零速校正在惯性导航系统中的仿真研究

零速校正利用载体停车时惯导系统的速度输出作为惯导系统速度误差的观测量,进而对惯导系统其他各项误差实现校正．基于这一原理对零速校正在惯性导航系统中的应用进行了分析研究．首先推导了惯性导航系统的误差方程,然后采用曲线拟合的方法,用Matlab仿真得到零速校正后的位置误差曲线．通过对仿真结果的分析比较,表明该方法在惯性的导航系统对于误差修正的有效性．     

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.     

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。     

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.     

基于非线性滤波的捷联惯导系统罗经法对准改进算法

为提高捷联惯导系统初始对准的快速性和精确性,根据传统的平台惯导系统罗经法对准原理,提出包括水平对准和方位对准的捷联式罗经对准算法.给出了导航坐标系下加速度和角速率的修正值,经过姿态矩阵的转换对载体坐标系下的惯性测量组件输出值进行修正补偿.对不同初始姿态角误差和不同初始航向角的仿真表明,初始航向角的改变对系统影响较大,特别在大方位失准角情况下.采用UKF算法对非线性模型滤波的仿真结果显示,最大航向角误差从15′降至6′,证明将罗经法和UKF滤波方法相结合进行捷联系统初始对准是可行有效的.     

MEMS器件捷联惯导系统旋转调制技术

使用微机电(MEMS)惯性器件利于捷联惯导系统的低成本和小型化,但MEMS器件误差较大.为提高系统精度,引入了一种全自主误差补偿方法——旋转调制.说明了旋转调制对常值误差的抑制作用和对导航精度的改善效果,并在旋转轴数目、旋转方向、旋转连续性和旋转速度等方面比较了不同旋转调制方案.根据MEMS器件的误差特性,选择了一种适合MEMS器件捷联惯导系统的旋转调制方案并自主研发了原理样机.静态和车载实验表明:旋转调制可以明显抑制MEMS器件常值误差对导航精度的影响,200s内俯仰和横滚姿态精度提高了5倍,速度和位置精度提高了近10倍.     

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.     

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。     

船用捷联式惯性导航仿真系统设计

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,仿真系统可以很好地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。     

某型捷联惯导系统标定方法研究

该文介绍了某型捷联惯导系统的几种标定方法,根据目前捷联惯导系统标定存在的一些问题,如标定精度分析技术不深入,综合仿真验证技术手段不够等,需要探索新的标定方法来解决。该文先采用对捷联惯性导航核心元件进行系统误差建模,主要研究了传统分立标定方法、系统级标定方法和加速度敏感项标定方法对误差和精度的影响;对船用捷联惯性导航系统的标定精度进行验证时,采用由半实物仿真综合验证技术构建的仿真环境模拟摇摆运动,可实现船用捷联惯导系统的自动化标定,确保系统提供准确导航精度,达到预期研究目标。     

惯性导航系统极区导航参数解算方法

针对惯性导航系统(INS)极区航向、速度误差增大和大圆航线航向角快速改变的问题,提出了一种INS极区导航参数解算方法.首先研究了极区INS误差抑制机制,构建了椭球面栅格航向基准模型,然后利用INS解算的导航参数信息,实现了栅格航向和栅格速度解算,最后完成了极区导航参数导航性能评估.理论分析和仿真结果表明,该方法计算简单,解算的导航参数有利于极区航行监控和航行绘算;栅格航向和速度精度明显优于地理航向和速度精度,可以满足极区载体航行需求,提高了INS极区导航性能.     

基于捷联惯导的蛇形管道机器人定位算法

为解决蛇形管道探测机器人因处于地下管道，难以定位的问题，本文基于牛顿第二定律为蛇形管道探测机器人设计了一种高精度的捷联式惯性导航定位系统（Strap-down Inertial Navigation System SINS）。本系统搭载九轴惯性测量器件（IMU）对蛇形机器人的加速度及角速率信息进行测量，融合卡尔曼滤波算法对定位系统进行误差补偿，采用四元数法构造捷联式惯性导航系统姿态矩阵进行姿态更新，再积分得到速度和位移。利用MATLAB软件根据上述算法对机器人的速度、位移进行分析计算，并与机器人真实的速度位移做比较，验证算法的可靠性。实验结果表明，该算法的定位误差最大不超过4.7%，能够为管道探测机器人提供准确地速度和位置信息，具有较高的实用价值和意义。     

方位保持仪姿态误差补偿技术

给出了陆用惯性导航系统方位保持仪的误差补偿方法.在方位保持仪纵轴和横轴方向安装2个互相垂直的加速度计,测量载体的俯仰角和横滚角,采用多组坐标变换将姿态角、地球自转角速度和重力分别投影到陀螺坐标系,结合动力调谐陀螺仪漂移与重力相关的特性,分析了与重力一次项相关的漂移分量,分别从支架误差、地球自转分量和陀螺仪与重力相关漂移3个方面对方位保持仪进行误差补偿.实验结果表明,采用上述方法进行误差补偿的方位保持仪,漂移小于0.06°/h.     

