捷联惯性导航系统初始对准综述

从初始对准的解析粗对准和精对准两个方面,对捷联惯导系统初始对准技术研究现状进行了叙述和分析,探讨了捷联惯导系统初始对准技术面临的问题和未来的发展方向,为这一领域开展的研究提供了一定的参考。     

四阶龙格库塔法在激光陀螺捷联惯性导航系统中的应用

在激光捷联惯性导航系统中,应用四阶龙格库塔法求解载体速度增量,有效地解决了载体转动过程中三轴陀螺角速度变化对速度的影响,通过与三轴加速度计实测的X,Y,Z方向的加速度叠加,大大减少了导航中速度的累积误差,保证了捷联惯性导航系统在地理坐标系东北天中实时测量载体的三轴运动速度,以及载体航向、横滚、俯仰的快速实时输出,提高了纯惯性导航系统姿态精度和定位精度.动静态寻北、导航实验及捆绑载体测量其姿态跟踪性能的测试结果表明,寻北精度CEP小于0.5密位,横滚、俯仰精度误差小于0.3密位,里程计组合导航精度误差小于1‰.     

船用捷联式惯性导航仿真系统设计及研究

针对船用捷联式惯性导航系统长时间工作后,精度明显下降,不能满足导航需求的问题,设计了一种模块化的船用捷联式惯性导航仿真系统,并进行了仿真研究。将船用捷联惯导设计为四个模块,分别为轨迹仿真模块、惯性器件仿真模块、导航解算模块和误差分析模块。利用建立的模型,仿真分析捷联式惯性导航系统姿态角、速度和位置误差的主要特性,研究天向速度的发散对东向和北向速度误差的影响,探究初始对准误差对导航精度的影响。结果表明,仿真系统可以很好的模拟舰船捷联式惯性导航系统的初始对准和导航过程;天向速度的发散和初始对准的精度都会直接影响导航精度。因此,在舰船长时间航行时,必须提高初始对准精度且引入阻尼系统,以减小船用捷联式惯性导航系统的导航误差。     

胫骨捷联惯性导航的人员行进距离估计

研究了惯性测量单元(IMU)固连在人员胫骨中间的行走步长计算方案,提出了捷联惯性导航算法中零速率修正(ZUPT)时刻导航参数的重置方法,准确得到了以初始方位角为未知数的三维位移函数表达式,避免二重积分对近似误差的扩散.通过分析人员行进特性并结合ZUPT时刻胫骨与路面垂直的关系,以每步中垂直地面方向的位移几乎为零作为约束条件,解算另外两个平行地面方向的位移,进而计算每一步的步长.该方法针对不同的人员和行走环境无需修改相关参数,有较好的适应性和通用性.经多人次行走实验验证,行进距离计算误差在8%以内的概率为91%.     

对偶四元数捷联惯性导航系统初始对准方法

采用对偶四元数将捷联惯性导航系统坐标系间的转动和平移统一考虑,以降低初始对准的模型复杂度和计算复杂性.给出了对偶四元数捷联惯性导航系统初始对准过程的粗对准模型,在此基础上,分别获得了基于加性和乘性对偶四元数误差的精对准模型.以航向角估计为例进行仿真分析,结果表明,采用该方法的收敛速度比传统方法加快了约40%,对准精度提高约0.01°.     

R-T-S平滑算法在捷联惯性异航系统初始对准精度事后评估中的应用

捷联惯性导航系统(SINS)通常采用Kalman滤波实现初始对准．由于R-T-S最优固定区间平滑算法的精度比Kalman滤波高，采用R-T-S最优平滑算法通过事后处理SINS对准数据来计算SINS的失准角，作为参考失准角，对SINS初始对准的精度进行事后评估．以船用SINS为例进行了仿真．结果表明，R-T-S最优平滑算法的精度比Kalman滤波精度高，从而说明利用R-T-S平滑算法对SINS初始对准精度进行事后评估是可行的．     

捷联惯性导航的工程实现

把一种纯捷联惯性导航运用到系统的工程实现,个系统采用高精度的导航测量器件和PC104嵌入式版式电脑来实现,运行2min,静态状态下,位置误差可以在30m之内;动态车栽试验位置误差可以达到300m之内,介绍了采用的捷联算法以及四元数的修正和归一等经典算法。     

新型双CPU架构的捷联惯性导航微机系统

介绍了一种以TI公司高性能DSP芯片TMS320C6713作为捷联解算核心处理器和凌阳SPCE061A单片机作为数据采集和接口控制器的双CPU结构的新型捷联导航系统．该系统充分利用了TMS320C6713的处理速度快、浮点数据处理能力强和SPCE061A控制能力强的各自特性．双机通过DSP的HPI接口完成快速的数据通讯．该系统具有处理速度快、体积小、重量轻、功耗小、性能稳定等优点．     

