基于SAR的组合导航系统仿真研究

针对地形辅助导航中SAR图像匹配高度通道不可观，及传统Kalman滤波器自适应性差的缺陷，提出引入GPS高度信息及自适应联邦Kalman滤波算法，设计基于自适应联邦滤波的SINS／GPS／TAN／SAR四组合导航系统。该方案能有效地提高系统的自适应性、导航精度和自主性。并且由于方位误差角是直接观测量，使得载体不需机动即可获得良好的惯导空中对准能力。同时，该方案还可以提供SAR系统所需的运动补偿信息，由此构成导舷设备与任务设备互补的双向信息融合系统。     

车载多传感器组合导航系统设计与实现

针对捷联惯性导航系统(SINS)和全球卫星定位系统(GPS)构成的车栽组合导航系统在GPS无效时精度迅速下降的问题,设计了车裁SINS/里程计/GPS定位定向仪组合导航系统,使用信息滤波进行SINS误差估计并对SINS作反馈校正.当GPS不可用时,利用里程计辅助SINS.使用基于PC/104的硬件结构和模块化的软件结构,对系统进行了软、硬件的实现.实验结果证明,在GPS无效时间段内,该系统可以抑制SINS误差发散,并把误差限制在较小水平,是一种实用的车栽组合导航系统.     

捷联惯导连续旋转方位轴式初始对准研究

针对捷联惯导系统初始对准时可观测性差的缺点,提出了一种提高系统状态变量可观测度的新方法。该方法通过连续旋转方位轴来等效地变换捷联惯导系统误差模型中的系统矩阵,从而提高了初始对准过程中的可观测度,满足了初始对准过程中对精度和速度的要求。分析了连续旋转方位轴式对准时系统的可观测性,并对不同方式下的捷联惯导初始对准过程中系统状态的可观测度进行了对比研究,指出采用连续旋转方式时系统状态的可观测度最高。仿真验证结果表明,连续旋转方位轴式初始对准对姿态误差角的估计精度较二、三位置方法提高了一倍。     

大杆臂条件下传递对准算法的设计与仿真

以舰载主/子惯导传递对准为研究对象,分析了传递对准中大杆臂给杆臂长度与子惯导速度带来的影响。针对大杆臂条件下杆臂长度不确定性增加的问题,提出了将杆臂长度误差增列为系统状态向量进行精确估计,并设计了滤波器。针对大杆臂条件下,子惯导天向通道的精确计算需求,提出主惯导在子惯导安装位置处的伪观测量构造算法。仿真结果表明了该滤波算法可以精确的估计杆臂长度,保证子惯导天向通道的计算精度。     

基于联邦滤波的SINS/GPS全组合导航系统研究

传统的捷联惯性导航系统(SINS)/全球定位系统(GPS)组合导航系统常采用位置速度组合模式,其可观测性与载体的飞行航迹有关,从而影响了整个组合导航系统的精度和可靠性.为了解决这一问题,提出了基于联邦滤波的SINS/GPS全组合导航系统方案,推导了姿态角误差和平台失准角之间的变换关系,建立了SINS/GPS全组合导航系统数学模型,最后采用联邦滤波算法进行组合导航仿真计算.通过对仿真计算结果的分析,证明基于联邦滤波的SINS/GPS全组合导航算法能够有效地提高系统的导航精度和可靠性.     

光纤陀螺常值漂移误差自补偿方法

光纤捷联惯导系统(SINS)中,光纤陀螺常值漂移是导致SINS导航误差的主要因素.阐述了单轴旋转误差自补偿技术的基本原理,针对传统单轴旋转调制不能补偿与旋转轴平行方向上的陀螺常值漂移误差,给出了一种改进的单轴旋转式惯导系统误差自动补偿方法.将惯性测量组件(Inertial Measurement Unit,IMU)倾斜安装,不与旋转轴正交或重合,理论分析了这种配置方案可以有效地补偿一般单轴旋转方案中不能补偿的光纤陀螺常值漂移误差,从而大大提高系统的导航精度,最后给出了仿真结果.仿真结果表明,改进的单轴旋转方案能够明显的提高惯导系统的精度.     

