捷联惯导系统姿态算法误差的频域分析

从频域角度分析了捷联惯导系统在姿态解算过程中误差产生的原因，并在典型圆锥运动情况下进行了定量计算．结果表明，由于采样和量化过程中的误差，使惯导系统输出的姿态角出现了耦合误差，并提出了对采样信号进行预处理即设计滤波函数以减小采样信号失真的观点．     

旋转捷联惯导系统的可观测性分析

推导了静基座条件下仅利用速度误差作为观测量的惯导系统的可观测组合状态.比较分析认为,仅利用速度误差作为观测量和利用速度误差、位置误差作为观测量对惯导姿态误差和元件等效零偏的估计是等效的.利用将系统近似为分段线性定常系统的方法对旋转惯导系统的可观测性进行研究,结果表明,连续旋转提高了系统状态的可观测性,等效东向和北向加速度计零偏成为可观测量;在对准过程中对其进行补偿,系统的对准精度和速度明显提高.     

舰船在风浪干扰下的快速传递对准技术研究

对舰船应用环境下的快速传递对准技术进行了研究.推导了主惯导与子惯导之间姿态之差的动态方程,采用Kalman滤波技术估计子惯导系统的安装误差角.设计了在不依赖舰船有意识机动情况下而仅仅依靠外界风浪的干扰就能实施快速传递对准的方法.仿真结果表明,在10 s内,子惯导系统安装误差角估计可以达到优于1 mrad的精度.     

基于信息层的捷联惯导信号反演技术

针对惯性导航的器件价格昂贵且建模复杂,以及全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)/惯性定向定位导航系统(inertial navigation system,INS)组合导航对信息传递速度较慢的问题,提出了一种基于信息层的捷联惯导信号反演技术.在整理归纳了惯性导航中常用坐标系的定义后,首先给出了根据已知的原始目标的欧拉角进行姿态矩阵的计算;然后重点讨论了如何根据已知位置、速度和姿态矩阵,反演其比力、角速度;最后叠加误差得到仿真条件下的惯导器件测量值.仿真结果表明:从一段运动轨迹中反演得到的比力和角速度,是以信息帧格式模拟输出惯导器件测量值,再应用惯导方程进行验证,得到的结果误差符合惯导系统误差允许范围.     

单轴旋转捷联惯导系统姿态和航向角在线组合校正

为了提高工作在水下环境下的单轴旋转捷联惯导系统的导航定位精度,给出了惯导系统姿态和航向角在线组合校正流程,提出了一种基于速度信息的旋转式捷联惯导系统二次对准方法.利用速度信息和Kalman滤波技术进行姿态和航向角误差最优估计,同时周期性转动惯性测量单元以提高系统的可观测性.计算机仿真和转台验证实验结果表明,系统经过二次对准后,后续纯惯性模式下的定位精度明显提高,仿真实验中定位误差由4.52 n mile减小为2.19 n mile,转台实验中定位误差由4.28 n mile减小为2.06 n mile.     

低成本捷联惯导系统的静基座快速精对准方法

针对低成本捷联惯导系统难以完成航向自对准以及静基座对准可观性和可观度低的问题,提出了同时将速度误差、姿态误差和航向误差作为观测量的卡尔曼滤波对准方案;建立了姿态误差、航向误差与数学平台误差角之间的量测关系;推导了利用加速度计计算姿态的方法,并配置磁传感器作为外观测设备提供航向参考基准,从而获得滤波器观测量.结果表明,建立的对准模型和方法有效提高了系统的可观性和可观度,缩短了对准时间、提高了对准精度,并且实现了低成本捷联惯导系统的航向对准,具有重要的工程实用价值.     

动基座下捷联惯导系统误差仿真与分析

本文根据捷联惯导系统的基本方程建立了动基座下的姿态误差方程、速度误差方程和位置误差方程,并得到动基座的误差传播方程。利用MATLAB对载体在匀速直线运动和三轴摇摆状态下的系统误差进行仿真,并得出了系统误差曲线,进而结合误差传播方程及方块图从理论上分析了动基座下捷联惯导系统误差特性。     

陆用捷联惯导系统/里程计自主式组合导航技术

利用里程计辅助捷联惯导系统构成一种自主式组合导航系统.用捷联惯导系统解算出的速度和里程计所测量的速度之差作为观测量,利用闭环卡尔曼滤波技术进行误差估计与校正,并给出了仿真结果.仿真结果表明,该组合导航系统可有效地减小速率、经度和纬度、航向角和姿态角及航迹推算下的位置等导航参数的累积误差.     

远程火箭弹捷联射程修正研究

实现了姿态稳定后,抑制远程火箭的纵向散布上升为提高其射击效能的主要问题.通过数值仿真的方法,研究了采用捷联惯导技术后远程火箭射程修正效果.计算结果表明,捷联惯导的引入使射程修正效果大幅度改善,且采用二次修正模型比线性模型具有更高的方法精度.通过捷联惯导仪器误差的分析,发现二次模型对捷联惯导导航参数误差更为敏感,考虑惯导仪器误差后,线性模型的修正效果要优于二次模型.射程修正系统的方法误差随着导航时间的增加而减小,但由于导航参数误差有随着导航时间增加的趋势,惯导系统工作时间要综合考虑以上两方面因素后确定.     

