无陀螺捷联惯导系统中加速度计动态误差分析及补偿

无陀螺捷联惯导系统中,加速度计直接固定在载体上,所以其动态误差对系统精度有显著影响.首先,建立了加速度计动态误差数学模型,给出了动态误差对于九加速度计系统角速度解算的影响,然后,结合三轴转台模型及测试原理,通过网络结构简单、收敛速度快而不存在局部极小值问题的线性神经网络一次性标定了加速度计所有动态误差系数,最后对动态误差标定及补偿结果进行了仿真.仿真结果表明,标定系数的精度随着三轴转台转速的提高而提高,误差标定并补偿后角速度解算精度得到了明显改善.     

基于地磁场的高精度自主导航方法

地磁场矢量可描述成卫星的位置函数,利用三轴磁强计观测地磁场矢量或模,可实现近地卫星在任何运行状态下的自主导航,但是由于地球磁场模型存在不确定性和长期变化性,三轴磁强计存在安装误差和未知比例因子等误差因素,所以目前单一使用三轴磁强计进行自主导航精度有限。提出一种利用地磁场信息在轨修正地磁场模型高斯系数和标定三轴磁强计模型误差的新方法,通过将三轴磁强计与地磁场模型参考值的矢量和模分别作差,推导两种差值与地磁场模型高斯系数和三轴磁强计模型误差参数的数学关系,设计先进滤波算法得到高斯系数及误差参数的最优估计,实时修正地磁场模型和三轴磁强计模型。以某低轨卫星利用地磁场进行自主导航为例,利用数值仿真验证在轨修正后地磁场模型和标定后三轴磁强计模型,并对3种自主导航方法进行仿真结果的分析和比较,论证所设计方法既提高系统导航精度、收敛性和稳定性,又有利于工程实际应用。     

三轴加速度计GFSINS安装误差标定与补偿方法

针对由四个三轴加速度计构成的无陀螺捷联惯导系统加速度计的安装误差,根据空间矢量与坐标系关系,提出一种基于矢量模值不变性的位置误差标定方法和一种坐标系旋转变换矩阵的敏感方位误差标定方法,采用同一组转台试验数据先标定出位置误差再在位置误差标定基础上标定方位误差。同时,提出在误差补偿过程中,先补偿敏感方位误差再补偿位置误差的补偿方法,且给出了具体补偿算法。最后,通过仿真验证了标定和补偿方法的可行性。     

捷联惯性测量组合标定仿真研究

建立了惯性测量组合和三轴标定转台的三维计算机模型,驱动此模型仿真了加速度和角速度等输入。通过速率和位置标定,用最小二乘算法求解了惯性测量组合误差模型,得出了误差参数。仿真了整个标定过程,仿真结果与实际标定结果的对比表明了仿真程序的正确性。仿真标定转台以软件方式实现,即不存在机械误差,又可对其进行精确控制,因此结果具有更高的精确度。     

导弹射前惯测组件误差在线标定方案研究

弹上惯测组件(IMU)的误差是影响系统导航精度的重要因素,并直接决定导弹的落点偏差。针对离线标定的误差并不能完全反映实际使用时的误差状况,主要研究弹上惯测组件在一次通电情况下误差的在线标定方案。首先利用导弹水平、竖直和其他起竖位置来标定IMU的可行性分析,然后重点提出利用发射车从仓库到达发射点过程中停车位置的信息来辅助在线标定的方案,在理论分析的基础上给出了计算公式。最后,通过仿真结果表明,该方案能在一定精度条件下标定出IMU所有的误差参数,是行之有效的。     

基于Kalman滤波的加速度计十位置标定方法

未经完全补偿的加速度计标定误差会残留到初始对准阶段,引起水平姿态误差。针对这一问题,提出一种基于卡尔曼滤波初始对准的标定加速度计零偏和安装误差角的新方法。在分析水平对准精度的基础上,推导出加速度计标定误差模型,给出四步骤十位置标定编排方案。确定了最优标定路径,仿真验证了转台最优路径的有效性。表明该方法能在对准阶段利用水平姿态误差进一步补偿残余标定误差,提高加速度计的标定精度。     

