基于北向陀螺零偏自观测的捷联惯性导航系统双位置初始对准方法

传统捷联惯性导航系统单位置初始对准系统不完全可观测,不可观测的东向陀螺零偏造成航向估计的主要误差。双位置初始对准可以改善系统的可观测性,但一般需要精确的转位机构,不便于工程应用。该文提出一种基于北向陀螺零偏自观测的双位置初始对准方法,只需陀螺载体在近似水平的任意两个位置停留片刻,从第1位置提取北向陀螺零偏信息传递给第2位置作为观测量,即可提高东向陀螺零偏的可观测度并提高航向对准精度。为了寻找最优转角,提出一种全面可观测度分析方法,将可观测度细分为表征不同条件下同一状态可观测程度的相对可观测度和表征状态收敛速度的可观测阶两部分,利用相对可观测度分析得出最佳转角为±90°,并进行了仿真实验验证。实测实验结果表明:相比于单位置对准,双位置对准将航向误差由0.268°降低到0.041°,并可估计出水平陀螺零偏。     

基于改进遗传粒子滤波的纯方位机动目标跟踪

采用传统遗传粒子滤波算法解决纯方位机动目标跟踪时,由于进化过程中大权值父粒子产生新生代粒子的变异方式比较单一,会导致目标在机动时跟踪误差较大和收敛时间长的问题。为解决该问题,提出一种在进化时调整新生代粒子的分布方式及变异幅度的改进遗传粒子滤波算法,以扩大粒子分布范围、多样化变异幅度并提高粒子接近机动目标真实运动状态的可能性。经仿真实验验证,本文的改进遗传粒子滤波算法能有效提升纯方位机动目标跟踪的收敛速度,减小跟踪误差,提升系统的估计性能。     

新型粒子滤波算法在传递对准系统中的应用

为了提高传递对准非线性系统状态估计中粒子滤波算法的估计精度,提出了一类应用中心差分滤波(CDDF)算法产生粒子建议分布的中心差分粒子滤波(CDDPF)算法.该算法应用Stirling插值公式逼近非线性函数,用Cholesky分解确保误差方差阵正定性,获得滤波稳定数值计算;应用CDDPF算法生成粒子建议分布,能够融合最新量测信息;最后应用新算法对传递对准系统模型进行最优滤波,CDDPF算法数值计算稳定性优于UKPF算法,状态变量估计精度得到明显提高.     

传递对准MRP-CDKF算法

基于主、子惯导系统传递对准受控角运动和修正Rodrigues参数(MRP)的三参数描述姿态运动最小实现特点,建立了主、子惯导系统传递对准MRP非线性误差模型.根据四元数加权均值计算方法以及MRP与四元数关系,实现MRP的间接加权均值计算;根据MRP乘法定义实现MRP预测误差方差矩阵求解,进而建立修正Rodrigues参数-中心差分卡尔曼滤波(MRP-CDKF)算法.利用该算法对MRP非线性传递对准误差模型进行研究,结果表明:该算法的姿态失准角估计误差都能在10s之内收敛到0′附近;考虑杆臂向量与不考虑杆臂向量时的系统速度误差在±0.1m/s内.     

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。     

空间目标天基光学跟踪可观测性分析

针对天基光学监视跟踪系统可观测性问题,建立了空间目标天基光学监视跟踪模型,引入跟踪滤波误差下限(CRLB)和系统可观测度定义,并提出了瞬时可观测度概念.结合仿真实验对测量条件、观测几何以及系统配置等影响系统跟踪可观测性的因素进行了分析.仿真结果表明,所提出的可观测分析方法能实现对天基光学定位跟踪系统性能的客观有效评定.     

高精度开口式直流大电流比较仪

本文论述了一种高精度开口硅钢片铁芯磁调制型直流大电流比较仪的工作原理、灵敏度计算及系统静差分析.经鉴定,该比较仪电流比率精度为5×10~(-5),由标准电阻取信号准确度为3×10~(-4)(现场校验)和5×10(-4)(现场测量),开口重复性误差不大于1×10~(-5).文中对误差分析和仪器的特点也作了介绍.     

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.     

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.     

液压控制系统状态变量图

提出了一种建立控制系统数学模型的新方法——状态变量图法。该法把系统分解为节点、传递线和各环节等,各环节把其特性明确地表示在方框中,可以方便地从状态变量图得出系统的状态方程。     

模糊抗干扰传递对准技术研究

针对机动过程中的机载捷联惯导系统(Strapdown Inertial Navigation System,SINS)进行抗干扰传递对准技术研究。建立了机载SINS传递对准误差模型,设计了一种顾及系统误差的模糊抗干扰传递对准方法。在滤波估计过程中引入模糊理论,对观测向量及状态预测向量的协方差阵进行估计。利用修正后的观测向量和状态预报向量及相应的协方差阵进行导航滤波计算,以克服机动过程引起的干扰。仿真结果表明,该算法得到的系统状态估计精度明显提高,为研究SINS快速、精确传递对准奠定了理论基础。     

基于PCI总线的GPS接收机的研制

为了研究GPS接收机的体系结构和新的定位算法,提出了一种基于PCI总线的GPS接收机体系结构的设计方案.研究了GPS系统的原理、接收机的组成及各组成部分的功能和技术要求,设计和实现了接收机射频前端模块、基带信号处理模块和PCI接口电路,并对整个接收机的设计过程和器件的选择、设计时遇到的问题和注意事项作了详细说明,最后完成了系统硬件平台各部分的调试以及系统定位的实验.结果表明,所设计的GPS接收机工作稳定可靠,系统定位经纬度误差分别为±1.1×10-4度和±4×10-5度,海拔误差为±8 m,即定位精度也达到设计要求.     

