旋转捷联惯导系统的轨迹仿真算法

结合旋转捷联惯导的系统编排和载体运动模型,推导理相情况下旋转捷联惯导系统中惯性器件在任意角运动和线运动条件下的输出;在考虑了惯性器件的常值误差,随机误差,刻度系数误差,IMU安装误差以及旋转轴的安装误差对惯性器件输出的影响后,设计了系统的轨迹仿真算法.在相同运动条件和误差条件下,分别仿真了一般捷联惯导系统和旋转捷联惯导系统的惯性器件输出,并利用该输出进行了导航解算.结果表明:无误差条件下导航解算航线与预设的理想航线重合,该轨迹仿真算法准确合理;在给定的误差条件下,旋转捷联惯导系统精度提高一倍.算法可为旋转捷联惯导系统的误差分析、导航解算以及初始对准等技术研究提供惯性器件输出仿真.     

基于UKF的导弹SINS/CNS姿态估计方法

针对中远程弹道导弹的特点,在分析研究捷联惯性导航系统/天文导航系统(strapdown inertial navigation system/celestial navigation system, SINS/CNS)组合导航测量修正方案的基础上,建立了导弹四元数运动学方程、陀螺测量模型,星敏感器测量模型等系统方程,将无轨迹卡尔曼滤波(unscented Kalman filter, UKF)算法应用于主动段关机点环境,通过对陀螺常值漂移、一阶漂移的在线估计,达到高精度导弹姿态的实时输出。与EKF、QUEST、MLS和捷联惯性迭代递推算法比较,仿真结果表明了UKF算法具有更高的精度,收敛快,适于在无控飞行阶段的工程应用。     

基于正弦直线过载的惯组动态误差标定方法

为解决惯性测量组合误差模型中与过载相关的动态误差难以在地面精确标定的问题,提出了一种基于正弦直线过载试验系统的惯性测量组合动态误差标定方法。所提方法通过构建满足惯性测量组合测试要求的正弦直线过载试验系统,并利用该系统提供过载的正弦特性和直线往复运动的周期特性,结合惯性测量组合在正/负半周期内的脉冲输出标定惯性测量组合动态误差。试验结果表明,采用所提方法标定的惯性测量组合动态误差重复性、一致性好,可为惯性测量组合动态误差的地面精确标定提供一种有效的手段。     

崛起的捷联式制导系统

惯性制导系统按惯性测量组合形式不同有捷联式制导和惯必稳定平台制导之分。本文介绍捷联式制导系统的发展过程及特点,并从性能、应用领域方面与惯性稳定平台制导系统作了一般性比较,概括地论述了速率捷联制导的发展趋势。     

捷联惯性控制器半实物仿真

介绍了多机、多任务、实时再入飞行器捷联惯性控制器半实物仿真测试平台的构建,以及相关的建模与仿真技术,其中包括飞行力学环境建模与再入飞行轨迹参数的生成、捷联惯性传感器建模与输出信息模拟、半实物仿真系统实时调度算法。通过仿真实验在此平台上实现了对再入飞行器捷联惯性控制器的性能测试与检验,为再入飞行器捷联惯性控制器的研制提供了技术支持。     

基于光纤SINS/GPS组合导航系统故障诊断

针对某型号光纤捷联IMU与GPS组合导航系统规模大、复杂性增强,系统出错概率增加的问题,研究了包括动态系统故障检测的一般方法,随后又建立了两种x2检验法.然后,采用这两种x2检验法对SINS/GPS系统进行仿真基础上的故障分析;最后以某型号所用光纤惯性测量系统和GPS组合导航系统为背景,用环境试验所获得数据对算法进行了仿真,表明了算法的可行性与正确性;研究成果对导航系统可靠性设计具有重要参考价值.     

捷联惯性/卫星超紧组合导航技术综述与展望

捷联惯性/卫星超紧组合导航技术是当前导航制导领域研究的热点和难点,对此研究具有重要的理论意义和应用价值,国内外研究者众多。但由于对超紧组合技术研究的出发点和应用对象不同,研究者所提出的超紧组合系统结构和原理不完全一致,针对这种混杂现象,目前尚无统一的分类标准。综合了捷联惯性/卫星超紧组合导航技术国内外发展现状,对现有超紧组合技术原理进行了详细分析,并在总结各类超紧组合结构的技术特点基础之上,将其分为基于相关数据浅度融合超紧组合、基于相关数据深度融合超紧组合和基于伪距数据超紧组合3种。最后,对捷联惯性/卫星超紧组合技术未来的发展趋势进行了展望。     