基于EMD-小波随机消噪模型的GPS/INS组合导航

为提高GPS/INS组合导航精度,提出了EMD-小波INS随机误差削弱模型.首先分析了GPS/INS组合系统的误差特点,给出组合导航的基本原理.基于EMD的多尺度结构,结合小波分解理论,提出基于EMD-小波的GPS/INS组合导航技术路线.采集新南威尔士大学校园内的实测数据,分别选用1s与2s的GPS采样信息和100 Hz的INS数据,进行融合试验.用随机模型消噪前后的INS数据计算导航解,并与GPS测量的位置进行比较,分析误差分布情况.结果表明,滤波后的INS自主导航解要优于滤波前.当GPS更新周期为1 s时,X,Y,Z方向上导航精度分别提高9.07％,13.89％,35.14％,残差最大值分别减小2.62％,19.54％,31.23％.当GPS更新周期为2s时,X,Y,Z方向上导航精度分别提高17.82％,23.46％,22.48％,残差最大值分别减小14.34％,28.85％,17.48％.     

一种基于速度加比力匹配的传递对准时间延迟补偿算法

传递对准过程中,由于主惯导的传输延迟,子惯导解算信息与进行匹配的基准信息不能完全同步,有些情况下时间延迟影响较大。分析了时间延迟对速度加比力匹配传递对准算法的影响,并用扩增状态量的方法对该算法时间延迟进行建模和补偿。仿真结果表明,对准过程中当舰船处于匀速运动状态,时间延迟几乎不会影响对准性能;当舰船进行加速运动或S形机动运动时,时间延迟会严重影响对准性能,通过补偿可以有效地减少时间延迟对于该算法的影响。     

基于联邦滤波的惯性导航姿态组合算法

为了充分利用姿态量测信息来提高组合导航系统的姿态精度，以联邦滤波为基础，研究了以姿态、位置和速度信息作为观测量的多信息融合导航技术，分析并提出了适合工程使用的联邦滤波器的原理结构与算法实现，深入推导了基于联邦滤波的姿态组合算法的观测矩阵的具体形式，最后给出了仿真和实测数据的验证．结果表明，基于联邦滤波的姿态组合滤波算法能够有效地提高惯导系统的姿态精度，对方位角的改善尤为明显．     

室内行人航向修正算法研究

室内环境下的行人导航问题是当前导航领域的研究难点与热点,基于足绑式MEMS是行人导航的主要形式之一。针对目前行人导航航向发散的问题,同时避免磁力计引入外部误差,在零速更新（ZUPT）的基础上,研究了磁角速率更新（MARU）的航向修正算法,假定行人处于零速区间时磁场是恒定的,当惯性传感器转动时,磁力计的三维矢量也会相应变化,利用磁场的变化信息作为零速时刻陀螺仪输出角速率的观测值,并通过扩展卡尔曼滤波（EKF）对角速度误差进行补偿,从而限制航向角的漂移。实验结果表明,该算法航向跟踪性强,对航向修正有一定的有效性,其终点定位误差占总路径的0.55%,达到了良好的定位精度。     

带预测的模糊-PI算法在惯导温控系统中的应用

研究一种带误差预测的模糊-PI控制算法，并将该控制算法应用在惯导系统温控回路中，采用了带自调整因子的模糊控制规则加快系统响应时间，并加入了稳态PI控制提高系统精度，利用Smith预估器的思想，预测过程的误差和误差变化，解决了过程纯滞后对控制性能的影响，计算机仿真表明，系统具有反应快，超调小和稳态性能好的特点，能够达到惯导温控系统的要求。     

基于熵和ICCP的多级地磁辅助惯性导航算法研究

惯性导航技术是一种完全自主的导航技术,为了解决惯性导航定位误差随时间积累不断增加的问题,采取地磁导航的方式来修正惯性导航的误差。研究地磁信息的熵算法和ICCP算法,利用熵算法具有剔除离散点、野值点,并且抗基准误差能力强和ICCP算法具有匹配精度较高,匹配结果较稳定的优点,提出一种将熵算法和改进的ICCP算法融合的新算法,以实现粗精结合多级匹配。仿真结果表明,该算法能够取得了很好的匹配效果,在一定程度上修正惯导误差,抑制惯性导航定位误差的发散,提高整个导航的精度,实现惯性导航长时间工作。