IMU姿态解算的卡尔曼滤波方法比较

【目的】利用惯性定位技术在非开挖时直接测定电缆通道的三维坐标。在惯性定位中，姿态算法对整个系统精度的影响最大，对扩展卡尔曼滤波（EKF）和误差状态卡尔曼滤波（ESKF）两种常用的姿态解算法进行评估。【方法】以四元数和陀螺输出误差为状态向量、磁力计和加速度计为观测向量，基于四元数姿态模型，分别用EKF和ESKF进行姿态解算。【结果】试验结果表明：在计算效率方面，ESKF的计算效率要高于EKF,ESKF的计算耗时约为EKF的80%；在计算精度方面，EKF的均方根误差相对于ESKF有35.6%的改善。【结论】由于地下管线惯性定位主要考虑定位精度，因此EKF具有更好的应用价值。     

滤波角速率输入的圆锥误差补偿

为了提高光纤陀螺捷联惯性导航系统精度,提出了滤波角速率输入的圆锥误差补偿方法。根据滤波前后物理量圆锥效应的不同,分析滤波圆锥误差准则,并依据滤波角速率求取滤波角增量的算法,推导了滤波角速率输入的捷联惯性导航系统圆锥误差补偿中的误差补偿系数和误差主项。结合光纤陀螺特性的对比仿真结果表明,滤波角速率输入圆锥误差补偿算法精度比传统姿态算法精度高2～3个数量级。滤波角速率输入圆锥误差补偿算法更贴近工程,对提高角速率陀螺构建的捷联惯性系统精度具有重要理论和工程意义。     

捷联系统三阶姿态算法的改进研究

该文提出捷联系统姿态计算的一个新方法,具有计算量较小和精度较高的特点,给出了算法的具体实现方法及仿真结果,证实了新算法的有效性.     

机载全姿态指示仪的图形变换

针对机载显示系统中图形变换最为耗时的全姿态指示仪画面,提出一种新的算法. 该算法预测地平线各行的像素数,用水平线或竖直线作为扫描线进行填充,并在填充过程中实时计算地平线上各像素点的坐标,避免了建立地平线数组. 与原有算法相比,减少了存储空间和计算量,提高了全姿态指示仪画面的图形变换速度.     

极点迭代法—一个求最小条件平面度误差的快速,精确算法

在文献「３」、「６」的基础上提出了最小条件平面度误差的一种新算法。新算法在计算的主 仅对每行的极值点进行迭代计算，在计算效率方面显著优于已有的算法。尤适宜于自理较大型的问题。     

采用自适应补偿的无人机姿态测量

根据合作目标的单站姿态测量原理,结合实际大气湍流条件下激光光束的漂移及扩展效应,提出利用补偿和定位后的激光光斑质心确定无人机外部姿态的方法. 通过计算单帧激光光斑中心提取单位时间内激光光斑质心组成的外围轮廓特征点,并将其构成多边形. 以多边形图像质心为参照,建立姿态测量自适应补偿模型. 计算结果表明,当目标距离为3 km时,采用模拟退火算法迭代解算并对结果进行自适应补偿,得到的姿态角误差最大值为0.221±,说明自适应补偿技术的姿态测量算法具有较高的姿态测量精度和收敛性.     

无人机空中加油相对位姿解耦迭代确定算法

针对视线方程中位置和姿态信息存在严重耦合及强非线性的问题,研究了一种相对位姿解耦迭代确定算法,并用于无人机空中加油. 根据卫星导航中的伪距概念,利用视线矢量构建观测矩阵,通过最小二乘法求解相对位置更新,进而更新伪距确定相对姿态. 引入单步迭代误差证明了算法的收敛性,通过分析误差协方差阵的迹讨论 特征点几何构型对相对位置确定精度的影响. 仿真结果表明,与高斯最小二乘微分修正算法相比,提出的算法运行速度和抗噪声性能分别提高了23%和40%,相对位置稳态误差优于0.1 m,相对姿态误差优于0.5±,满足无人机空中加油对接阶段相对位姿测量精度要求.     

光纤陀螺捷联惯导系统改进航姿算法应用

捷联惯导系统一般采用旋转矢量姿态算法来消除圆锥误差的影响,从而提高姿态解算精度. 该文针对不同精度等级的角速率输出光纤陀螺,采用适合工程实现的低阶旋转矢量姿态算法,在多种不同程度的经典圆锥运动下进行了一系列仿真测试,确定了多子样旋转矢量算法在多种典型工程环境中的最优子样数,并在高性能微型数字信号处理器(digital signal processor, DSP)导航计算机上对旋转矢量姿态算法进行了试验,得到了理想的效果.     