三轴飞行模拟转台误差研究

对三轴飞行模拟转台的指向误差,速率稳定度误差及幅相误差进行了研究,对其指向误差给出了具体算法,并针对一种转台的具体精度指标而算出了各项误差。     

单轴旋转SINS方位陀螺漂移精确估计方法

为了减小方位陀螺漂移对单轴旋转捷联惯性导航系统(strapdown inertial navigation system, SINS)长时间定位精度影响,提出了一种方位陀螺漂移在线估计方法。对SINS误差参数进行分析,指出东向陀螺漂移和方位失准角精度决定方位陀螺漂移估计值精度。利用优化后的卡尔曼(Kalman)滤波器在线估计SINS失准角并进行补偿,在此基础上进一步使用Kalman滤波器估计惯性测量单元(inertial measurement unit, IMU)误差。进行了转台三轴摇摆和车载行进间验证实验,车载行进间验证实验中,IMU误差估计完成后转入到纯惯性导航,其12 h的定位误差为2.12n mile,系统定位精度满足中等精度单轴旋转SINS长时间导航需求。     

基于倾斜补偿提高多位置捷联寻北精度的研究

在多位置捷联寻北系统中,转台调平误差引起的陀螺敏感轴倾斜会给寻北结果带来较大的系统误差.根据动力调谐陀螺的性能特点,在多位置捷联寻北原理的基础上,分析了地理坐标系和平台坐标系之间的关系,通过坐标系旋转变换,推导出转台倾斜时多位置捷联寻北的数学模型,.提出了采用加速度计进行倾斜误差补偿的方法.仿真结果表明,在转台调平误差小于2'时,通过倾斜数学模型的补偿,倾斜带来的寻北系统误差小于10".该方法能够有效提高寻北系统的测量精度.     

单星InSAR系统基线模型的误差传播与精度反演

基于由光学手段测得的单颗干涉合成孔径雷达卫星的支撑臂矢量,通过转换关系建立空间基线模型。综合考虑基线模型在安装、测量和卫星在轨飞行等各环节的误差源,包含卫星姿态误差、外部副天线姿态误差、安装位置地面标定残差、卫星与天线在轨变形量、测量系统轴向标定残差以及硬件设备的测量误差等。分析各自的误差特性,给出多种因素误差源对于空间基线的误差传播机理,推导传播过程中的误差演化特性;基于理论推演的结果给出测量设备合     

一种利用星敏感器对陀螺进行在轨标定的算法

为确保姿态测量器件长期在轨工作精度、提高姿态确定精度,针对典型的陀螺和星敏感器联合定姿方案,推导了一种星敏感器/陀螺在轨标定算法。考虑到卫星姿态测量过程中的几种主要误差源,建立星敏感器和陀螺标定模型,首先用递推算法对星敏感器单独在轨标定,然后采用Kalman滤波对星敏感器和陀螺同时进行在轨标定,对误差进行实时补偿,有效地提高了星敏感器和陀螺的测量精度,与同类算法相比,为卫星姿态确定提供了更加丰富的信息。最后对该算法进行了数学仿真,仿真结果验证了算法的有效性。     

调制型捷联惯导系统可观测性分析及在线标定技术研究

针对调制型捷联惯导系统（modulated strapdown inertial navigation system, MSINS）,提出了惯性组件（inertial navigation unit, IMU）的在线标定路径设计原则。首先根据IMU输出误差模型建立了系统误差模型,而后利用该模型,分析了载体无加速运动且转台静止情况下的可观测性,分析结果表明该状态下有一半状态量不可观测;针对该现象,对系统模型进行了能观测性分解,通过分解结果观察无法估计的状态量,并且得到了分解后系统的可观测性矩阵,在此基础上,推导了满足该矩阵满秩的IMU运动原则,由此归纳出IMU在线标定路径设计原则;最后,利用仿真试验验证了该方法的正确性,半实物仿真试验验证了该方法的工程适用性。     

