水下平台惯导惯性器件误差高精度估计算法

为满足高精度导航及隐蔽性要求,基于方位旋转技术,给出了针对水下平台惯导系统惯性器件(inertial measurement unit, IMU)误差无阻尼估计算法。首先分析了状态转换对固定指北式平台惯导系统的影响;其次利用Laplace变换,求解了方位旋转式平台惯导系统误差;然后基于舒拉振荡和平台旋转周期,利用间断获得的外测信息建立系统短时速度、位置误差模型并作不确定度评估;最后采用Kalman滤波对惯性器件误差作了事后估计。仿真结果表明,建立的速度、位置误差模型可信度高,算法可准确估计出东、北向陀螺常值漂移以及加速度计零位偏置,有效抑制导航误差发散,提高导航精度。     

基于CPSO-LSSVM的单轴旋转惯导系统轴向陀螺漂移辨识

在单轴旋转惯导系统中,轴向陀螺漂移是影响系统导航精度的重要因素。为了提高惯导系统的导航精度,采用混沌粒子群算法(chaos particle swarm optimization, CPSO）优化的最小二乘支持向量机（least squares support vector machine, LSSVM）〖JP+1〗对轴向激光陀螺漂移进行辨识。利用初始对准12 h内系统纬度误差和温度变化量作为LSSVM模型的训练数据,利用CPSO对LSSVM进行参数优化,利用优化后的LSSVM模型对轴向陀螺漂移进行辨识,轴向陀螺漂移辨识精度优于0.000 2 （°）/h, 系统定位误差优于1 nm/72 h。试验结果表明,CPSO是选取LSSVM参数的有效方法,该方法能够有效地辨识轴向陀螺漂移,具有很高的辨识精度,具有很高的实际应用价值。     

基于雷达的导航信息传递技术

针对小型智能飞行器(miniature intelligent air-vehicle, MIA)低精度微惯导系统的动态初始对准和校准问题, 提出了基于雷达的导航信息传递技术。将雷达及其载体当作一个刚体, 设计了基于雷达的导航信息传递系统; 基于雷达被动测向原理, 提出了测定雷达主瓣波达方向(direction of arrival, DOA)的多重镜像压缩的传播算子(multiple image compression-propagator method, MIC-PM)估计算法。理论与仿真分析表明, 相对于PM算法, MIC-PM算法计算量明显减少, DOA估计时间可达到9.3×10^-3s, 满足MIA导航信息传递的实时性要求; 同时, 在低信噪比情况下的估计精度有所提高。     

旋转惯导系统误差自补偿原理分析及试验验证

为分析旋转惯导系统误差自补偿原理,分别推导陀螺漂移的随机常值分量、时间相关分量以及随机游走分量在捷联惯导系统和旋转惯导系统中造成的角度误差及其统计特性,并进行对比。结果表明,旋转可将陀螺漂移中的常值分量完全调制并能抑制时间相关分量的影响,但对随机游走分量造成的误差无调制效果。采用0.1(°)/h漂移率的陀螺和0.2 mg偏置的加速度计研制旋转惯导系统样机并进行导航试验,试验结果表明,该系统可以达到0.2 n mile/h导航精度。     

光学陀螺旋转式惯导系统的安装误差效应分析

在光学陀螺惯导系统中,利用系统旋转自动补偿可以有效地减小惯性元件漂移对系统导航精度的影响,从而实现高精度、低成本的惯性导航要求。首先从光学陀螺旋转式惯导系统的误差传播方程出发,推导了系统中由于光学陀螺安装误差引起的数学平台角度误差表达式。以此为基础,分析了旋转式系统中的安装误差引起的误差效应及自动补偿安装误差所应满足的条件,为系统设计和精度分析提供了理论参考。     

单轴旋转SINS轴向陀螺漂移精确标校方法

为提高单轴旋转捷联惯导系统长时间导航精度,提出了一种精确标校轴向陀螺漂移的方法。在静基座条件下分析了轴向陀螺漂移、初始姿态和航向角误差对系统经纬度影响,将水平阻尼网络引入到导航算法流程中以抑制系统舒拉振荡误差。建立了经纬度误差与轴向陀螺漂移、初始航向角误差之间的数学模型,并设计了一种合理的标校流程,采用最小二乘法对轴向陀螺漂移进行精确标校。对该方法进行了数学仿真与实际系统验证实验。实验结果表明,当系统陀螺漂移误差为0.01(°)/h时,经过12.5 h精确标校后轴向陀螺漂移的辨识精度达到0.001(°)/h,系统的定位精度优于1.5 n mile/48 h。     

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.     

