捷联测量装置的数据采集技术

在SIMU—123捷联式惯性测量系统中，角速度和加速度的精确测量是准确掌握导航信息、进行正确制导的根本依据。因此，就需要有精度高、误差小的高速数据采集与数据处理系统与之相配套。针对这一需要，设计出这一系统中有关数据采集部分的工作组件。现已应用于实际系统中，证明了其价值的存在。     

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。     

基于VC33和EPM7512的导航计算机设计

为了满足捷联式惯性导航装置对小型化、低成本及高精度等方面的要求,设计了一种基于VC33和EPM7512的嵌入式导航计算机。介绍了导航计算机软硬件设计的方案及实现方法。经验证,该系统体积小、功耗低、精度高、实时性好,能够满足捷联式惯性导航装置的需要。系统还可以用于实验教学,使学生对导航计算机和嵌入式系统有直观的认识。     

基于Simulink与M语言的捷联惯导系统仿真方法研究

在研究捷联惯导系统的导航解算算法时,经常需要对算法进行仿真以测试算法的性能.比较研究了在Matlab中实现捷联惯导系统仿真的两种方法:一种是采用M语言编写各功能函数,通过函数调用的方式实现捷联惯导系统的仿真;另一种是采用Simulink模型与M语言结合的方式实现捷联惯导系统的仿真.分别用这两种方法进行了1 h的导航解算仿真,仿真结果表明,这两种仿真方法均具有很高的仿真速度和仿真精度,都能满足工程应用的需要,与第一种方法相比第二种仿真方法可以方便地设定仿真时间、惯性测量组件的采样频率,也可以在仿真中暂停或停止仿真,具有更好的可操作性.     

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.     

四阶龙格库塔法在激光陀螺捷联惯性导航系统中的应用

在激光捷联惯性导航系统中,应用四阶龙格库塔法求解载体速度增量,有效地解决了载体转动过程中三轴陀螺角速度变化对速度的影响,通过与三轴加速度计实测的X,Y,Z方向的加速度叠加,大大减少了导航中速度的累积误差,保证了捷联惯性导航系统在地理坐标系东北天中实时测量载体的三轴运动速度,以及载体航向、横滚、俯仰的快速实时输出,提高了纯惯性导航系统姿态精度和定位精度.动静态寻北、导航实验及捆绑载体测量其姿态跟踪性能的测试结果表明,寻北精度CEP小于0.5密位,横滚、俯仰精度误差小于0.3密位,里程计组合导航精度误差小于1‰.     

陆用捷联惯导系统中里程计刻度因子的在线辨识

提出陆用捷联惯导系统中里程计刻度因子的在线辨识算法．该算法利用捷联惯导系统在初始对准结束后，刚转入导航工作状态的短时间内，惯导解算精度高的特点，通过加速度计的测量值，采用渐消记忆最小二乘递推算法对里程计的刻度因子进行在线辨识．仿真试验表明，该算法有较强的工程实用性，能有效地解决里程计测量路程的误差积累问题，从而提高整个陆用捷联惯导系统的定位精度．     

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。     

基于人工标志的视觉/SINS组合导航算法研究

本文针对航天器地面中性浮力实验的实验体导航问题,研究利用计算机视觉和捷联惯性导航系统（SINS）进行实验体组合导航的算法：首先对视觉导航与SINS的优缺点及其组合导航的优势互补进行了分析,提出其组合方式;然后建立了组合导航系统量测方程;最后利用卡尔曼滤波方法,实现了视觉导航图像信息与捷联惯导系统的信息融合。仿真结果表明,提出的组合导航方法提高了导航精度,具有一定的应用参考价值。     

水下攻泥器随钻姿态惯性测量方法

结合水下攻泥器钻头实际工作情况,提出了一种基于捷联惯性系统,通过扩展卡尔曼滤波算法进行钻头姿态测量的新方法. 该方法以加速度与角速度低频值作为观测量对误差进行校正,对钻头姿态进行推算. 测试结果表明,该钻头姿态测量方式是可行的,能够在不增加传感器情况下极大地提高捷联惯性系统的导航精度,使航向角的漂移从20°/h减小到3°/h.     

