陀螺振荡误差对方位对准的影响

通过对实验数据的研究发现,光纤陀螺仪测量的角速率中存在一部分低频振荡误差,此种误差会影响惯性导航系统初始对准的稳定性。为了抑制陀螺振荡误差所产生的影响,从频域角度对罗经法对准系统的频率特性进行了研究,分析了不同频率的陀螺振荡性误差对方位对准的影响形式。最终提出了抑制陀螺低频振荡误差的罗经法对准参数设计方案。经过理论分析以及半实物仿真,结果表明,按此种方法设计出的系统能够有效地抑制陀螺振荡性误差对方位对准所产生的影响。     

间接解析自对准算法误差分析

针对基于重力加速度矢量积分的间接解析对准算法,详细分析了惯性器件误差和线运动干扰对其对准精度的影响,推导了各项误差和对准失准角之间的解析表达式。分析结果表明,间接解析对准算法将传统解析对准算法中对角干扰的敏感转化为对线干扰的敏感,可有效实现晃动基座条件下的初始对准,并可从初始姿态估值变化率中估计出陀螺漂移。在上述分析基础上,通过比较角干扰和线干扰对方位对准精度的不同影响,设计了不同干扰下传统解析对准和间接解析对准的选择准则。最后通过3组仿真实验验证了上述结论的合理性。     

惯导快速传递对准的可观测性和对准误差分析

依据控制理论中的可观测性分析方法,分析了惯性导航系统快速传递对准算法的可观测性,由此得出不同可观测性条件下不可观测量引起的对准误差,并对引起不同可观测性的载体机动方式进行分类,分析了水平匀速运动、水平转弯运动、摇翼机动和海上摇摆运动这四种常见的载体运动情况下的可观测性。从而为合理地舍去快速传递对准中的状态变量提供了理论依据。     

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。     

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。     

重力扰动对惯性导航系统初始对准的影响

随着惯性器件精度的不断提高与高精度导航系统发展的需要,重力扰动成为影响惯性导航系统(inertial navigation system, INS)精度的主要误差源之一。在考虑垂线偏差和重力异常的同时,首先利用解析法推导了重力扰动影响初始对准失准角的误差方程,并将其转化为姿态角误差方程。然后,分析并建立了INS的速度、位置和姿态的误差方程。最后,利用仿真实验验证了重力扰动对INS初始对准的影响。理论分析及仿真实验表明,重力扰动矢量直接影响初始对准姿态角,姿态角误差仅与水平面内的垂线偏差有关,而与重力异常无关。     

静基座速率偏频激光陀螺捷联惯导系统快速高精度初始对准算法

针对惯性器件误差对初始对准精度的影响,提出了基于速率偏频激光陀螺捷联惯导系统的快速高精度初始对准算法。首先,研究了初始对准阶段惯性器件的误差特性;然后,建立了激光陀螺标度因数和加速度计零偏的二次非线性误差模型,并对其进行在线估计和补偿;最后,采用卡尔曼滤波方法对激光陀螺零偏残差进行估计,得到系统初始对准姿态矩阵。实验结果表明,该算法可以有效消除激光陀螺标度因数误差、零偏误差和加速度计零偏误差等因素对初始对准精度的影响,初始对准时间为3 min时水平姿态角对准精度为2″,偏航角对准精度优于30″,精度和快速性均得到显著提高。     

提高SINS初始对准方位失准角估计精度的方法

针对在静基座捷联惯导系统初始对准中,东向陀螺漂移没有估计效果,使得估计的方位失准角存在常值误差的问题,提出了一种新的方法。该方法通过建立东向陀螺漂移估计值的修正方程,并对其进行修正,从而大大提高了方位失准角的估计精度。给出了该方法的具体实现步骤,并通过仿真验证了该方法的有效性。     

基于无轨迹卡尔曼滤波神经网络的SINS初始对准方法

针对扩展卡尔曼滤波算法的缺点,研究了基于无轨迹卡尔曼滤波的神经网络算法.建立了捷联惯导系统在大失准角下的误差方程和适用于初始对准的神经网络模型,研究了基于扩展卡尔曼滤波和无轨迹卡尔曼滤波的神经网络算法,将基于无轨迹卡尔曼滤波的神经网络学习算法应用于捷联惯导系统大失准角条件下的初始对准中.仿真结果表明,在大失准角条件下,用训练好的神经网络进行初始对准是可行的,且基于无轨迹卡尔曼滤波的神经网络算法可提高初始对准精度.     

小角度晃动干扰下解析粗对准的误差分析

研究了小角度晃动干扰对捷联惯性导航系统解析粗对准的影响。阐述了平台对准失准角与晃动干扰的定量关系，讨论了晃动环境下解析粗对准的适用条件。指出平台水平对准失准角与对应的平均晃动干扰角幅值相关，方位对准精度主要取决于东向平均干扰角速度即北向地球自转角速度的信噪比(signal noise rate, SNR)。转台小角度晃动实验验证了上述结论的合理性。     

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.     

炮载惯导高精度准动态零速修正方法

针对现有零速修正方法效率低下的问题,以某型自行火炮为研究对象,利用加速度信息推导出了匀速直线运动时载体两个方向的姿态及角速度,并详细介绍了推导过程。为提高零速修正的精度和实时性,以所得姿态为基准,将其加入到滤波观测量中,使得原有速度匹配改为速度加姿态匹配,提出了高精度动态零速修正方法。仿真结果表明,利用加速度信息能有效获得当前载体姿态,验证了该方法的正确性。在跑车实验之前,利用有限冲激响应(finite impulse response, FIR)数字滤波器处理加速度计输出信息,实验结果表明,所提新方法能大幅提高零速修正的精度和实时性,东向位置误差在10 m以内,北向位置误差在20 m以内,实现了在连续行车条件下的高精度导航和误差标定。     

车载导航系统动态高精度初始对准技术

针对载车在运动状态下的初始对准问题,提出了利用航位推算算法进行精对准的新方法,阐述了航位推算轨迹和真实轨迹相似的原理。在载车初始粗对准之后,行驶一段路程到达一位置已知点,由航位推算结果并运用相似性原理求出初始粗对准的航向误差角,从而修正航向角达到精对准的目的。最后通过跑车试验验证了对准方法的有效性,当载车起始点和位置已知点间距离为6 km左右时,初始对准航向角可达到角分级精度。     

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。     

优化的抗线晃动惯性系粗对准算法

线晃动初速度会对惯性系粗对准精度产生可观的影响。误差分析表明,在纬度45°处,2 min的粗对准时间内,0.1 m/s的北向晃动初始线速度将产生3.15°的方位误差角。针对这一问题,通过多项式最小二乘拟合算法估计出了线晃动初速度,实现了对包含线晃动初速度在内的线晃动干扰的抑制。将所提的优化惯性系粗对准算法和其他相关惯性系粗对准算法通过车载实验进行比较。实验表明,所提优化算法稳定性好,方位误差小于0.05°,达到相对最佳对准效果。     

数字罗盘辅助实现MIMU静基座初始对准

针对低成本MIMU中MEMS陀螺精度低,不能独立完成初始方位对准的问题,提出了基于数字罗盘辅助实现MIMU粗对准,再利用UKF方法实现精对准的低成本MIMU初始对准方法。介绍了数字罗盘的基本原理、分析了航向误差的产生原因,给出了基于最小二乘法的误差补偿方案;设计了基于数字罗盘辅助MIMU的粗对准和基于UKF的非线性精对准方案,分析了粗对准精度,建立了包含航向角误差的非线性对准模型;MIMU初始对准仿真结果表明该方法具有满意的对准性能。