MEMS-INS微型飞行器姿态确定系统的实现研究

研究了微型飞行器姿态确定系统的样机实现.在对MEMS惯性器件性能分析和零偏温度建模的基础上,提出微型飞行器九位置非正交及安装误差标定方法,利用相关理论分析MEMS惯性传感器的噪声特性,建立适合工程应用的姿态组合算法,进行了转台测试和试飞试验.误差补偿后,陀螺和加速度计零偏稳定性分别达到0.036°/s²和0.01 m/s²,俯仰和横滚的误差均方差分别达到0.33°和0.28°.试验结果表明:器件和系统级的误差补偿起到了综合补偿的效果,姿态误差减小了约50%,基于MEMS-INS的姿态确定系统可满足微型飞行器自主姿态稳定的需求.     

一种改进的LMS算法的研究与仿真

为解决最小均方误差算法中收敛速率和稳态误差之间相互制约的问题,在NLMS算法基础上提出了一种改进的LMS算法.改进算法通过引入调节因子和修正系数,使算法在收敛时和稳定时能够很好地改善收敛速率与稳态误差之间的制约关系.实验结果表明,相对于传统LMS和NLMS算法,新方法在改进收敛速率和稳态误差间关系效果更好.     

基于卷积神经网络的时空权重姿态运动特征提取算法

在传统姿态运动特征提取过程中存在有效提取效率低的问题,于是提出了基于卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)算法的时空权重姿态运动特征提取算法.针对所选择的运动时空样本,提取相应的时空运动关键帧并以静态图像的形式输出;采取运动目标检测、图像增强等多项措施完成初始运动图像的预处理工...     

改进遗传算法及其在平面度误差评定中的应用

针对平面度误差评定的特点,提出了一种新颖的基于实数编码的改进遗传算法.该算法采用基于代沟最小的代选择模型,选用BLX-α混合交叉算子,算法简单、鲁棒性强,优化效率高.同时给出遗传算法评定平面度误差时目标函数数学模型的建立方法.最后,通过不同评价方法对同一平面的平面度误差进行评定,结果证明该方法不仅能收敛到全局最优解,而且具有较快的收敛速度.     

线性规划基线算法的数值报告

介绍了基线算法的构思原理,用Netlib数据和随机生成的数据对几种具体的实现形式进行了测试,并与单纯形法进行了比较．理论和数值结果表明基线算法是一种可靠、有效的算法．此外,还给出了关于其它算法(包括内点算法)的若干评述．     

超立方体多阶网的链接路径算法

该文将一个超立方体网络定义为一个k阶×r层的网阵,并对相应的术语进行了科学的定义,该文着重从动态路径连接的角度,给出了超立方体网阵的网结值、网层值和链接语句的算法。利用该算法可完全确定其超立方网结点动态连接的路径。文章还给出了一个路径算法的实例。     

基于故障检测的惯性航姿系统内阻尼姿态组合算法

在平台式惯导系统中可通过阻尼网络来阻尼系统的振荡误差,而在捷联惯性航姿系统中也可以借鉴这个思想,通过加速度计的信息对陀螺漂移进行修正.文中提出了分别利用陀螺仪和加速度计来解算载体姿态,然后通过卡尔曼滤波器进行数据融合的方法.由于加速度计信息进行阻尼的方法只有在系统处于非加速度运动状态才可用,因此,本文将故障检测理论中的残差χ 2检验法应用在卡尔曼滤波器中,进行运动状态的实时判断,并根据判断结果进行相应的处理.此外,算法中还考虑到传感器测量野值带来的影响,提高了算法的容错性能和灵敏度.最后,采用实际系统的动静态试验验证了本算法的有效性.     

四旋翼飞行器的分散式容错控制

针对存在复合干扰和执行器故障的四旋翼飞行器姿态系统提出一种故障调节策略. 首先给出了四旋翼飞行器的姿态模型和存在复合干扰情况下的姿态模型,并给出执行器的失效故障表达形式. 针对姿态控制系统的复合干扰和执行器失效故障,分别给出一种复合干扰估计和局部故障诊断和辨识(fault diagnosis and identification,FDI)算法. 复合干扰估计器由干扰估计误差驱动,并非直接与传统的状态跟踪或预测误差有关. 针对执行器失效故障的局部FDI结构类似于模型参考自适应,基于复合干扰估计和局部FDI设计出四旋翼飞行器姿态系统backstepping容错控制器. 仿真实验验证了文中所提容错控制策略的正确性和有效性.     

GPS/SST/SINS组合导航系统研究

提出了卫星/捷联星光/捷联惯导组合导航系统的方案和组合结构,采用改进的集中滤波对多传感器信息进行数据融合和导航状态的最优估计.该组合导航系统将捷联星光跟踪仪的姿态信息、高动态GPS的位置、速度信息与捷联惯导进行组合滤波,全面提高导航的姿态、速度和位置精度.同时该组合导航系统以弹道导弹为应用对象,设计并实现了基于弹道导弹的GPS/SST/SINS组合导航系统实时仿真平台,仿真结果表明该组合导航系统能提高导弹的导航精度,滤波算法稳定可靠.