低复杂度的ADS-B抗干扰阵列天线无源校正算法

阵列的幅相误差、位置误差和互耦使真实阵列流形与理想阵列流形有较大偏差,校正这3种误差可以明显提高阵列的性能。针对广播式自动相关监视(automatic dependent surveillance-broadcast,ADS-B)系统,提出了一种同时校正上述3种误差的无源校正算法。通过阵列天线的位置和飞机位置获取校正源的来向信息,并利用该来向信息最终进行误差校正。与其他方法相比,所提方法大大减少了校正阵列的复杂度。仿真结果表明了该算法的有效性。     

半实物仿真惯组输出模拟及转台姿态补偿方法

针对半实物仿真传统三轴转台解耦方法大多不考虑地球自转影响造成仿真相似性不足、精度不高的问题,本文充分考虑转台纬度、方位及转序与发射点状态的差异,提出一种虚拟惯组输出模拟及实物惯组转台姿态补偿方法。当设备中不含实物惯组时,通过构建虚拟惯组并考虑误差影响模拟真实惯组输出;当引入实物惯组时,在转台解耦的基础上补偿当地地球自转角速度,根据转台奇异值与仿真需用范围可选卧式或立式驱动模式。经仿真验证,13 min飞行工况下虚拟惯组与实物惯组姿态结果一致,最大角误差约0.08°,不加地速补偿时仿真姿态相比理论值差异约3°,加入补偿后修正至约0.01°,表明该方法正确可行,能有效提高仿真精度,且方法实现简单适用性好,可工程应用并推广。     

抑制校正源方位偏差的阵列误差矩阵鲁棒校正算法

针对校正源方位扰动误差会影响阵列误差矩阵校正精度这一问题,提出了一种可以自行抑制校正源方位扰动误差的鲁棒阵列误差矩阵校正算法。在假设校正源方位扰动误差较小的情况下,通过一阶Taylor级数展开的方式,建立了一种关于阵列误差矩阵的结构总体最小二乘优化模型用以抑制校正源方位扰动误差的影响,基于该优化模型,设计出一种数值优化算法用以实现阵列误差矩阵的鲁棒校正。数值实验验证了文中新算法的有效性和优越性。     

基于AIS信息的舰船位置标校方法

为了提高时差型卫星定位系统对舰船的定位精度,提出了一种基于船舶自动识别系统(automatic identification system,AIS)信息的舰船位置标校方法,该方法将具有AIS信息的民船作为标校源对军舰位置进行校正。首先,针对AIS信息无法直接用于位置标校的问题,提出了标校源雷达位置及其误差估计方法;其次,针对标校源雷达位置存在的误差,建立了标校方法的误差分析模型和标校源有效性分析方法,理论分析了标校定位精度及其改善程度,为标校源的选择提供了依据。最后,仿真分析验证了提出的标校方法的有效性。     

机动加速度辅助的航姿系统扩展卡尔曼滤波

低精度航姿系统一般采用基于重力场和地磁场矢量观测的6态扩展卡尔曼滤波,载体长时间机动时,模型存在较大误差,无法保持稳定的姿态精度。将载体机动加速度描述为当前统计模型,提出了一种机动加速度辅助的9态扩展卡尔曼滤波,其状态变量包括三个姿态角误差、三轴陀螺零偏误差和三轴载体加速度误差,观测量为三轴加速度误差和三轴地磁场误差。实验表明,将航姿系统固定在转台上产生0.6 g的向心加速度时,9态扩展卡尔曼滤波在对机动加速度进行稳定估计的同时,姿态精度保持在1度以内。