杆臂效应补偿中H_∞滤波器的应用与设计

针对大杆臂或高挠曲条件下杆臂长度不确定性引起的速度匹配误差问题,引入了H_∞滤波技术.首先,在力学补偿法的基础上,利用标称杆臂构建杆臂效应量并进行补偿.然后,将不确定性杆臂引起的杆臂效应误差量纳入量测噪声,利用H_∞滤波的鲁棒性对能量有限的不确定性量测噪声进行抑制,并给出了滤波器的递推算法.最后,以大型舰船主/子惯导传递对准为例,仿真比较了传递对准中使用真实杆臂与标准Kalman滤波、标称杆臂与标准Kalman滤波、标称杆臂与H_∞滤波3种方案的处理效果.仿真结果表明,在杆臂长度存在挠曲变形时,采用H_∞滤波可以有效提高传递对准的精度.     

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。     

激光陀螺捷联惯性导航系统中惯性器件误差补偿技术

为了提高激光捷联惯性导航系统的导航精度，对惯性器件误差进行了原理上的分析和说明，并针对由国内某型激光陀螺构成的惯性测量器件进行了误差分析，在此基础上建立了误差补偿的精确数学模型，提出了一种简易的且具有较高精度的误差模型参数静态标定方法，给出了计算误差模型参数的数学推导过程和解析表达式。分析结果表明，惯导系统误差主要由惯性器件测量误差引起，为了有效补偿惯导系统的系统误差，必须针对具体的惯性器件进行误差补偿，实际测试结果证明，该计算方法精度较高，可以有效提高惯导精度。     

基于滤波估计的传递对准观测值延时抑制方法

传递对准过程中,由于主惯导的解算和传输延迟,子惯导解算信息与进行匹配的基准信息不能完全同步,有些情况下时间延迟较大。分析了时间延迟对速度加姿态角匹配传递对准的影响,并提出了一种时间延迟估计与补偿方法。建立了主惯导时间延时模型,推导了包含时间延时的传递对准观测方程。仿真结果表明,未补偿主惯导信息时间延迟,传递对准失准角估计误差达到40′左右,补偿后,传递对准失准角估计误差在6′以内。该方法可以有效降低由于主惯导信息延时而导致的估计误差发散现象,提高了传递对准精度。     

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.     

舰载机大失准角的快速二次传递对准方法

针对舰载机传递对准特点,直接利用主惯导的导航信息进行一次装订,引入了大失准角对准问题.为了解决舰载机传递对准问题,提出利用子惯导自主对准进行一次装订减小子惯导中间坐标系与主惯导间的失准角.分析Wahba问题提出统计意义的Quaternion(四元数)对准方法替换传统的Triad(双矢定姿)对准方法,提高了多信息冗余度和对准精度.基于分级修正思想,提出二次传递对准方法,第一次传递基于非线性模型和自适应渐消扩展卡尔曼滤波,并给出简化的渐消因子计算方法;第二次传递对准基于线性误差模型,采用速度+航向匹配,在补偿失准角的基础上,估计陀螺漂移.仿真结果表明二次传递方法能够满足舰载机传递对准需求.     

INS辅助的BDS伪距率一致性欺骗信号检测方法

传统INS辅助的伪距检测模型难以敏感低于惯导漂移误差的位置拉偏,针对这一问题,提出了INS辅助的BDS伪距率一致性欺骗信号检测方法。利用惯导误差发散缓慢的速度信息,构造经INS校准后的伪距率,与实际测得的卫星伪距率差分获得一致性检验量,并采用故障检测的思想制定欺骗信号检测方案,分析得出检测门限。实验结果显示,相较于随时间发散严重的伪距模型,所提方法同时适用于对位置欺骗和速度欺骗的检测,降低了检测误警率,能够在较长时间内保证检测灵敏性,且高精度的惯导系统辅助能够有效提高检测性能。     

基于实时测量的两杆柔性操作臂的模糊补偿控制

将计算力矩方法和模糊逻辑单元相结合,对带有柔性杆件的机器人操作臂的轨迹跟踪控制进行了研究。一套集成激光传感系统实时测量柔性杆臂的弹性变形,并用于机器人操作臂的补偿控制。     

基于高斯过程的人臂可达运动臂位形预测

针对已有的人臂可达运动臂位形预测方法计算复杂,不考虑上下臂长度导致适应性差、精度低等的问题,提出一种基于高斯过程的人臂可达运动臂位形预测方法.采用臂角参数量化人臂冗余性,实验分析了上下臂长度对人臂可达运动臂位形的影响.使用高斯过程回归的方法学习人臂可达运动过程中手掌位姿及上下臂长度与臂角的关系,构建适用于不同臂长人臂的...     

基于指数变增益迭代学习控制的机械臂轨迹跟踪研究

针对一类具有强耦合、参数时变、不确定干扰性质的机械臂系统,提出了一种指数变增益的闭环D型迭代学习控制算法.该算法主要解决机械臂轨迹跟踪精度以及迭代学习速度问题,可以实现机械臂轨迹的快速精确跟踪.最后通过MATLAB对机械臂轨迹跟踪系统进行仿真,仿真结果验证了算法的有效性.     