机抖激光陀螺的伪圆锥运动研究

对于机抖激光陀螺捷联惯导系统,激光陀螺的机械抖动偏频引入伪圆锥运动.本文推导了伪圆锥运动情况下等效旋转矢量的误差表达式.分析了伪圆锥误差的起因、影响因素.研究了圆锥补偿算法在伪圆锥运动中的适用性.从最小化姿态计算误差的角度,提出了机械抖动频率的设计准则,并设计数字滤波器去除抖动信号噪声.分析结果表明:合理设置抖动频率,再结合数字滤波器可以有效提高的姿态计算精度.     

船用捷联式惯性导航仿真系统设计及研究

针对船用捷联式惯性导航系统长时间工作后,精度明显下降,不能满足导航需求的问题,设计了一种模块化的船用捷联式惯性导航仿真系统,并进行了仿真研究。将船用捷联惯导设计为四个模块,分别为轨迹仿真模块、惯性器件仿真模块、导航解算模块和误差分析模块。利用建立的模型,仿真分析捷联式惯性导航系统姿态角、速度和位置误差的主要特性,研究天向速度的发散对东向和北向速度误差的影响,探究初始对准误差对导航精度的影响。结果表明,仿真系统可以很好的模拟舰船捷联式惯性导航系统的初始对准和导航过程;天向速度的发散和初始对准的精度都会直接影响导航精度。因此,在舰船长时间航行时,必须提高初始对准精度且引入阻尼系统,以减小船用捷联式惯性导航系统的导航误差。     

SINS/OD/MM组合导航系统可观测性分析

通过对SINS/OD组合系统和SINS/MM组合系统的可观测性进行初步的定性分析。利用可观测分析的基本方法对SINS/MM/OD组合导航系统在不同机动条件下的可观测性进行了详细的分析。仿真结果表明:SINS/OD/MM组合导航系统的姿态、位置、速度均可观测;系统各状态可观测程度与载车行驶轨迹有很大关系。当载车做大的机动转弯时,能有效地提高系统方位误差角的可观测性。     

SINS系统姿态算法仿真

姿态算法是捷联惯导系统的关键部分之一.在对传统三阶泰勒展开法和四阶龙格-库塔法分析的基础上,提出了另一种更有效的四阶泰勒展开法,并在典型圆锥运动环境下,对3种算法进行了姿态角误差仿真分析,从运算精度与速度上考虑,得出四阶泰勒展开法比三阶泰勒展开法和四阶龙格-库塔法都更具优势,为姿态算法的研究提供了参考.     

捷联姿态解算五子样等效旋转矢量算法研究

为了抑制高动态环境下捷联惯导姿态解算时的误差,对五子样等效旋转矢量算法进行了推导;并在锥运动环境下进行了仿真验证。通过与四子样算法误差的对比,表明五子样算法可以有效减小动态误差,具有很高的实用价值。     

UKF和UPF在惯导初始对准中的应用研究对比

捷联惯性导航系统是新型航位推算系统,在惯导系统执行工作任务之前需要进行初始对准,以保证系统的正常运行。对捷联式惯导系统,初始对准就是确定初始时刻的姿态阵,利用惯性元件的输出信息,选用合适的滤波方法,将计算的导航坐标系与真实导航坐标系的失准角估计出来,来修正姿态矩阵,使计算坐标系与真实坐标系尽可能重合。在实际的导航系统中,状态方程和量测方程通常都是非线性的,对于非线性特性,传统的解决方法是利用EKF滤波算法,但它只适用于弱非线性模型的估计,系统的非线性越强,引起的估计误差就越大,甚至会引起滤波发散。为此提出两种滤波算法UKF与UPF,并将两者进行了仿真对比,结果表明UPF算法比UKF算法收敛速度更快,估计精度更高。     

基于SINS/星敏感器的组合导航模式

针对利用捷联惯导系统导航的不足,提出了一种基于捷联惯导系统/星敏感器的新组合导航模式,来提高飞行器导航的精度和速度.利用星敏感器得到恒星星光矢量在星敏感器CCD光敏面上的星像点及其在导航星库中对应的坐标值,然后分别进行坐标变换得到星光矢量在数学平台坐标系和地理坐标系中的坐标角度值.以Kalman滤波为基础,将所得到的星光坐标角度值和姿态角速度进行数据融合,估计出组合导航系统的误差状态量,进而修正捷联惯导系统的位置、速度和姿态角参数.详细推导了SINS/星光的组合导航算法,并通过仿真证实了该方案可提高导航系统的精度和速度,有较好的容错性和环境适应性,具有实际使用价值.