基于单轴转动的捷联系统粗对准技术研究

阐述了基于单轴旋转的捷联惯导系统误差抑制原理。针对旋转捷联惯导系统的粗对准问题,对比分析了解析法和惯性系粗对准法的本质区别与适用范围,利用惯性系对准过程是动态过程这一性质,提出在旋转捷联惯导系统中引入惯性系粗对准法,并进行理论推导与分析。〖JP2〗在三轴摇摆运动形式下,对单轴旋转捷联惯导系统的粗对准过程进行仿真分析,并与不旋转时的粗对准结果相对比。结果表明,惯性系粗对准过程中,惯性测量单元(inertial measurement unit, IMU)的转动调制了惯性器件常值偏差,有效地提高了旋转捷联系统的粗对准精度     

SINS/CNS组合导航半实物仿真系统及其实验研究

因航天实验费用大,组合导航系统的性能及算法很难都通过飞行实验进行测试,为此提出了一种高性能捷联惯性/天文组合导航半实物仿真系统。该系统遵循硬件功能模块化和软件流程一体化的设计思想;利用轨迹发生终端生成标称轨迹数据,作为信息处理统一参考源;采用时间软同步并行采集惯、性、天文系统真实误差数据;通过平滑处理,结合标称轨迹数据完成性能测试。它具有强的灵活性和可扩展性,利用其可有效地降低组合导航系统的实验成本,缩短研制周期;这对研究组合导航系统的算法性能、系统特性和工程应用等具有重要理论和实践意义。     

连续油井测斜系统仿真轨迹数据生成技术

针对快速准确的油井轨迹测量要求,一种基于动力调谐陀螺的连续测斜方法被提出。为了对连续测斜算法的可行性进行仿真,需要井眼轨迹数据和惯性器件输出参数。根据惯性导航原理,将飞行轨迹生成思想扩展到油井测斜领域。应用数学方法设计了一种仿真用井眼轨迹数据生成器,搭建了惯性器件模型,生成了模拟的惯性器件输出。通过指北方位捷联惯导姿态算法仿真,验证了该轨迹数据生成器能够满足连续测斜算法的仿真需求。     

基于置信规则库的捷联惯组误差系数预测方法

捷联惯组(strapdown inertial measurement unit, SIMU)是火箭等大型飞行器控制系统的核心部件,结构复杂，可获得的误差系数样本较为缺乏。置信规则库(belief rule base, BRB)作为一种专家系统能够有效融合专家知识和监测数据,可以有效处理小样本情况下复杂系统建模问题。鉴于此,本文提出了一种基于BRB的SIMU误差系数预测方法。为充分利用脉冲量输入信息,提高信息转换精度,降低指标转换过程中的信息损失,根据惯组脉冲量输出特点提出了一种新的匹配度计算方法,提升模型的精度。最后,以某型SIMU加速度计为例验证了所提方法的有效性。     

捷联惯测组合误差系数分离与补偿方法

为了解决导弹飞行过程中捷联惯测组合误差系数相对于装订值的漂移问题,进一步提高惯性导航精度,提出了一种捷联惯测组合误差系数的分离和补偿方法。该方法利用真空飞行段导弹仅受地球引力和姿态变化引起的惯性力作用这一受力特点,结合惯测组合部分工具误差系数的射前修正,推导加速度计和陀螺仪输出模型零次项和一次项误差系数的分离模型,计算误差系数漂移引起的惯性导航误差并给出修正方法。试验结果表明,采用该方法可减小惯性导航误差约56%,进一步提高了惯性导航精度。     

基于惯性传感器网络的分布式导航方法

通常的惯性导航冗余配置及其信息融合技术,是基于相同的系统状态模型,不适合分布式惯性传感器网络的应用。针对该问题,给出了一种基于惯性传感器网络的分布式导航方法,将多个惯性测量单元配置在载体不同部位,不仅能提供冗余的导航信息,还能提供局部运动测量。在惯性网络结构分析基础上,建立了惯性网络动态测量模型,采用最大似然估计和信息滤波法,设计了分布式惯性测量融合与导航状态融合的分阶段信息融合算法,通过仿真进行了验证。结果表明,所提方法充分利用了其他节点的惯性传感器信息和同类导航状态信息,可以提高整个惯性传感器网络的估计性能和故障容错能力,在提高低性能节点导航精度的同时实现对高性能节点的自动对准。     