基于插值非线性滤波的SINS静基座初始对准

讨论了捷联惯性导航系统（SINS）静基座初始对准的非线性和线性误差模型,提出一种基于插值非线性滤波的SINS静基座初始对准方法.分析了插值非线性滤波原理,给出了系统加性噪声情况下的二阶插值非线性滤波递推算法.进行了静基座状态下基于KF、EKF和插值非线性滤波的初始对准仿真.仿真结果表明,在大方位失准角的情况下,基于插值非线性滤波的对准方法具有更高的估计精度,且无需计算Jacobian矩阵,相对于EKF计算量更小,实现更为简单.     

基于低维SOM的可观测度分析方法及其应用

针对卡尔曼滤波器中状态可观测度的定量分析问题,提出了基于低维条带化可观测矩阵(strippedobservable matrix,SOM)的可观测度分析方法。该方法通过建立分段式定常系统(piece-wise constant system,PWCS)模型,证明了SOM与系统总的可观测矩阵具有同等的观测效力,在此基础上将PWCS模型的分段间隔作为SOM的区间分割单位,降低了其维数,进而用低维SOM的奇异值定义系统状态的可观测度。为避免定义中可能出现的基准值不确定性问题,将基准值的可信度及其影响因子引入到系统状态可观测度的定义中,给出了一种新的定义模式。最后以无源北斗/SINS深组合导航系统为例验证了该方法的有效性。     

速度匹配算法在传递对准中的应用分析

理论上,载机机动对提升速度匹配传递对准滤波器的性能是有益的,但机动同时会带来较大的机翼动态挠曲变形角,这一过程对传递对准又是不利的。为了分析机动对速度匹配传递对准过程的影响,首先给出了考虑机翼柔性变形时主子惯导之间的失准角模型,并采用二阶Markov过程来表示机翼动态挠曲变形角。其次,给出了在动态挠曲变形的影响下,杆臂速度与杆臂加速度的表达式。然后,推导出了本文使用速度匹配算法的误差评估方法。最后,结合提出的相关模型,对机动条件下速度匹配算法的性能进行仿真分析。结果表明,在机翼动态挠曲变形角标准差达到20′时,滤波器出现明显的发散现象,因此速度匹配算法在应用时,应充分考虑机动带来的动态挠曲变形角所产生的影响,合理选择机动大小或武器挂点。     

速度匹配算法在传递对准中的应用分析

理论上，载机机动对提升速度匹配传递对准滤波器的性能是有益的，但机动同时会带来较大的机翼动态挠曲变形角，这一过程对传递对准又是不利的。为了分析机动对速度匹配传递对准过程的影响，首先给出了考虑机翼柔性变形时主子惯导之间的失准角模型,并采用二阶Markov过程来表示机翼动态挠曲变形角。其次，给出了在动态挠曲变形的影响下,杆臂速度与杆臂加速度的表达式。然后，推导出了本文使用速度匹配算法的误差评估方法。最后，结合提出的相关模型,对机动条件下速度匹配算法的性能进行仿真分析。结果表明，在机翼动态挠曲变形角标准差达到20′时，滤波器出现明显的发散现象，因此速度匹配算法在应用时，应充分考虑机动带来的动态挠曲变形角所产生的影响，合理选择机动大小或武器挂点。     

基于鲁棒滤波的组合导航系统动基座对准

基于采用旋转组件的SINS/GPS组合导航系统,讨论了系统中的旋转组件转速误差和GPS信号延迟带来的时间不同步问题,针对这些扰动造成的系统模型误差,提出将基于极小极大准则的H∞滤波用于组合导航系统的动基座对准。通过对载体在不同运动方式下的动基座对准仿真,对Kalman滤波和H∞滤波的性能进行比较,证明H∞滤波算法具有对准时间快,精度高,抗干扰能力强的特点。     

卫导辅助下的舰船捷联惯导航行间粗对准方法

针对舰船捷联惯导在行进间难以实现自主的粗对准,研究了在动基座下的舰船捷联惯导的粗对准,提出了一种采用全球定位系统(global position system, GPS)辅助舰船捷联惯导系统在运动中实现粗对准的方法。该方法利用GPS获得的位置信息,通过对捷联惯导基本方程的数值积分,计算捷联姿态矩阵。相比于借助外测速度实现粗对准,该方法借助GPS获得的位置信息实现粗对准,不需要装备多普勒测速仪。因此,该方法成本更低、具有实用性。经试验验证,该方法能使舰船捷联惯导在航行间快速的计算出初始捷联矩阵,满足姿态误差角小于1°的精度要求。     