星光校准改善了弹道导弹的惯性制导

纯惯性导航系统受陀螺漂移和加速度表误差的影响,导航精度随时间递减。SM62A无人驾驶轰炸机的MK-1惯导系统通过引进一个星光跟踪器,使平台以恒星为基准修正漂移,而又不失去惯导系统的固有优点。 由于在惯性坐标里,从地球到恒星的方     

一种微捷联惯导系统姿态角最优估计算法研究

回顾了捷联惯导系统姿态角的传统解法,分析了这种算法在基于MEMS-IMU的捷联惯导系统中导致姿态角计算误差过大的基本原因。针对MEMS陀螺具有较大漂移的特点,引入了一种新的基于卡尔曼滤波器的姿态角最优估计算法,并对算法进行了数值仿真。结果表明,该方法能极大提高姿态角的计算精度。     

基于扩展观测量的车载捷联惯导系统外场标定

为了提高车载捷联惯导系统的导航精度,缩短标定时间,针对车载捷联惯导系统的使用特点,提出了一种基于观测量扩展的外场多位〖JP3〗置标定方案。在传统外场标定方案的基础上,增加等效陀螺信息为观测量,对其可观测性进行分析,设计了一种新的外场六位置标定方案,并进行了实验验证。实验结果表明,在引入等效陀螺误差后,等效天向陀螺漂移的观测度由0.000 6提高到0.999 9,收敛速度变快,初始对准的精度和速度有所提高,外场标定结果中陀螺漂移和加速度计零偏的标定误差均小于15%,与实验室标定值基本一致,具有一定的工程应用价值。     

单轴旋转SINS方位陀螺漂移精确估计方法

为了减小方位陀螺漂移对单轴旋转捷联惯性导航系统(strapdown inertial navigation system, SINS)长时间定位精度影响,提出了一种方位陀螺漂移在线估计方法。对SINS误差参数进行分析,指出东向陀螺漂移和方位失准角精度决定方位陀螺漂移估计值精度。利用优化后的卡尔曼(Kalman)滤波器在线估计SINS失准角并进行补偿,在此基础上进一步使用Kalman滤波器估计惯性测量单元(inertial measurement unit, IMU)误差。进行了转台三轴摇摆和车载行进间验证实验,车载行进间验证实验中,IMU误差估计完成后转入到纯惯性导航,其12 h的定位误差为2.12n mile,系统定位精度满足中等精度单轴旋转SINS长时间导航需求。     

基于光电瞄准/SINS组合的在线修正方法

针对陆战装备捷联惯导系统(strapdown inertial navigation system,SINS)误差的积累性问题,提出了一种光电瞄准解算测速方法,并将其用于SINS主要状态参数的在线修正。推导了光电瞄准速度解算误差模型,误差分析结果表明,光电瞄准解算测速精度满足修正SINS主要状态参数的要求;建立了光电瞄准/SINS在线修正数学模型,并进行了仿真实验,实验结果表明,通过合理设定动基座的运动状态,所提方法可准确估计出SINS的主要误差状态参数,其中失准角的估计精度可达到1′以内,陀螺漂移误差的估计精度可达到0.01°/h。     

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.     

