基于四元数的捷联惯导惯性系晃动基座自对准算法

为提高捷联惯导系统在晃动基座下初始对准的快速性和精度,提出了一种基于四元数的捷联惯导惯性系晃动基座自对准算法.该算法利用惯性坐标系下的姿态更新来实时地反映载体在晃动干扰下的姿态变化,通过四元数推导将初始姿态的最优估计转化为Wahba姿态确定问题,以消除角晃动干扰的影响;并根据惯性系下重力矢量和晃动干扰加速度不同频的特点,引入小波阈值消噪以消除线振动干扰的影响,从而提高算法在晃动基座下的对准精度.仿真结果表明,该算法不需要进行粗对准,具有角晃动干扰隔离能力和线振动干扰抑制能力,能够实现晃动基座下的快速、精确自对准.     

小型战术导弹捷联惯导系统及瞄准线误差模型

为了系统地研究小型战术导弹捷联惯导系统的误差特性,在初始对准数学模型的基础上利用坐标变换和相似变换原理,建立了捷联惯导系统数学平台漂移模型、加速度误差模型和瞄准线转动误差模型,并对模型进行了分析.通过仿真实验验证了模型的正确性和可行性,给出了满足要求的惯性器件精度.     

一种GPS/MIMU深组合滤波器算法

研究一种GPS/MIMU超紧组合下的矢量跟踪算法.引入惯导信息计算载波延时来建立中频信号模型,计算C/A码、载波频率和载波相位与伪距、伪距率的关系,构建预滤波器动态模型.引入惯导状态信息和量测信息构建主滤波器模型,形成闭合矢量跟踪环路.仿真结果表明:GPS/MIMU超紧组合下的矢量跟踪算法能够增加同向即时支路数据信号的功率,缩小初始载波相位误差和码相位误差,从而提高载波相位和码相位的鉴别精度;当信号载噪比低至26 dB·Hz时,矢量跟踪环所能跟踪到的码相位和载波相位比标量跟踪环路分别提高了0.14码片和0.15 rad,同向即时支路信号的幅值也提高了2～3倍.     

GPS/INS超紧组合系统载波相位跟踪误差研究

载波跟踪环(PLL)设计是GPS接收机设计中的关键问题,PLL的相位误差源包括相位抖动和动态应力误差.随着接收机工作平台动态性的增加,较大的动态应力误差将导致环路失锁.为适应高动态环境,GPS接收机通常采取INS辅助GPS跟踪环路的超紧组合方式来降低动态应力误差.组合系统提供的外界辅助信息不可能完全精确,所以跟踪环路在减小动态应力误差时,也会引入其他测量误差源.对GPS/INS超紧组合系统PLL跟踪误差进行了详细推导并且得出两个解析公式.仿真结果表明,对超紧组合系统的PLL跟踪误差公式推导是准确的,为PLL环路参数的最优设计提供理论参考.     

惯性辅助下高动态高灵敏度GNSS Kalman跟踪环路设计

高动态卫星导航接收机使用宽带宽载波环来获得动态范围,而高灵敏度接收机使用窄带宽载波环来获得更长的积分时间,因此在高动态和弱信号场景中,存在带宽选择的问题。该文引入惯性辅助来消除接收机的动态应力,设计了一种惯性辅助的二阶Kalman跟踪环路。惯性辅助消除了加速度对接收机环路的影响,使接收机工作于准静态场景,允许使用低阶环路来改善瞬态响应,并压缩环路带宽来延长积分时间,抑制噪声影响的同时也改善了载波相位测量精度。采集航迹发生器和卫星信号模拟器输出信号并进行仿真实验。实验结果表明:使用20ms相干积分时间,接收机加速度大于50g的情况下,该环路可以跟踪载噪比为24dB·Hz的弱信号。     

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.     

基于双系统思想的船用捷联罗经系统算法

为了消除运动加速度对捷联罗经系统精度的影响,提出一种基于双系统并行计算思想的捷联罗经系统算法.由于捷联系统使用数学平台替代物理平台,在计算捷联罗经系统的同时并行计算另外一套捷联惯导系统.使用只含低频振荡误差的惯导速度与多普勒计程仪所提供的外速度信息进行一定的综合处理,即可去除多普勒计程仪(DVL)的高频速度误差.优化后的DVL速度即可差分计算出载体的运动加速度,消除运动加速度对罗经系统的影响.采用实际航行试验数据对该算法进行数据仿真,结果表明:提出的算法可以有效地提高捷联罗经系统的姿态精度.     

衰落信道下自适应卡尔曼异步IC多用户检测器

针对单一串行干扰消除(SIC)算法与并行干扰消除(PIC)算法在进行多用户检测(MUD)时的判决误差扩散问题,研究了强多址干扰(MAI)情况下直接序列扩频码分多址(directsequencespreadspectrumcodedivisionmultipleaccess,DS-CDMA)系统中的干扰消除多用户检测算法.结合自适应卡尔曼算法提出了一种适于衰落信道的级联结构K AIC多用户检测算法.所提算法实现了对时变多径衰落信道的全面跟踪,能够在干扰消除检测过程中避免判决误差扩散,达到抑制MAI的目的.仿真结果表明,所提算法具有更好的收敛性、动态跟踪能力及算法精度,是一种有效的干扰消除多用户检测算法.     

