New rapid transfer alignment method for SINS of airborne weapon systems

Transfer alignment is an effective alignment method for the strapdown inertial navigation system （SINS） of airborne weapon systems. The traditional transfer alignment methods for large misalignment angles alignment use nonlinear transfer align- ment models and incorporate nonlinear filtering. A rapid transfer alignment method with linear models and linear filtering for ar- bitrary misalignment angles is presented. Through the attitude quaternion decomposition, the purpose of transfer alignment is converted to estimate a constant quaternion. Employing special manipulations on measurement equation, velocity and attitude linear measurement equations are derived. Then the linear trans- fer alignment model for arbitrary misalignment angles is built. An adaptive Kalman filter is developed to handle modeling errors of the measurement noise statistics. Simulation results show feasibili- ty and effectiveness of the proposed method, which provides an alternative rapid transfer alignment method for airborne weapons.     

里程计辅助的车载SINS行进间对准方法

针对全球定位系统(global positioning system, GPS)信号易缺失且在战时难以保证可靠性的实际情况，为实现车载武器系统快速发射和自主对准的要求，提出了一种里程计辅助的车载捷联惯性导航系统(strapdown inertial navigation system, SINS)行进间对准算法。该算法推导了一种载体坐标系下的系统量测方程，相比现有的导航坐标系下的量测方程，具有更好的性能；同时，为保证对准算法的鲁棒性，设计了一种里程计两级故障检测隔离方案，可有效对里程计故障信息进行检测，并自适应地给出相应的应对策略，实现容错对准。算法的可行性和有效性通过数值仿真和跑车实验进行了验证。验证结果表明，新算法可以很好地隔离故障量测信息，在陀螺零偏稳定性为0.005°/h时，600 s的姿态对准精度优于0.01°,方位对准精度优于0.05°,可以满足系统行进间对准的要求。     

Self-alignment of full skewed RSINS：observability analysis and full-observable Kalman filter

Traditional orthogonal strapdown inertial navigation sys-tem （SINS） cannot achieve satisfactory self-alignment accuracy in the stationary base： taking more than 5 minutes and al the iner-tial sensors biases cannot get ful observability except the up-axis accelerometer. However, the ful skewed redundant SINS （RSINS） can not only enhance the reliability of the system, but also improve the accuracy of the system, such as the initial alignment. Firstly, the observability of the system state includes attitude errors and al the inertial sensors biases are analyzed with the global perspective method： any three gyroscopes and three accelerometers can be assembled into an independent subordinate SINS （sub-SINS）;the system state can be uniquely confirmed by the coupling connec-tions of al the sub-SINSs;the attitude errors and random constant biases of al the inertial sensors are observable. However, the ran-dom noises of the inertial sensors are not taken into account in the above analyzing process. Secondly, the ful-observable Kalman filter which can be applied to the actual RSINS containing random noises is established; the system state includes the position, ve-locity, attitude errors of al the sub-SINSs and the random constant biases of the redundant inertial sensors. At last, the initial self-alignment process of a typical four-redundancy ful skewed RSINS is simulated： the horizontal attitudes （pitch, rol ） errors and yaw error can be exactly evaluated within 80 s and 100 s respectively, while the random constant biases of gyroscopes and accelero-meters can be precisely evaluated within 120 s. For the ful skewed RSINS, the self-alignment accuracy is greatly improved, mean-while the self-alignment time is widely shortened.     

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‰.     

两时间尺度的捷联速度算法研究

根据奇异摄动理论分析具有小参数的捷联惯导系统方程,在两时间尺度上对系统状态方程进行了降阶简化处理,设计捷联算法.在内回路推力速度矢量计算中,应用一种新的划船补偿算法补偿比力转换过程中载体姿态变化产生的速度误差.在外回路中进行重力地速计算,完成导航坐标系上速度的更新.仿真结果表明:新算法精度与Savage四子样算法近似,计算量小.     

基于改进四元数阻尼误差模型的SINS初始对准算法

针对传统捷联惯导系统(strapdown inertial navigation system, SINS)四元数非线性误差模型存在坐标系不一致的问题, 对姿态误差模型和速度误差模型进行改进, 将误差矢量统一投影至计算导航坐标系下。此外, 引入全球定位系统阻尼信息, 在阻尼SINS解算基础上, 结合四元数无迹估计器提出了一种改进四元数阻尼误差模型对准算法, 可应用于系泊状态下的SINS初始对准。仿真和车载试验结果表明, 在不同的大失准角下, 该改进算法相比传统四元数阻尼误差模型对准算法和欧拉角阻尼误差模型对准算法, 具有更好的对准精度、收敛速度以及稳定性。     

导引头稳定平台离散时间预设性能控制

针对现有离散时间预设性能控制方法对滑模趋近律依赖度高、抖振缺陷明显的难题,通过创建一种摆脱了滑模控制的设计新框架,为拦截弹导引头稳定平台提出了一种离散时间预设性能控制新方法。首先,设计一种离散时间性能函数对跟踪误差的收敛轨迹进行包络约束;然后,定义一种离散时间转换误差并将其用于构造一种新颖的反馈函数;设计离散时间控制律对新开发的反馈函数而不是转换误差进行镇定,不仅保证了所有跟踪误差均具有期望的预设性能,还摆脱了控制算法对滑模趋近律的依赖性,从根本上解决了控制抖振难题;最后,通过数值对比仿真验证了所提方法的有效性与优势。     

基于状态变换卡尔曼滤波的DVL/SINS组合导航算法

针对捷联惯性导航系统(strapdown inertial navigation system, SINS)误差定义存在的坐标系不一致的问题，将速度误差统一投影在真实导航坐标系中，基于状态变换Kalman滤波推导了更严密的SINS姿态、速度和位置误差方程。进一步地，在新定义的速度误差和SINS误差方程的基础上，构建了改进的多普勒计程仪(Doppler velocity logger, DVL)/SINS组合导航卡尔曼滤波状态模型和量测模型。仿真和船载实验表明，与常规DVL/SINS卡尔曼滤波模型相比，所提算法可以处理传统DVL/SINS误差模型中坐标系不一致问题的影响，可在一定程度上提高组合导航系统的性能。     

空空导弹红外成像导引头建模与仿真

红外成像导引头仿真平台是分析导引头性能的重要手段,通过分析红外成像导引头仿真系统的设计要求,建立了仿真系统的总体结构,主要包括红外图像合成系统、成像探测系统、图像处理系统和平台伺服控制系统,并描述了各子系统的功能、组成、模型原理和工作过程。它们模拟了导引头接收目标红外辐射、从背景和干扰中检测识别目标并进行跟踪的过程。给出了系统的实现途径和攻击仿真实例,验证了系统的有效性,表明系统可用于改进导引头的性能设计。     

被动雷达导引头对抗有源诱偏干扰技术

对反辐射导弹在有源诱偏下的失误距离进行了分析,讨论了减小失误距离的途径;针对反辐射导弹抗诱偏对导引头分辨角的需求,建立了基于均匀圆阵的二维DOA估计模型,讨论了角分辨算法在导引头中的具体应用;通过对不同信噪比和快拍数下导引头分辨概率的仿真,表明该算法能够满足分辨角的要求。