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。     

舰船在风浪干扰下的快速传递对准技术研究

对舰船应用环境下的快速传递对准技术进行了研究.推导了主惯导与子惯导之间姿态之差的动态方程,采用Kalman滤波技术估计子惯导系统的安装误差角.设计了在不依赖舰船有意识机动情况下而仅仅依靠外界风浪的干扰就能实施快速传递对准的方法.仿真结果表明,在10 s内,子惯导系统安装误差角估计可以达到优于1 mrad的精度.     

车载激光捷联惯导系统的快速初始对准及误差分析

研究车载激光陀螺捷联惯导系统的快速初始对准技术,采用双位置对准的技术方案,给出了双位置初始对准的基本原理及软件流程,对对准精度 实际测试,并对影响对准精度的误差源进行了分析,双位置对准方案,消除了陀螺常值漂移和加速度计零偏对对准精度的影响。     

一种抗基座扰动的捷联惯导系统初始对准方法

将自抗扰控制技术应用于捷联惯导系统的初始对准中,提出了一种抗基座扰动的初始对准新方法. 建立了系统的误差模型,深入研究了该对准方法的精度和速度. 计算机仿真和实际系统试验结果均表明,与传统的Kalman滤波精对准方法相比,该方法对扰动具有很好的跟踪作用,是一种应用在捷联惯导系统中的理想对准方案.     

H∞滤波和旋转矢量在捷联惯导系统 初始对准中的应用

在捷联惯导的初始对准过程中,为提高系统方位角的收敛速度,采用了旋转矢量算法,同时应用鲁棒H∞滤波技术,避免由于模型和噪声统计特性的不确定性造成的系统发散. 对实际激光捷联惯导系统数据进行处理后结果表明,与传统的欧拉角方法相比,采用旋转矢量法能有效缩短对准时间.     

捷联惯导初始对准的区间自适应滤波算法

捷联惯导系统在初始对准过程中由于模型参数与实际系统存在偏差,并且系统噪声与量测噪声统计特性往往是未知的,采用卡尔曼滤波不能取得理想的滤波效果。为避免滤波发散以及模型的不确定性,提出了基于Sage-Husa算法的区间自适应卡尔曼滤波方法。给出了捷联惯导系统的误差模型以及区间自适应卡尔曼滤波方程。在噪声统计特性未知时,比较了常规卡尔曼滤波与区间自适应卡尔曼滤波在初始对准中的应用效果。仿真结果表明,区间自适应卡尔曼滤波在噪声统计特性未知时能够有效地提高系统的滤波效果,是一种比较理想的初始对准滤波方法。     

基于观测量扩展的捷联惯导动基座快速初始对准

动基座条件下捷联惯导系统由于动态环境的影响,即使采用辅助信息下的组合初始对准也需要较长时间。针对这一问题提出了一种基于观测量扩展的捷联惯导动基座快速初始对准方法。在不改变系统状态方程的情况下,利用车体坐标系横向和垂直方向上速度为零这一约束条件,将基于车体坐标系横向和垂直方向的速度作为扩展的观测量。推导了扩展后的观测方程。进而利用卡尔曼滤波完成捷联惯导动基座初始对准。进行了运动条件下的仿真。仿真结果表明新方法在保证对准精度的同时缩短了对准时间。该方法算法简单,不需要增加辅助信息,具有很好的工程应用价值。     

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.     

基于多模型估计提高捷联惯导系统初始对准的精度

采用卡尔曼滤波技术进行捷联惯导系统静基座初始对准时,不能准确获得实际系统中噪声的方差,存在一定的不确定性;同时,由于一些状态不可估计或估计效果很差,采用简化状态方程进行对准,存在着模型参数不确定性。本文采用多模型估计方法处理这些不确定性问题,大大提高了对准的精度,仿真结果表明这一方法是有效性的。     

基于EPEA的SINS大失准角非线性初始对准方法

基于欧拉平台误差角(EPEA)的概念描述了理论导航坐标系到计算导航坐标系之间的失准角,推导了捷联惯导系统(SINS)在大失准角情况下进行初始对准的非线性误差模型.在系统噪声和量测噪声均为加性噪声且量测方程为线性方程时,给出了带阻尼解算的简化扩展卡尔曼滤波(EKF)算法和简化无迹卡尔曼滤波(UKF)算法,同时分析了不同失准角情况下初始对准过程的异同.静基座状态下的Monte Carlo仿真结果表明,大失准角和大方位失准角情况下,EKF和UKF算法都能满足对准要求,其中UKF算法较EKF算法具有对准时间更快、对准精度更高和适用范围更广的优点;小失准角情况下,由于捷联惯导系统的线性化误差变小,二者的对准时间和对准精度基本相同.     