一种动对动相对定位中平滑惯导辅助模糊度解算策略

针对基于单频载波相位的动对动相对定位中实时模糊度固定可靠性不高的问题,提出了一种基于DGNSS/INS紧组合的平滑惯导辅助模糊度解算策略,以提高低成本接收机高精度定位的普适性。首先,基于伪距和载波相位观测量构建动对动相对定位模型;其次,对惯性导航数据进行卡尔曼滤波处理,并利用滤波平滑后的惯导位置预测卫地距重构双差观测方程并构造惯导位置约束方程,继而获得较高精度浮点解及其协方差阵,采用LAMBDA算法进行整周模糊度固定及Ratio检验;最后,由DGNSS/INS紧组合算法对惯性误差进行反馈校正,以维持惯性高精度导航。实测数据实验结果表明,对比没有惯导辅助、有惯导辅助和经滤波平滑后的惯导辅助结果,本文方法可以有效地提高模糊度浮点解精度,减小模糊度搜索空间,提升整周模糊度固定成功率,三种方法下模糊度固定成功率分别为92.3%、99.1%和99.6%,并最终实现厘米级动态相对定位。     

高动态场景下GNSS信号自适应载波跟踪算法

相对于城市应用场景,在高速飞行器上搭载的GNSS导航接收机需要承受更大的载波频率动态范围,且测量实时性要求较高,对载波环路的高精度跟踪提出了更高挑战.为此,本文提出了一种自适应载波跟踪算法,在载波跟踪环路中引入模糊控制器,随载波的频率变化自适应调整环路参数,在保证动态适应性的同时提高了测速精度.所提算法利用载波跟踪环路测量值计算模糊控制器的输入变量,采用单输入单输出的Takagi-Sugeno模糊控制模型,实时计算环路滤波器调节系数,具有结构简单且易于实现的特点.本文分别在固定多普勒频率、线性多普勒频率和正弦多普勒频率的场景下进行了分析和仿真.结果表明,所提算法能够在飞行器和接收机间径向运动速度范围±10 km/s,加速度范围±30g,输入载噪比40 dB Hz的条件下,以1 kHz的频率输出径向速度测量值,且测量误差小于3 m/s(1σ).     

一种提高GPS载波跟踪环动态特性的INS辅助方法

在高动态下,针对惯性导航系统(Inertial Navigation System,INS)速度辅助GPS接收过程中,由于INS输出速度的离散化导致接入环路NCO的控制量变化较大,使环路跟踪不稳定甚至失锁的问题,提出一种新的基于自适应调节的引入INS加速度与速度信息相结合的辅助方法.论文首先分析了典型二阶跟踪环在INS速度辅助下,更新率对环路性能的影响,然后建立了引入INS加速度信息辅助的自适应调节模型,推导了调节计算方法.理论分析和实验仿真结果表明,该方法较传统的速度辅助方案能有效提高GPS接收机环路跟踪的快速性和稳定性,降低环路动态应力误差和高动态下环路失锁的机率,具有较强的实用价值和工程实现基础.     

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.     

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.     

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.     

基于改进变步长爬山法的永磁同步风力发电机最大功率点跟踪控制

针对直驱式风力发电系统存在建模误差和多变量耦合等内部不确定性以及复杂的外部环境干扰等问题,以风力机最大功率点跟踪为控制目标,基于改进变步长爬山法提出一种自抗扰控制的最大功率点跟踪方法.首先,将停止和重启机制引入变步长爬山法中,避免风速微小抖动引起的最大功率点振荡;其次,设计速度环自抗扰控制器,消除风力发电系统的内外干扰问题,提高风力发电机的稳定性和跟踪性能.仿真结果表明所提控制策略可使系统具有更好的鲁棒性和抗干扰能力,最大功率跟踪性能得到有效提升.     

数字伪码跟踪环中的野值剔除新方法

针对伪码跟踪环中由于相位误差鉴别结果出现野值而导致跟踪性能下降的问题,提出了一种野值剔除方法. 该方法根据伪码跟踪环中鉴别器的鉴别范围及环路的跟踪状态,调节野值剔除门限. 与常规伪码跟踪环相比,采用该方法的环路具有更高的跟踪精度和抗干扰能力. 仿真结果表明,设计方法通过有效剔除环路鉴别器输出的野值,提高了伪码跟踪环的跟踪精度和稳定性.     

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.     

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．     

基于跟踪回路误差限制的惯导辅助载波跟踪回路模式研究

惯导(INS)对接收机载波跟踪回路的辅助,能够减弱或抵消载体动态影响,降低回路带宽,减少回路跟踪误差,也是实施超紧耦合技术的主要特点。具体分析了FLL和PLL的各组成误差,推导了稳态载波相位误差、载波多普勒频移误差与INS速度误差之间的关系,基于跟踪回路误差的限制和稳定回路的门限,具体给出了在相位辅助和频率辅助两种不同模式下对INS速度误差的限制条件。分析表明,考虑INS辅助精度的影响,采用INS对载波跟踪的频率辅助更具可行性,最后仿真验证了频率辅助的有效性。     

基于等效旋转矢量法的捷联惯导系统仿真

针对捷联系统中惯性器件大多采用增量形式的数据输出,论述了适合增量形式数据处理的等效旋转矢量算法基本理论.在此基础上给出了对捷联惯导系统的MATLAB软件仿真结果,仿真结果表明,等效旋转矢量算法可以实现对不可交换误差的有效补偿,算法关系简单,易于操作,特别适用于角机动频繁激烈或存在严重角振动的运载体的姿态更新.