捷联式惯导系统静基座快速初始对准方法的研究

初始对准精度直接关系到惯导系统的工作精度，其时间是惯导系统的重要战术技术指标，因此，初地准是惯导系统最重要的关键技术之一，本文提出并设计了把扩张状态观测器用于捷联惯导系统静基座下的初始对准。结果表明，对准过程时间大大缩短，具有精度高，算法简单等特点，是一种应用在实际惯导系统中的理想初始对准方案。     

测量船用捷联惯导动基座快速粗对准技术

针对测量船用捷联惯导系统(strapdown inertial navigation system, SINS)粗对准问题,对比分析了传统解析法和惯性系粗对准法的本质区别与适用范围,利用惯性系对准过程是动态过程的性质,提出在SINS中引入惯性系粗对准法并进行理论推导与分析。模拟测量船典型三轴摇摆状态下对SINS惯性系粗对准过程进行仿真分析,并与传统解析粗对准结果比对。选取测量船的系泊状态建立试验环境并得到实验结果：惯性系对准方法可建立更为准确的捷联矩阵,惯性系对准结果具有更好的稳定性。     

船用捷联惯导系统运动中对准的UKF设计

针对海况恶劣船体大幅晃动,捷联惯导系统无法快速完成自主初始对准的问题,给出了大方位失准角情况下捷联惯导系统的非线性误差方程,采用UKF方法来解决GPS辅助船用捷联惯导的运动中对准问题。仿真结果表明,该方法仅需60 s即可完成初始对准,并且水平对准精度达1′,方位对准精度达6′。与传统的EKF非线性滤波方法相比,采用UKF来实现船用捷联惯导系统运动中对准,不仅无需计算复杂的Jcobian矩阵,而且精度更高。     

捷联惯导系统快速初始对准方法仿真研究

捷联惯导系统(SINS)静基座初始对准时,由于方位误差角的观测度较低,使对准的时间比较长。为了实现SINS的快速初始对准,在东—北—天坐标系下推导了快速对准方法;采用小波滤波和卡尔曼滤波相结合进行初始对准滤波。仿真结果验证了小波——卡尔曼组合滤波方法的有效性。     

伪惯导建模的极区双速度模式惯性系对准算法

针对极区V^b辅助的捷联惯性导航系统(strapdown inertial navigation system, SINS) 行进间惯性系对准, 提出了基于伪惯导建模的双速度模式惯性系对准算法, 消除由惯导建模引起的极区导航误差放大以及传统惯性系对准过程存在的模型误差问题, 提高极区对准性能。最后通过低纬度车载半实物仿真试验以及极区对准仿真试验对其进行验证。在75°和85°初始纬度, 50次航向对准结果的平均绝对误差和标准差分别为0.507 2°、2.527 3°和0.605 2°、2.875°。试验结果表明, 所提算法是可行且合理的, 可以解决极区SINS行进间惯性系对准中惯导建模以及对准模型所存在的问题, 提高极区对准的性能。     

摇摆基座下捷联系统快速初始对准研究

针对舰船摇摆状态下无法从陀螺仪输出中提取地球自转角速度信息这一问题,提出基于惯性系改进的粗对准方法.该方法通过建立惯导系统初始捷联矩阵隔离载体摇摆运动以保征失准角为小角度.为了满足舰船对准快速性的需求,提出了一种惯导数据循环使用的卡尔曼滤波精对准方法.系泊状态下的半实物仿真结果表明:采用惯导数据循环使用的系泊对准方法可以达到对准精度要求的同时缩短对准时间,验证了该方法的有效性.     