两时间尺度的捷联速度算法研究

根据奇异摄动理论分析具有小参数的捷联惯导系统方程,在两时间尺度上对系统状态方程进行了降阶简化处理,设计捷联算法.在内回路推力速度矢量计算中,应用一种新的划船补偿算法补偿比力转换过程中载体姿态变化产生的速度误差.在外回路中进行重力地速计算,完成导航坐标系上速度的更新.仿真结果表明:新算法精度与Savage四子样算法近似,计算量小.     

室内行人航向修正算法研究

室内环境下的行人导航问题是当前导航领域的研究难点与热点,基于足绑式MEMS是行人导航的主要形式之一。针对目前行人导航航向发散的问题,同时避免磁力计引入外部误差,在零速更新（ZUPT）的基础上,研究了磁角速率更新（MARU）的航向修正算法,假定行人处于零速区间时磁场是恒定的,当惯性传感器转动时,磁力计的三维矢量也会相应变化,利用磁场的变化信息作为零速时刻陀螺仪输出角速率的观测值,并通过扩展卡尔曼滤波（EKF）对角速度误差进行补偿,从而限制航向角的漂移。实验结果表明,该算法航向跟踪性强,对航向修正有一定的有效性,其终点定位误差占总路径的0.55%,达到了良好的定位精度。     

融合MT2503与MEMS传感器的惯性导航定位算法

为提高惯性导航室内定位算法的精度与连续性,提出一种融合MT2503与MEMS传感器的惯性导航定位算法,算法以MT2503芯片作为定位终端,并将加速度计传感器、陀螺仪,磁力计等传感器与其进行融合,通过加速度计传感器解算步长、步幅、步频,通过陀螺仪与磁力计来识别定位终端微动偏移量,最后在初始位置上累加定位终端位移得出定位终端实时位置。实验证实通过零速修正和卡尔曼滤波对误差进行校正,有效的解决了MEMS(micro-electro mechanical system)定位算法中存在的导航解算误差累积问题,提升了MEMS惯性导航室内定位算法的精度。     

基于捷联惯导的蛇形管道机器人定位算法

为解决蛇形管道探测机器人因处于地下管道,难以定位的问题,基于牛顿第二定律为蛇形管道探测机器人设计了一种高精度的捷联式惯性导航定位系统(strapdown inertial navigation system, SINS)。系统搭载九轴惯性测量器件(inertial measurement unit, IMU)对蛇形机器人的加速度及角速率信息进行测量,融合卡尔曼滤波算法对定位系统进行误差补偿,采用四元数法构造捷联式惯性导航系统姿态矩阵进行姿态更新,再积分得到速度和位移。利用MATLAB软件根据上述算法对机器人的速度、位移进行分析计算,并与机器人真实的速度位移做比较,验证算法的可靠性。实验结果表明：所提算法的定位误差最大不超过4.7%,能够为管道探测机器人提供准确地速度和位置信息,具有较高的实用价值和意义。     

基于BP神经网络的GFSINS角速度预测

针对无陀螺捷联惯导系统(GFSINS)中传统角速度算法解算精度不高的问题,提出一种可避免复杂代数运算的反向传播(BP)神经网络算法来求解角速度.基于一种十加速度计构型方案,选择10个加速度计输出、采样周期和臂杆距离等12个已知量作为网络输入,以对数法得到的角速度值作为期望输出,针对5 000个样本在不同的隐含层层数、单层神经元个数以及学习步数等情况下进行网络训练,构建了一个含有30个隐含层神经元的3层BP网络模型.采用此模型对角速度进行实时预测,结果表明:网络具有很好的适应能力和实时性,角速度实时预测时间与对数法相当,且其预测精度比对数法提高大约3倍.     

改进的对数算法求解GFSINS的角速度

基于一种9加速度计配置方案,应用对数算法对无陀螺捷联惯导系统的角速度进行求解,对传统对数算法解算角速度进行了推导,详细分析了该方法解算角速度造成不能判断符号的原因,并针对此问题提出了积分法和一种准无陀螺方法来判断符号的解决方案.对传统对数算法和改进的对数算法解算角速度进行了仿真试验,验证了改进的对数算法可以判断解算角速度的符号.     

一种基于速度加比力匹配的传递对准时间延迟补偿算法

传递对准过程中,由于主惯导的传输延迟,子惯导解算信息与进行匹配的基准信息不能完全同步,有些情况下时间延迟影响较大。分析了时间延迟对速度加比力匹配传递对准算法的影响,并用扩增状态量的方法对该算法时间延迟进行建模和补偿。仿真结果表明,对准过程中当舰船处于匀速运动状态,时间延迟几乎不会影响对准性能;当舰船进行加速运动或S形机动运动时,时间延迟会严重影响对准性能,通过补偿可以有效地减少时间延迟对于该算法的影响。     

基于信息层的捷联惯导信号反演技术

针对惯性导航的器件价格昂贵且建模复杂,以及全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)/惯性定向定位导航系统(inertial navigation system,INS)组合导航对信息传递速度较慢的问题,提出了一种基于信息层的捷联惯导信号反演技术.在整理归纳了惯性导航中常用坐标系的定义后,首先给出了根据已知的原始目标的欧拉角进行姿态矩阵的计算;然后重点讨论了如何根据已知位置、速度和姿态矩阵,反演其比力、角速度;最后叠加误差得到仿真条件下的惯导器件测量值.仿真结果表明:从一段运动轨迹中反演得到的比力和角速度,是以信息帧格式模拟输出惯导器件测量值,再应用惯导方程进行验证,得到的结果误差符合惯导系统误差允许范围.     

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.