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.     

捷联惯性导航的工程实现

把一种纯捷联惯性导航运用到系统的工程实现,个系统采用高精度的导航测量器件和PC104嵌入式版式电脑来实现,运行2min,静态状态下,位置误差可以在30m之内;动态车栽试验位置误差可以达到300m之内,介绍了采用的捷联算法以及四元数的修正和归一等经典算法。     

光纤陀螺惯性测量单元数据采集系统设计

为了满足捷联惯性导航系统对惯性测量单元低成本、小体积、高速率等要求,提出了一种捷联式惯性测量单元的设计与实现方法。该系统以开环光纤陀螺和硅微加速度计作为惯性敏感元件,采用高速DSP作为中央处理器实现数据采集、处理及输出,重点介绍了系统的数据采集模块、处理模块、通讯模块等硬件电路及相应软件的设计。系统中选取了高性能的集成电路芯片,在DSP的基础上进行了简易可靠的接口电路设计和在线误差校正,试验结果表明该信号采集系统能满足捷联惯性导航系统的技术要求。     

基于MATLAB组件GUI的捷联惯性导航系统教学仿真平台设计

针对捷联惯性导航系统成本高、实践条件复杂的情况,为满足导航专业学生实验课程的需求,利用matlab平台下的GUI组件搭建了捷联惯性导航系统教学仿真平台。该平台通过设置载体运动状态,可以模拟载体惯性器件陀螺仪和加速度计的参数,并进行导航结算,给出位置、速度、姿态等导航结果,最终实现各项信息的图文输出。学生可利用该平台模拟惯性导航系统,将理论知识与实践操作相结合。该平台为相关专业学生对捷联导航系统学习提供有效的途径。     

基于综合序贯截尾法的捷联式导弹落点密集度检验

针对小子样试验中精度评定工作的需要,设计了一种弹道落点密集度的综合序贯截尾评定方法。首先,利用惯性坐标系内弹上惯性测量组合和弹载计算机共同完成导航计算任务的导航方程建立弹道仿真模型,求解弹道落点偏差;然后从评定结论置信度与所需试验子样数量之间的矛盾出发,设计了综合序贯截尾检验方法,讨论了最小发数的确定方法,论证了该方法应用于捷联式导弹落点密集度检验中的可行性。最后仿真实例验证了该方法的有效性。     

无迹卡尔曼滤波和无迹粒子滤波在惯导初始对准中的应用对比

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无迹卡尔曼滤波UKF与无迹粒子滤波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。     

一种肩扛式火箭弹GNC系统的设计、研制与实验研究

现代高技术战争迫切需求将常规武器进行制导化改造。为此设计并研制了一种基于MIMU（微惯性测量单元）,适用于单兵肩扛式火箭弹的低成本GNC（导航制导与控制）系统。从分析支架的结构强度和固有频率入手,改善MIMU在冲击和振动下的性能;针对肩扛弹发射准备时间短的要求,设计了快速初始对准和目标瞄准的方法;根据肩扛弹的特点设计了捷联导航解算和制导、控制的方法;并详细地介绍了控制系统校正的过程。最终通过实验表明本系统满足了设计要求。     

移动机器人的嵌入式控制系统

基于ARM处理器和MEMS器件设计了移动焊接机器人控制和导航定位系统,给出了陀螺仪、加速度计外围电路和相应AD采集模块设计方法,以及捷联式惯性导航系统位置和姿态解算方法.仿真实验结果表明,该导航定位系统能正确给出移动焊接机器人的位置、姿态信息.     

基于曲率分析地图匹配的车载组合导航研究

为了提高车载导航的自主性和精度,针对捷联惯导的特点,设计了一个基于曲率分析的地图匹配算法。然后应用该地图匹配算法对基于捷联惯导/地图匹配/里程仪的车载组合导航进行了研究。推导了捷联惯导系统的误差方程和里程仪的误差方程。并在此基础上建立了捷联惯导/地图匹配/里程仪组合系统的卡尔曼滤波方程。通过仿真分析,表明应用该地图匹配算法的组合导航系统可以有效地减小误差,实现车载自主导航。