旋转捷联惯导系统精对准技术

针对惯性器件常值偏差对捷联惯导系统导航精度的影响,提出了一种单轴旋转调制方案并建立该系统误差方程,将系统中陀螺常值漂移和加速度计零位误差调制成周期变化的量。通过改变惯导系统误差模型中的捷联矩阵来改善系统的可观测性。利用谱条件数法计算出惯性测量单元(inertial measurement unit, IMU)在静止和旋转状态下捷联系统的可观测度,采用卡尔曼滤波方法实现了旋转捷联系统的精对准。仿真结果表明,IMU旋转状态下的对准方法消除了陀螺常值漂移和加速度计零偏对系统对准精度的影响,大大提高了对准精度。     

基于惯性参考系的动基座初始对准与定位导航

以惯性坐标系作为捷联惯导解算参考基准并综合外测速度辅助信息,可有效隔离载体角运动和线运动干扰的影响,实现捷联惯导系统（strapdown inertial navigation system, SINS）动基座初始对准。但现有算法的对准精度受载体位移影响,通过位移补偿降低重力矢量在惯性系投影的偏斜误差,同时给出了基于惯性参考基准的SINS定位方法,提高SINS动基座初始对准精度,并且具备对准过程中进行实时定位导航的能力。车载实测数据分析表明,动基座方位对准精度达到0.032°,相对定位精度约为行程的0.15%。     

旋转捷联惯导抗晃动对准方法

为了提高传统车载捷联惯导在晃动基座下短时间内对准精度和抗干扰能力,提出一种基于惯性系多矢量粗对准与旋转调制最优估计精对准相结合的初始对准方法。阐述惯性系对准原理,对比分析惯性系双矢量和多矢量对准特点,建立最优估计精对准滤波模型,研究旋转调制误差抑制机理。通过仿真实验验证:惯性系对准能够克服基座角晃动影响,受线振动干扰影响较大,惯性系多矢量相比双矢量对准更加充分利用量测矢量信息,对准性能更好;旋转调制能够抑制水平器件误差影响,相比单位置对准能够得到更高的对准精度。     

捷联惯导系统初始对准的SVM自适应Kalman滤波算法

作为捷联惯导系统初始对准关键技术的Kalman滤波要求事先精确已知系统及量测噪声的统计特性,当在滤波过程中这些特性改变时,滤波器性能将会降低甚至发散,针对这一问题采用了一种支持向量机(SVM)自适应Kalman滤波(SVMAKF)算法,根据协方差匹配技术应用支持向量机来动态调谐量测噪声方差阵R,当量测噪声随时间改变时,SVMAKF可以实时的估计出准确的噪声方差阵,这就降低了系统对量测噪声先验统计特性的依赖性,能够改善kalman滤波器的状态估计效果.基于SVMAKF的捷联惯导系统初始对准计算机仿真结果表明在滤波精度和滤波器鲁棒性上,SVMAKF都有比传统Kalman滤波器好的表现.     

平台式/捷联式惯导传递对准仿真平台的实现

讨论了一种在Matlab中建立快速传递对准数学模型,并在VC 下运用MATCOM实现传递对准仿真平台的方法。传递对准采用“速度/角速度匹配”方案,仿真结果证明,该方案的对准精度优于国内传递对准的仿真精度要求,具有实际参考价值。传递对准仿真平台能够设置主、子惯导的各项仿真参数,适应不同精度的惯导系统的仿真要求,并能够规划多种航迹,用于传递对准方案的精度评估,为实际飞行中的动基座快速对准提供参考,并大大降低了传递对准仿真的工作量。     

船用捷联惯导系统的快速阻尼导航算法

为了消除船用捷联惯性导航系统中的舒勒周期振荡和傅科周期振荡,常用的方法是在水平回路引入阻尼网络。然而,引入阻尼网络之后,系统在达到稳定之前往往需要一个较长的调节时间。系统在调节时间内会有超调等现象,使得系统的性能无法保证。为了减少系统的调节时间,提出一种由逆向解算和正向解算形成的循环算法,导航计算机利用存储的信息在计算机内循环解算,以达到缩短调节时间的目的。最后利用计算机进行仿真实验,结果表明所提方法能够有效缩短阻尼调节时间。     

