联邦滤波在RAPINS/计程仪/重力匹配组合导航系统中的应用

RAPINS/计程仪/重力匹配组合导航系统是一种简易的无源导航系统,为了改善系统的容错性能,设计了基于该组合系统的联邦滤波器,建立了系统的工作模式,给出了联邦滤波算法.在该联邦滤波器中充分利用计程仪输出的速度信息,采用不等间隔滤波来进行信息融合.采用Matlab/Simulink对该组合导航系统在分辨率为0.005°×0.005°的数字重力异常图中进行了仿真研究.理论分析和仿真结果表明,基于联邦滤波的RAPINS/计程仪/重力匹配组合系统能够改善系统的容错性,且具有与集中式滤波相似的导航精度.     

IMU/计程仪/重力组合导航系统信息融合方法

针对现代战争环境对导航系统高自主性、高隐蔽性的要求,提出了IMU/计程仪/重力无源组合导航方式.深入研究了IMU/计程仪/重力组合导航系统的信息融合方法,设计了该系统的工作模式.采用扩展卡尔曼滤波进行各传感器信息的融合.根据导航系统对实时性的要求,建立了系统的低阶误差状态方程;将厄特弗斯效应的影响考虑到滤波器设计中,建立了系统的重力观测方程;将计程仪的速度与惯性速度进行融合,建立了系统的速度观测方程;在不增加系统成本的条件下,进一步利用加速度计输出估计水平姿态,建立了系统的姿态观测方程.在此基础上,设计了相应的信息融合策略.实际系统的机载试验结果表明,IMU/计程仪/重力组合导航系统算法正确、性能良好,可以有效地控制惯导系统位置和速度误差的累积,满足长时间一定精度的导航要求.     

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TDOA测量的协同导航建模与仿真

针对基于数据链的协同导航系统估计惯导误差的效率不高,研究了以伪距差测量实现无源协同导航的方法。设计通过直接对偏航角的估计提高修正惯导误差的效率。分析并介绍了方法的设计思想和特点,为双曲线/SINS组合导航系统设计滤了波器。仿真结果表明,通过测量伪距差的实现协同导航方法,可以修正惯导系统累积误差,提高惯导导航精度。     

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。     

基于EPEA的SINS大失准角非线性初始对准方法

基于欧拉平台误差角(EPEA)的概念描述了理论导航坐标系到计算导航坐标系之间的失准角,推导了捷联惯导系统(SINS)在大失准角情况下进行初始对准的非线性误差模型.在系统噪声和量测噪声均为加性噪声且量测方程为线性方程时,给出了带阻尼解算的简化扩展卡尔曼滤波(EKF)算法和简化无迹卡尔曼滤波(UKF)算法,同时分析了不同失准角情况下初始对准过程的异同.静基座状态下的Monte Carlo仿真结果表明,大失准角和大方位失准角情况下,EKF和UKF算法都能满足对准要求,其中UKF算法较EKF算法具有对准时间更快、对准精度更高和适用范围更广的优点;小失准角情况下,由于捷联惯导系统的线性化误差变小,二者的对准时间和对准精度基本相同.     

GPS失效下的无人机组合导航系统

针对电力巡线无人机GPS失效下的导航问题,鉴于单一的惯性导航系统导航精度不高及高度通道发散的缺陷,利用电力巡线无人机必须配备的CCD高清相机构成单目视觉系统,组成基于单目视觉系统、气压高度计辅助的捷联惯性导航系统。系统通过事先设定的定位点信息修正导航系统的导航参数。文中给出了系统总体设计方案,建立了包括元件误差模型在内的组合导航系统模型,并进行组合导航与SINS导航对比的数值仿真。仿真结果表明,组合导航系统具有较好的容错性能,其导航精度和可靠性均有提高。     

船用空间稳定型惯导系统静基座误差分析

推导了用于地球表面导航的船用空间稳定型惯导系统误差方程,通过求解静基座状态下的系统误差方程,分析了各类误差源对空间稳定型惯导系统的影响.理论分析及系统仿真实验表明各误差源中只有陀螺常值漂移会引起随时间而发散的误差,其他误差源只引起周期性振荡误差和常值误差,并且空间稳定型惯导系统的位置误差和速度误差以舒勒频率和地球频率进行传播.     