基于自适应UKF算法的机载INS/GPS空中对准研究

在空中对准失准角不满足小角度假设的条件下,推导了一种新的机载INS/GPS大失准角空中对准的误差模型。将基于极大似然估计的自适应估计器与无迹卡尔曼滤波(unscented Kalman filter, UKF)算法相结合,修改自适应滤波算法中自适应参数的表达式。提出将自适应UKF算法用于非线性误差模型的空中对准方案中。仿真表明,自适应UKF算法能够克服噪声统计模型不准确对滤波结果的影响,失准角估计的精度好于UKF算法的精度。     

Novel method of improving the alignment accuracy of SINS on revolving mounting base

In the process of initial alignment for a strapdown inertial navigation system (SINS) on a stationary base, the east gyro drift rate is an important factor affecting the alignment accuracy of the azimuth misalignment angle. When the Kalman filtering algorithm is adopted in initial alignment, it yields a constant error in the estimation of the azimuth misalignment angle because the east gyro drift rate cannot be estimated. To improve the alignment accuracy, a novel alignment method on revolving mounting base is proposed. The Kalman filtering algorithm of extending the measured values is studied. The theory of spectral condition number is utilized to analyze the degrees of observability of states. Simulation results show that the estimation accuracy of the azimuth misalignment angle is greatly improved through a revolving mounting base, and the proposed method is efficient in initial alignment for a medium accurate SINS.     

基于改进四元数阻尼误差模型的SINS初始对准算法

针对传统捷联惯导系统(strapdown inertial navigation system, SINS)四元数非线性误差模型存在坐标系不一致的问题, 对姿态误差模型和速度误差模型进行改进, 将误差矢量统一投影至计算导航坐标系下。此外, 引入全球定位系统阻尼信息, 在阻尼SINS解算基础上, 结合四元数无迹估计器提出了一种改进四元数阻尼误差模型对准算法, 可应用于系泊状态下的SINS初始对准。仿真和车载试验结果表明, 在不同的大失准角下, 该改进算法相比传统四元数阻尼误差模型对准算法和欧拉角阻尼误差模型对准算法, 具有更好的对准精度、收敛速度以及稳定性。     

GPS/SINS全组合系统确定SAR卫星的轨道和姿态

GPS/SINS组合系统因其多方面的优越性而在许多导航系统中使用。不过 ,利用GPS接收机的伪距、伪距率和载波相位双差等所有原始观测信息的全组合系统还处于研究之中。针对全组合系统进行了研究 ,建立了相应的误差模型和系统观测模型 ,特别是组合系统下的GPS载波相位双差观测模型。并以高分辨率SAR小卫星的轨道和姿态确定为仿真对象 ,对该系统进行了计算机仿真。仿真结果表明 ,GPS/SINS全组合系统具有很高的精度和可靠性 ,基本上能满足SAR卫星平台的任务要求     

一种新型UUV半实物仿真系统设计与实现

针对UUV导航与控制系统高精度仿真的需要,设计了一种支持捷联惯导、多普勒测速仪、深度传感器和GPS接收机接入的半实物仿真系统,解决了GPS卫星导航信号仿真、多普勒测速仪水声回波模拟和UUV深浅水航行深度模拟问题,进行了导航与控制系统的半实物仿真试验,分别测试了GPS导航仿真子系统、多普勒测速仿真子系统和深度模拟子系统。试验结果表明,该仿真系统满足了仿真实时性和计算精度的要求,对于UUV研制具有重要的应用价值。

Abstract：

To satisfy the requirement of high accuracy simulation of complicated navigation and control system of unmanned underwater vehicle, a new plan of simulation system was proposed, which afforded the interface environment for SINS, Doppler velocity instrument, depth sensor and GPS receiver. The GPS satellite navigation signal simulation, the acoustic echo of Doppler velocity instrument and the sailing depth simulation were solved. The simulation experimentation combining hardware was processed, and the GPS simulation subsystem, the Doppler velocity simulation subsystem and the sailing depth simulation subsystem were all tested. The results show that the simulation system meets the real-time and accuracy requirements, and the system has important application value for UUV development.