李增科,博士生,研究方向为GPS/INS组合导航。

Author Bio:
LI Zengke,PhD candidate,specializes in the GPS/INS integrated navigation.

¹ 中国矿业大学国土环境与灾害监测国家测绘局重点实验室,江苏徐州,221116;² 中国矿业大学江苏省资源环境信息工程重点实验室,江苏徐州,221116

作者简介:
李增科,博士生,研究方向为GPS/INS组合导航。

¹Key Laboratory for Land Environment and Disaster Monitoring of SBSM,China University of Mining and Technology,Xuzhou 221116,China;²Jiangsu Key Laboratory of Resources and Environmental Information Engineering,China University of Mining and Technology,Xuzhou 221116,China

Author Bio:
LI Zengke,PhD candidate,specializes in the GPS/INS integrated navigation.