惯性平台测漂方案的研究

陀螺仪的漂移是空间稳定惯性导航系统的主要误差源,对漂移模型系数的准确辨识是保证系统实现长时间、高精度自主导航的关键.给出了一种利用三轴高精度伺服转台提供多个测试位置,使惯性平台工作在相应位置下,并处于惯性稳定状态的静态6位置测漂方案.三轴转台的使用提高了多位置测量时,平台测漂位置的精确度.建立了包含陀螺仪漂移、地球自转、安装误差角等因素在内的平台漂移数学模型.对平台漂移误差参数的辨识方法进行了阶段性分析,取加速度计和欧拉角的输出作为观测量,建立了平台漂移误差模型的状态方程和输出方程.从理论上分析了影响陀螺安装误差角辨识精度的主要因素,提出了转台相对地面存在角速率条件下的辨识方案改进的思路.     

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.     

A local geopotential model for implementation of underwater passive navigation

A main aspect of underwater passive navigation is how to identify the vehicle location on an existing gravity map, and several matching algorithms as ICCP and SITAN are the most prevalent methods that many scholars are using. In this paper, a novel algorithm that is different from matching algorithms for passive navigation is developed. The algorithm implements underwater passive navigation by directly estimating the inertial errors through Kalman filter algorithm, and the key part of this implementation is a Fourier series-based local geopotential model. Firstly, the principle of local geopotential model based on Fourier series is introduced in this paper, thus the discrete gravity anomalies data can be expressed analytically with respect to geographic coordinates to establish the observation equation required in the application of Kalman filter. Whereafter, the indicated gravity anomalies can be gotten by substituting the inertial positions to existing gravity anomalies map. Finally, the classical extended Kalman filter is introduced with the differences between measured gravity and indicated gravity used as observations to optimally estimate the errors of the inertial navigation system （INS）. This navigation algorithm is tested on simulated data with encouraging results. Although this algorithm is developed for underwater navigation using gravity data, it is equally applicable to other domains, for example vehicle navigation on magnetic or terrain data.     

Using local geopotential model to implement underwater passive navigation

A main aspect of underwater passive navigation is how to identify the vehicle location on an existing gravity map, and several matching algorithms as ICCP and SITAN are the most prevalent methods that many scholars are using. In this paper, a novel algorithm that is different from matching algorithms for passive navigation is developed. The algorithm implements underwater passive navigation by directly estimating the inertial errors through Kalman filter algorithm, and the key part of this implementation is a Fourier series based local geopotential model. Firstly, the principle of local geopotential model based on Fourier series is introduced in this paper, thus the discrete gravity anomalies data can be expressed analytically with respect to geographic coordinates to establish the observation equation required in the application of Kalman filter. Whereafter, the indicated gravity anomalies can be gotten by substituting the inertial positions to existing gravity anomalies map. Finally, the classical extended Kalman filter is introduced with the differences between measured gravity and indicated gravity used as observations to optimally estimate the errors of Inertial Navigation System (INS). This navigation algorithm is tested on simulated data with encouraging results. Although this algorithm is developed for underwater navigation using gravity data, it is equally applicable to other domains, for example vehicle navigation on magnetic or terrain data.     

基于水下重力差异熵的导航匹配算法仿真研究

介绍了重力辅助导航发展概况, 阐述了采用地球物理特征的重力差异熵方法进行水下重力辅助导航算法设计及仿真实验方法研究。该算法基本思想是在导航匹配算法中, 将信息熵引入 自主水下运动载体( autonomous underwater vehicles ,AUV)重力辅助导航, 在重力数据库研究的基础上, 通过模板重力图与实时重力图的信息量差异以及模板重力梯度图差异, 修正水下惯性导航系统( inertial navigation system,INS)的误差。仿真实验结果表明, 利用重力差异熵辅助INS导航, 能够获得高精度的导航信息。因此, 基于水下重力差异熵的辅助导航, 可实现AUV 长航时隐蔽的高精度导航。     

模糊控制在平台稳定回路系统中的研究

平台式惯性导航系统依靠由陀螺稳定的机械平台,为导航系统和姿态稳定系统提供测量基准,平台稳定回路是其中事关导航精度的关键部分。对平台稳定回路进行了建模,将模糊控制和带多个修正因子的模糊控制方案引入平台稳定回路的双闭环回路系统,并对此控制方案进行了仿真分析,理论上证明了模糊控制方案在平台稳定回路控制中的可行性。     

惯导平台稳定系统MATLAB仿真研究

讨论惯导平台稳定系统的工作及测试过程，建立了数学物理模型并完成仿真，设计实现了惯导平台稳定系统动态性能测试的软测试。     

火炮随动系统解耦控制的应用研究

采用捷联惯导系统做为火炮的姿态测量元件,能够有效提高调炮精度。针对火炮随动系统存在的方位和高低控制通道之间的耦合问题,采用了四元数解耦控制算法,使方位和高低通道独立不相干扰。在解决方位轴实时计算时分别采用俯仰轴叉乘法和高低量解算法,达到解耦控制效果。仿真和实验证明该方法的有效性。