卫星/伪卫星/惯性组合着舰导引算法

针对舰载机安全着舰对高精度、高可靠性着舰导引系统的迫切需求,研究了卫星/伪卫星/惯性组合着舰导引技术,基于几何精度因子(geometric dilution of precision, GDOP)计算提出了伪卫星在舰船上的布设方案,并设计了其导航电文结构。研究了卫星/伪卫星/惯性组合着舰导引算法,利用卫星及伪卫星的双差分载波相位信息,采用改进的模糊度最小二乘去相关平差(least squares ambiguity decorrelation adjustment,LAMBDA)迭代算法解算其双差分整周模糊度,并基于舰载机运动模型建立滤波方程解算出舰机相对运动信息,再与惯导数据进行信息融合得到高精度的导引信息。仿真结果表明,提出的卫星/伪卫星/惯性着舰导引技术横向定位误差在0.3m以内,纵向定位误差在0.1m以内,高度定位误差在0.3m以内,可以满足舰载机着舰的要求,与卫星/惯性组合导引相比,该组合方式大大提高了垂直方向的定位精度,这对于确保安全着舰极为重要。并且,提出的着舰导引技术不仅精度高,而且工作连续可靠、抗干扰能力强,对保障舰载机着舰安全有重要的意义。     

基于多智能体导航的高超飞行器信息融合方法

精确导航技术是高超飞行器(hypersonic vehicle, HV)充分发挥威力的关键所在。然而,高马赫数和强机动性致使HV的导航系统误差及其观测噪声无法准确描述,制约着导航信息的精确性和实时性。为及时获取高精度导航信息,设计基于集员框架的卡尔曼滤波算法。一方面采用多智能体分布式协同探测,形成观测椭球交叉集合,提高了观测效率和测量精度;另一方面,通过设计两类噪声模型,求其与状态估值的最小均方误差,实现滤波增益的计算,提高算法对噪声的抗扰动能力,使状态估值达到均方误差最小。通过数字仿真,将设计方法应用到HV导航模型中,并与扩展卡尔曼滤波和集员滤波的状态估值进行比较,结果表明,提出算法在不同噪声影响下具有更高的估计精度。研究成果将为HV实现实时精确导航提供技术支持,并具有重要的理论意义和应用价值。     

基于罗德里格斯参数的惯性系传递对准算法

针对传统的传递对准模型在大失准角下的强非线性问题以及由残余杆臂误差导致的传递对准精度下降问题, 提出了一种改进的惯性系传递对准算法。首先, 对子惯导姿态矩阵进行链式分解, 得到常值姿态矩阵; 然后, 利用罗德里格斯参数等价替代该常值姿态矩阵, 建立关于罗德里格斯参数和残余杆臂误差的具有弱非线性量测的传递对准模型; 最后, 利用非线性滤波对状态进行估计。基于摇摆运动的仿真实验表明, 在存在大安装误差角以及残余杆臂误差情况下, 算法相比于现有方法, 对准速度更快, 对准精度更高, 在5~10 s内即可完成传递对准。车载试验结果也间接说明算法具有更高的传递对准性能。     

捷联惯导四面体冗余配置的双轴旋转调制方法

传统捷联惯导采用三轴正交配置,存在单一传感器故障直接引发整个系统失效,且导航误差随时间累积快等问题。为解决这些问题,提出了一种将四陀螺冗余配置和双轴旋转调制相结合的捷联惯导导航方法。构建多指标约束的冗余优化准则,通过器件级配置方式,设计了基于四面体结构的四陀螺冗余配置方案,并在此基础上引入八次序双轴旋转调制方法,调制3个轴向的等效陀螺漂移。仿真结果表明,所提方法能够实现系统可靠性和导航精度的双重提升,具有重要的工程应用价值。     

基于ZIHR航向角修正方法的行人导航算法

在行人导航系统中,零速修正(zero velocity update, ZUPT)方法能够准确计算出速度误差和水平姿态角误差,但是航向角误差却因其不可观难以估计而极易发散。为了解决航向角误差极易发散的问题,提出了零积分航向角速率(zero integrated heading rate, ZIHR)修正方法。推导发现在零速状态下相邻航向角差值和陀螺的漂移及航向角误差存在一定的关系,将此差值作为量测值,在ZUPT的基础上扩展一维量测,将卡尔曼滤波得到的估计值进行反馈校正。通过多组微机电系统(micro-electro mechanical system, MEMS)实物实验验证:提出的ZIHR修正方法能够很好地解决MEMS 惯性器件漂移导致的误差累积问题,多组实验的定位误差均小于总行程的2%。