基于增量余弦RBF网络的惯性导航初始对准

针对传统高斯RBF网络应用于惯性导航初始对准建模时，对处于两基函数中心点之间的值拟合效果不太理想的情况，提出了一种将增量余弦RBF网络用于惯性导航初始对准建模的方法。该方法采用增量余弦函数作为RBF网络的基函数，对多变量非线性系统有很好的拟合能力。相对于传统高斯RBF网络，增量余弦RBF网络的基函数具有更强的局域性，解算时同时参与运算的基函数数量更少，有效地降低了网络的解算时间。仿真结果表明，增量余弦RBF网络用于惯性导航的初始对准，既可获得较高的对准精度，又有效地降低了系统的解算时间，提高了系统的实时性。     

弹道修正引信滚转角未知条件下MIMU快速初始对准方法

针对基于双旋结构的二维弹道修正引信及所配用弹药发射后修正引信滚转角不确定的问题,提出采用BP神经网络快速确定修正引信滚转角范围进行粗对准,进而利用卫星导航信息辅助惯性导航系统进行快速初始对准的方法. 该方法利用修正引信滚转角误差与惯性导航解算速度误差之间的关系建立神经网络模型,并通过仿真生成不同工况的弹道数据对神经网络进行训练. 针对某旋转弹弹道进行仿真,结果表明,使用中等精度微惯性测量组合,粗对准过程中修正引信滚转角误差估计值小于20°,精对准过程中姿态误差角在弹丸发射后40 s内收敛到0.4°以内.      

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。     

UKF和UPF在惯导初始对准中的应用研究对比

捷联惯性导航系统是新型航位推算系统,在惯导系统执行工作任务之前需要进行初始对准,以保证系统的正常运行。对捷联式惯导系统,初始对准就是确定初始时刻的姿态阵,利用惯性元件的输出信息,选用合适的滤波方法,将计算的导航坐标系与真实导航坐标系的失准角估计出来,来修正姿态矩阵,使计算坐标系与真实坐标系尽可能重合。在实际的导航系统中,状态方程和量测方程通常都是非线性的,对于非线性特性,传统的解决方法是利用EKF滤波算法,但它只适用于弱非线性模型的估计,系统的非线性越强,引起的估计误差就越大,甚至会引起滤波发散。为此提出两种滤波算法UKF与UPF,并将两者进行了仿真对比,结果表明UPF算法比UKF算法收敛速度更快,估计精度更高。     

捷联惯导系统的可观测性和可观测度研究

可观测性和可观测度分析是确定动态系统卡尔曼滤波效果的重要环节．本文首次提出了一种时变动态系统可观测性矩阵的奇异值分解分析方法，应用于捷联惯导系统初始对准过程中系统状态的可观测度分析取得显著效果，该方法为初始对准中载体最佳机动方案选择提供了依据．计算机仿真结果表明了该方法的有效性．     

基于深度卷积神经网络的地磁导航方向适配性分析

针对地磁导航方向适配性分析时人工提取的特征主观性较强且难以表达深层的结构性特征的问题,提出一种基于深度卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)的地磁导航方向适配性分析方法.首先,利用Gabor滤波器的方向选择特性建立了6个典型方向的适配特征图;然后,设计了卷积神经网络对深层次的方向适配特征进行提取,并通过混和粒子群算法(hybrid particle swarm optimization,HPSO)对卷积神经网络的训练参数进行优选;最后,通过仿真实验对所提方法进行了验证.结果表明,该方法可有效避免复杂的计算以及人工特征提取的盲目性,实现了地磁导航方向适配性分析的自动化,且所提方法的准确率高于传统的BP网络和支持向量机,对地磁导航和航迹规划具有指导意义.     

交互式地图匹配算法在组合导航中的应用

针对捷联惯性导航系统（SINS）/里程仪组合导航中车辆受初始对准偏差和测量器件自身误差等因素影响的精度随时间和位移增加而降低的问题,设计了交互式电子地图匹配修正新方案.通过车辆姿态角变化选择合适的地图匹配算法,并在转弯处精确反馈修正车辆坐标,同时利用定位误差修正初始对准偏差和里程仪刻度系数误差,降低其对以后导航定位的影响.仿真结果表明,采用交互式电子地图匹配算法,航向失准角偏差可很快收敛至2′左右,里程仪刻度系数偏差也降低至0.08%左右,能够实现系统的需要,跑车实验也证明了此方案的有效性.