MEMS惯性高度尺测量精度分析

研究了基于微电子机械系统(micro-electro-mechanical systems,MEMS)的惯性导航系统的短时相对高程测量精度,设计了“惯性高度尺”算法,进行了桌面测高和楼层测高两个验证性实验。分析了不同运动条件和运动时间下“惯性高度尺”的测高精度。基于零速修正技术提出了一种分段测量的方法。实验结果表明,桌面测高可实现毫米级精度(相对误差0.17%),楼层测高可实现多层厘米级和单层毫米级测量精度(相对误差分别为0.22%,0.06%)。测量误差与载体的姿态动态和运动时长成正相关。实验验证了MEMS惯导用于高度测量具有较高可行性,稳定的运动条件和较快的测量时间能够提高测量精度。     

Research on ballistic missile laser SIMU error propagation mechanism

It is necessary that the laser inertial system is used to further improve the fire accuracy and quick reaction capability in the ballistic missile strapdown inertial navigation system. According to the guidance controlling method and the output and error model of ballistic missile laser SIMU, the mathematical model of error propagation mechanism is set up and any transfer environmental function of error coefficient that affects the fire accuracy is deduced. Also, the missile longitudinal/lateral impact point is calculated using MATLAB. These establish the technical foundation for further researching the dispersion characteristics of impact point and reducing the laser guidance error.     

载体运动学辅助的双轴旋转调制惯性导航算法

为提高车载捷联惯导系统的导航精度,提出一种载体运动学约束辅助双轴旋转调制的惯性导航算法。建立了惯性测量单元(inertial measurement unit, IMU)旋转的载体运动学约束模型,设计了32次序转位方案,在实现惯性器件误差自补偿的同时提高了系统可观测度,从而将提高了可观测度的载体运动学约束导航与旋转调制导航结合,进一步提高了导航精度。进行了4 000 s静止条件下的导航试验,结果证明此方法可以有效提高定位精度,水平定位精度和高度精度分别比双轴旋转调制导航提高48.2%和80.3%,比载体约束辅助导航提高85.1%和89.9%。最后通过车载实验验证了该方法的有效性。     

载体运动学辅助的双轴旋转调制惯性导航算法

为提高车载捷联惯导系统的导航精度,提出一种载体运动学约束辅助双轴旋转调制的惯性导航算法。建立了惯性测量单元(inertial measurement unit, IMU)旋转的载体运动学约束模型,设计了32次序转位方案,在实现惯性器件误差自补偿的同时提高了系统可观测度,从而将提高了可观测度的载体运动学约束导航与旋转调制导航结合,进一步提高了导航精度。进行了4 000 s静止条件下的导航试验,结果证明此方法可以有效提高定位精度,水平定位精度和高度精度分别比双轴旋转调制导航提高48.2%和80.3%,比载体约束辅助导航提高85.1%和89.9%。最后通过车载实验验证了该方法的有效性。     

微纳卫星固体火箭推进器推力矢量测量方法

尽管固体火箭推进器应用于微纳卫星平台拥有诸多优点,但此类小型固体火箭推进器推力矢量难以测量。对此,提出一种利用惯性传感器量测值映射推力矢量大小的方法,开展地面动态飞行实验。首先,基于牛顿欧拉法和变质量系统理论建立地面实验系统的动力学模型,分析卫星的动力学与运动学特性;然后,构建惯性测量单元(inertial measurement unit, IMU)的量测方程,结合系统动力学中推力矢量与惯性传感器量测值间的映射关系,推导推力矢量测量模型;最后,通过仿真分析影响推力矢量测量精度的误差来源,并对惯性传感器的安装构型进行优化设计。通过数值仿真实验,在优化设计后,该测量方法可保证主推力和侧向推力测量精度均优于0.3%。     

中低纬度下惯导极区性能模拟测试方法

针对惯性导航系统极区性能试验难以实地开展的问题, 研究了一种模拟测试的方法, 并基于横向坐标系编排给出了以组合导航系统作为测量基准的惯导模拟测试方案。首先分析了模拟测试技术研究的必要性, 然后根据轨迹形变最小原则详细推导了基于横向坐标系编排的极区模拟测试转换公式, 之后针对测试中采用不同基准的情况, 提出了相应的惯性测量单元(inertial measurement unit, IMU)转换算法, 并提出以惯性导航系统/全球导航卫星系统(inertial navigation system/global navigation satellite system, INS/GNSS)为参照基准的一种具体测试方案, 最终完成了仿真实验, 验证了模拟测试理论的正确性。结果表明, 在基准误差不计的情形下，试验导航参数误差与惯导实地横向编排解算误差相当。初步验证了所提方法替代极区实地试验进行精度性能评估的可行性, 为后续极区模拟测试评估研究奠了定理论基础。