Journal of Space Science and Technology

Journal of Space Science and Technology

Integrated Navigation Algorithm for Velocity and Position Matching Using a Direct Fusion Approach

Document Type : Original Research Paper

Authors
Department of Aerospace Engineering, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran
Abstract
The direct fusion of Global Navigation Satellite System (GNSS) and Inertial Navigation System (INS) data using a Kalman filter is a highly effective method for enhancing navigation solution accuracy and stability. This approach distinguishes itself from indirect methods by delivering superior performance in estimation speed and precision, achieved through a simplified filter structure and reduced processing delays inherent in other integration techniques. To validate these advantages, a nonlinear Extended Kalman Filter (EKF) was implemented for a detailed analysis of parameter estimation.
A comprehensive analysis of real-world flight data confirms the significant benefits of the direct fusion method. The results demonstrate a notable increase in estimation accuracy, along with enhanced stability and robustness under adverse conditions such as signal degradation or dynamic maneuvers. This approach also demonstrated faster convergence speeds, allowing the navigation solution to stabilize more quickly. Furthermore, flight test validation confirms that this direct approach accelerates the estimation of initial INS errors. This capability leads to a more rapid determination of geographic north during the alignment phase, a critical factor for rapid system deployment. Ultimately, this study provides a comprehensive empirical validation of the direct fusion method, highlighting its practical value for modern navigation challenges.
Keywords
Subjects

Article Title Persian

الگوریتم ناوبری تلفیقی تطابق سرعت و موقعیت با استفاده از رویکرد تلفیق مستقیم

Authors Persian

حامد محمد کریمی
غلامحسین کاظمی
دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران ، ایران
Abstract Persian

تلفیق مستقیم داده‌های سامانه ماهواره‌ای ناوبری جهانی (GNSS) و سامانه ناوبری اینرسی (INS) با بهره‌گیری از یک فیلتر کالمن، روشی بسیار کارآمد برای ارتقای دقت و پایداری در راه‌حل‌های ناوبری به شمار می‌رود. این رویکرد، با ارائه عملکردی برتر در سرعت و دقت تخمین، از روش‌های غیرمستقیم متمایز می‌شود. این برتری با ساده‌سازی ساختار فیلتر و کاهش تأخیرهای پردازشی که اغلب در سایر تکنیک‌های تلفیق مشاهده می‌شود، حاصل می‌گردد. به‌منظور اعتبارسنجی این مزایا، در این پژوهش به پیاده‌سازی یک فیلتر کالمن توسعه‌یافته (EKF) غیرخطی برای تحلیل دقیق تخمین پارامترها پرداخته شده است.
تحلیل جامع داده‌های پروازی واقعی، تأییدکننده این نکته است که روش تلفیق مستقیم، مزایای چشمگیری را در پی دارد. از جمله این مزایا، افزایش قابل‌توجه در دقت تخمین و همچنین پایداری و استحکام بیشتر در برابر شرایط نامساعدی چون افت کیفیت سیگنال یا مانورهای دینامیکی است. این رویکرد همچنین سرعت همگرایی بالاتری را به نمایش میگذارد که به راه‌حل ناوبری امکان می‌دهد تا سریع‌تر به پایداری برسد. علاوه بر این، یکی از یافته‌های کلیدی این است که روش مستقیم، فرآیند تخمین خطاهای اولیه INS را تسریع می‌بخشد. این قابلیت، به تعیین سریع‌تر شمال جغرافیایی در طول مرحله ترازکردن سامانه می‌انجامد که خود عاملی حیاتی برای استقرار سریع سیستم است. در نهایت، این نتایج، تلفیق مستقیم را به‌عنوان راه‌حلی مقاوم و کارآمد برای چالش‌های ناوبری در عصر حاضر برجسته می‌سازد.

Keywords Persian

سامانه ماهواره‌ای ناوبری جهانی
سامانه ناوبری اینرسی
فیلترکالمن توسعه یافته
شمال جغرافیایی
الگوریتم تلفیق

Articles in Press, Accepted Manuscript
Available Online from 02 December 2025

  • Receive Date 12 August 2025
  • Revise Date 10 November 2025
  • Accept Date 22 November 2025
  • First Publish Date 02 December 2025