激光捷联惯性导航中不可交换性误差补偿算法研究

针对激光捷联惯性导航系统姿态和速度算法中所引入的不可交换性误差进行了原理上的分析，重点分析了速度计算过程中不可交换性误差产生的原因．从工程化应用观点出发，提出利用等效转动矢量的单子样算法消除不可交换性误差，并且推导出了相应的姿态和速度的误差补偿算法．实际跑车实验结果表明，误差补偿后的系统定位误差下降为原来的二分之一，表明激光捷联惯性导航系统误差补偿算法的设计思路是可行的，设计的系统性能能够达到预定的要求．     

基于AD7718的高精度微弱信号测试系统

介绍了一种基于AD7718的高精度、小型化微弱信号测试终端．在分析系统整体架构的基础上，详细讲述数据采集模块部分硬件设计要点；提供了系统终端的软件设计流程．开发了基于Windows98／2000／xp平台的上位机系统，由其测量微弱信号测试系统终端电信号．最后，结合项目实际要求，详述了系统抗干扰方面的设计要点，指出了一些特殊的抗干扰措施．系统测试精度达到0．0017％．     

高速轨道车辆速度加速度测量与存储系统

为了准确测量高速车辆运行过程中的速度和加速度,并在出现意外撞击的情况下仍能完好保存测量数据,笔者开发了一套基于Altera公司EP1C3T144芯片的嵌入式测量系统.利用AD7656完成多路加速度信号的快速同步采集,采用20MHz的标准时钟信号对装在车轮上的磁旋转编码器进行填充计数,从而得到运输车辆的速度值和加速度.系统通过FPGA控制高速大容量非易失存储器DS1270,实现测量数据的实时保存,测试完成后通过配套接口和软件将数据传输至上位机进行后续分析处理.通过实验验证,系统达到设计要求.     

SINS系统姿态算法仿真

姿态算法是捷联惯导系统的关键部分之一.在对传统三阶泰勒展开法和四阶龙格-库塔法分析的基础上,提出了另一种更有效的四阶泰勒展开法,并在典型圆锥运动环境下,对3种算法进行了姿态角误差仿真分析,从运算精度与速度上考虑,得出四阶泰勒展开法比三阶泰勒展开法和四阶龙格-库塔法都更具优势,为姿态算法的研究提供了参考.     

旋转捷联惯导系统的可观测性分析

推导了静基座条件下仅利用速度误差作为观测量的惯导系统的可观测组合状态.比较分析认为,仅利用速度误差作为观测量和利用速度误差、位置误差作为观测量对惯导姿态误差和元件等效零偏的估计是等效的.利用将系统近似为分段线性定常系统的方法对旋转惯导系统的可观测性进行研究,结果表明,连续旋转提高了系统状态的可观测性,等效东向和北向加速度计零偏成为可观测量;在对准过程中对其进行补偿,系统的对准精度和速度明显提高.     

SINS系统姿态算法仿真

姿态算法是捷联惯导系统的关键部分之一在对传统三阶泰勒展开法和四阶龙格-库塔法分析的基础上,提出了另一种更有效的四阶泰勒展开法,并在典型圆锥运动环境下,对3种算法进行了姿态角误差仿真分析,从运算精度与速度上考虑,得出四阶泰勒展开法比三阶泰勒展开法和四阶龙格-库塔法都更具优势,为姿态算法的研究提供了参考。     

VC环境下捷联惯导模拟器的开发

以捷联惯导系统为基础，在VC编译环境中，设计出可以模拟多种环境扩展性较强的模拟器，完成了对捷联惯导系统各种状态下的模拟，包括捷联惯导解算、传感器误差设置与测试、航迹状态设置等，为相关导航系统算法的验证提供了数据源．     

四阶龙格-库塔法在捷联惯导系统姿态解算中的应用

捷联式惯导系统相对于平台式惯导系统姿态解算要复杂得多,捷联系统通过提取陀螺仪和加速度计的测量值实时进行姿态矩阵更新,从而获得载体的姿态信息。介绍了利用四阶龙格—库塔法解捷联姿态微分方程的方法,并以典型圆锥运动作为输入进行仿真分析,适当地改变圆锥运动参数,检验该姿态算法的准确性及精度.仿真结果表明,在圆锥运动环境下四阶龙格—库塔法的姿态解算的精度随着计算周期τ的减小而增大,随着锥运动参数α和ω的增大而减小。     

基于捷联惯导和四元数的解耦控制

采用捷联惯导实时测量火炮调炮过程中身管在大地坐标系下的姿态(方向角、俯仰角和横滚角),采用四元数法建立火炮操瞄解耦模型,使方位、高低随动能够独立控制,大大减少了中间误差环节,提高了调炮精度和速度,达到实时解耦控制效果,通过工程实践证明了该解耦控制的有效性。