基于位置信息的捷联惯导系统综合校正技术

针对平台式惯导系统进行综合校正时须要限制载体低速和等纬度的问题,提出了基于惯性坐标系下的捷联式惯导系统的综合校正技术.由于两点校需要精确的方位信息,但受安装偏差等影响,实际信息精度不能保证,因此采用三点校算法.利用间歇获得的外部位置信息,建立其与陀螺漂移和方位误差的关系式,再利用最小二乘法算出陀螺漂移并进行方位误差补偿.通过理论和实验分析表明:当捷联惯导系统工作在水平阻尼状态下时,三点综合校正方法不受载体运动和纬度变化的影响,能够准确地对位置和方位误差进行补偿,进而显著提高惯导系统的长期定位精度.     

速率方位惯性平台系统及其仿真研究

为了降低重力无源导航系统的成本,提出在速率方位平台上放置一个高精度的重力敏感器,构成一个具有导航与重力测量功能的导航重力测量系统,该系统再加上重力数字图就组成了一个重力无源导航系统.为此,论文对速率方位平台惯性导航系统进行了研究,建立了速率方位地平坐标系,给出了它的系统计算方程和误差方程,进行了误差分析,并且运用计算机仿真了无阻尼和有阻尼时的RAPINS的误差特性.仿真结果表明由中等精度惯性元件构成的无阻尼RAPINS误差积累很快,阻尼后其平台角误差和方位角误差都不大,能够满足重力测量和基本导航要求.     

基于完美抽样的最大似然方位估计方法

为了解决最大似然估计计算量大的问题,将马尔可夫蒙特卡罗方法与最大似然方位估计相结合,提出一种基于完美抽样的最大似然方位估计新方法.研究结果表明,该方法不但保持了原最大似然方位估计方法的优越性能,而且大大减小了计算量,把原方法的计算复杂度从O(LK)减少到O(K×J×Np).     

石英振梁式重力传感器原理误差模型

为了建立石英振梁式重力传感器原理误差模型,首先,将石英振梁式重力传感器等效成转动惯量-弹性支承-阻尼系统,导出重力加速度作用条件下石英振梁式重力传感器的系统传递函数和输出差动频率公式; 其次,导出由于舍掉高次项而产生的谐振频率计算误差公式和由于输出差动频率线性化处理而产生的线性化误差公式; 然后,从挠性梁的加工、石英谐振器的加工和质量块的质心偏移3个方面,导出石英振梁式重力传感器加工误差公式; 最后,建立石英振梁式重力传感器原理误差模型,并进行了原理误差定量计算.理论分析和原理误差定量计算表明:输出差动频率线性化误差、挠性梁的加工误差和双音叉石英谐振器的加工误差是主要原理误差,谐振频率计算误差和质量块的质心偏移是次要原理误差;石英振梁式重力传感器原理误差的数量级为6×10-7g,可以满足10-6g级的高精度重力测量要求.     

激光到达角误差修正方法研究

由于大气介质的不均匀性,导致大气折射率不再是常数,使得激光在大气中传播时产生折射效应,最终使激光束到达角产生误差,影响系统的通信性能.为了减小到达角产生的误差,提高系统的性能,提出了一种利用纯转动拉曼激光雷达修正对流层目标定位误差的方法,根据角度折射误差来调整光源仰角的方法.通过对新方法仿真计算证实,在进行远距离光通信时,经过大气折射误差修正后,可以在很大程度上提高光通信的速率,减小误码率.     

高速电主轴转子系统临界转速的计算与分析

目的为减小传统传递矩阵法计算高速电主轴转子系统临界转速产生的误差,分析高转速对主轴系统的影响,解决传统矩阵法运算精度降低的问题.方法以170SD30电主轴作分析对象,考虑陀螺力矩和剪切等影响因素,利用Riccati传递矩阵法建立电主轴理论模型,同时运用Matlab编程并计算高速电主轴前3阶临界转速和固有频率等动力学参数.结果仿真数据与实验数据对比,Riccati传递矩阵法与实验结果最大误差为7.2%,比传统传递传递矩阵法精度提高了2.3%.结论验证了Riccati传递矩阵法准确性与可行性,提高了传递矩阵法的计算速度与计算稳定性.     

基于Riccati传递矩阵法的线性树形多体系统特征值求解

为了提高多体系统传递矩阵法求解线性树形多体系统特征值时的数值稳定性,研究了基于Riccati变换的线性树形多体系统特征值求解方法。建立了元件输入输出端的Riccati传递矩阵递推关系;从树形系统各输入端开始沿传递路径依次求得了各元件联接端的Riccati传递矩阵,并建立了用Riccati传递矩阵表示的系统特征方程;建立了消除系统特征方程极点的方法,从而可以增大求解特征方程时的搜索步长。数值算例计算结果与有限元法计算结果对比验证了该文方法的正确性,与通常多体系统传递矩阵法计算结果对比表明了本文方法具有较高的数值稳定性。     

多体复合量子态基于可观测量算子的纠缠测度

近些年，人们对量子纠缠的量化已经有了许多深入的研究，但是，许多已有的纠缠度量还是难以计算的。LuoShunlong基于互信息提出了两体量子态的可观测量关联，并得到了两体量子态的一类纠缠测度。本文将两体系统的纠缠测度推广到多体复合量子系统，并证明了其满足纠缠测度的必要物理条件。