基于鲁棒滤波的组合导航系统动基座对准

基于采用旋转组件的SINS/GPS组合导航系统,讨论了系统中的旋转组件转速误差和GPS信号延迟带来的时间不同步问题,针对这些扰动造成的系统模型误差,提出将基于极小极大准则的H∞滤波用于组合导航系统的动基座对准。通过对载体在不同运动方式下的动基座对准仿真,对Kalman滤波和H∞滤波的性能进行比较,证明H∞滤波算法具有对准时间快,精度高,抗干扰能力强的特点。     

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DSP+MCU的小型捷联惯性导航计算机系统

针对通用计算机不能满足捷联惯性航姿系统小型化的要求,介绍了自行研发的基于双CPU的专用导航计算机。并以该计算机为平台,利用低成本IMU等传感器,构成了小型捷联惯性航姿系统。针对该惯性航姿系统的特点,简化了磁航向补偿算法、应用了低阶卡尔曼滤波器。针对导航计算机“数字信号处理器(DSP)+单片机(MCU)”的特殊结构,设计了合理的导航程序流程。实验证明:基于DSP+MCU的小型捷联惯性航姿系统实时性好,精度可达到要求,而且大大减小了系统体积和功率,降低了成本。     

平台-平台惯性系统传递对准技术

分析了平台-平台系统传递对准技术与捷联-捷联系统传递对准技术的差异,在此基础上,推导了平台-平台传递对准中主、子惯导系统速度误差方程和框架角误差方程,建立了平台-平台传递对准数学模型,给出了角速度与角加速度的获取方法,设计的低通滤波能够有效抑制角速度与角加速度中的高频噪声。仿真计算表明,基于速度与框架角匹配的平台-平台传递对准方法能够得到优于0.15°的对准精度。     

双轴连续旋转激光捷联惯导误差高精度补偿方法

为进一步提高旋转调制惯导系统的自补偿精度,对旋转调制激光捷联惯导系统误差补偿技术进行了研究。针对双轴转位调制补偿精度有限的问题,提出了一种新的双轴连续正反旋转调制方法。以激光陀螺仪为对象,通过理论分析确定了连续旋转调制内外框架的调制速率;然后在常值误差补偿及有害误差效应补偿机理分析基础上,设计了双轴连续最佳旋转方案,在有效补偿激光捷联惯导系统项误差的同时,抑制了旋转所带来的有害误差效应,实现了旋转激光捷联惯导系统误差的高精度补偿。仿真结果验证了方法的有效性。     

捷联惯导算法中螺旋理论的应用

算法定义了推力速度坐标系、重力速度坐标系、位置坐标系,以螺旋理论为数学工具,提出了一种新的捷联惯导算法。算法利用螺旋矢量描述空间中的旋转和平移,推导出对偶四元数表示的导航运动学方程,同时对载体的姿态、速度进行更新。设计的螺旋补偿算法包括了传统的圆锥补偿和划船补偿,有效地减小了刚体转动的不可交换性误差。仿真结果表明:在高动态环境中,采用高精度的惯性传感器时,新算法的性能优于传统算法。     

调制型捷联惯导系统可观测性分析及在线标定技术研究

针对调制型捷联惯导系统（modulated strapdown inertial navigation system, MSINS）,提出了惯性组件（inertial navigation unit, IMU）的在线标定路径设计原则。首先根据IMU输出误差模型建立了系统误差模型,而后利用该模型,分析了载体无加速运动且转台静止情况下的可观测性,分析结果表明该状态下有一半状态量不可观测;针对该现象,对系统模型进行了能观测性分解,通过分解结果观察无法估计的状态量,并且得到了分解后系统的可观测性矩阵,在此基础上,推导了满足该矩阵满秩的IMU运动原则,由此归纳出IMU在线标定路径设计原则;最后,利用仿真试验验证了该方法的正确性,半实物仿真试验验证了该方法的工程适用性。