超音速捷联惯导系统圆锥误差补偿算法研究

针对捷联惯导系统中的圆锥运动及其三子样等效旋转矢量补偿算法进行了详细分析。并在超音速条件下,对三子样优化算法和分别利用前一补偿周期角增量及前两个补偿周期角增量的三子样等效旋转矢量修正算法对圆锥误差的补偿进行了仿真分析。仿真结果显示,利用前两个补偿周期角增量的三子样等效旋转矢量补偿修正算法精度最高,三子样优化算法精度最低。因此,在受器件限制,不能提高采样频率的情况下,通过利用前两个补偿周期角增量的历史信息可显著减小误差,而在导航程序的编写上只是增加了几个乘法和循环运算,工程上较易实现。     

捷联惯导四子样旋转矢量姿态更新算法

姿态更新算法是捷联惯性导航系统的关键算法,目前姿态更新算法有欧拉角法、四元数法、方向余弦法和旋转矢量法.旋转矢量法可以采用多子样算法实现对不可交换误差的补偿.针对利用陀螺角增量输出进行姿态更新计算带来的不可交换性误差,考虑到导航坐标系在姿态更新周期内旋转比较缓慢的特点,研究了捷联惯导姿态更新的旋转矢量的修正算法,以此为基础详细推导了四子样的旋转矢量算法,得出利用陀螺角增量求解等效旋转矢量的显式形式.该显式形式中直接利用陀螺的增量输出,便于工程实际中应用.     

一种高精度的捷联姿态解算方法及其仿真

该文以旋转矢量误差最小为标准,用估计的方法推导出了一种高精度的捷联姿态解算方法,该算法在较小的陀螺采样频率下,以适中的计算量就能达到较高的姿态精度,对二子样算法、三子样算法和本文提出的算法在典型圆锥环境进行了数字仿真,结果表明,本算法大大减小了圆锥误差,提高了姿态精度。     

弹载磁测系统等效安装误差的在线标定与补偿

针对旋转弹用磁测系统在飞行过程中,存在由机械安装误差以及固定磁干扰带来的测量系下三轴磁矢量与弹体系不平行问题,提出一种磁测系统与弹体之间等效安装误差角的在线标定补偿法;通过分析磁测系统实时输出的三轴地磁矢量信息,建立测量信息与误差的误差模型,利用类正弦信号特征值求取误差角,进而补偿磁测信息中的误差项,最终提高磁测系统解算输出的滚转角精度;实验结果表明,当弹体仅做滚转运动时,经过该方法补偿后磁测系统解算的滚转角比补偿前解算的滚转角精度可提高6倍以上,滚转角解算误差保持在2.以内,可以满足制导弹药对滚转角的精度需求.     

北斗双星／SINS组合导航中的捷联惯导算法研究

摘要针对北斗双星／SINS组合导航系统,研究了捷联惯导的姿态和速度更新算法。将等效旋转矢量算法应用与姿态解算,消除了传统的四元数算法存在的不可交换性误差对导航精度的影响,并对速度解算中的划浆误差进行了补偿。将算法应用到北斗双星／捷联惯导组合导航系统,通过实际的跑车实验验证算法的有效性。     

一种抑制旋转矢量误差的方法

在依次绕轴旋转进行姿态求解过程中因刚体旋转不具有交换性,带来不可交换性误差。因此在姿态求解中,采用一次旋转变换避免不可交换性误差,改进旋转矢量法工作过程。通过分析与实验,改进旋转矢量法采用等效旋转矢量变换,误差得到有效抑制。在STM32平台上对陀螺仪、加速度计、电子罗盘进行互补滤波数据融合。采用改进旋转矢量法进行姿态解算,在100Hz解算频率下误差小于5‰。采用该算法,实现解算精度与速度的最优组合。     

高动态环境下旋转矢量法的优化和应用

对于捷联惯性导航系统算法来说,姿态矩阵更新是算法的核心,但是锥运动环境是影响捷联系统工作的最恶劣条件,会诱导数学平台的严重漂移,最终导致算法发散,系统失效.提出了基于锥运动环境下,多子样旋转矢量的优化算法来补偿因锥运动引起的算法漂移,以及工程实现,比较了不同子样数目旋转矢量的优化结果.仿真结果表明了优化后的算法较之单子样,双子样算法有明显的漂移减小,较之优化以前的算法也有一定的改进,并且随着子样数目越多,优化后的算法精度也越高.     

姿态航向测量与误差补偿方法研究

设计了一种基于MEMS陀螺仪、加速度计、磁传感器的小型姿态航向参考系统;以四元数和角速率偏差为状态矢量,磁场强度和加速度计信息为量测矢量,构建基于Kalman的四元数姿态航向解算方法;通过调整测量噪声方差矩阵,解决动态过程中由于运动加速度造成的姿态角误差;采用陀螺仪误差建模和磁航向罗差补偿技术,进一步提高了系统测量精度。根据飞行数据分析,姿态航向参考系统具有较高测量精度和较好的稳定性、动态性,姿态角均方根误差小于1.5°,航向角均方根误差小于3°。     

基于磁阻传感器的旋转弹姿态测量算法研究

在旋转弹高速自旋的情况下,传统角速率陀螺测量滚转角时无法克服角速率量程和测量精度的矛盾,不能准确测量旋转弹弹体姿态。针对这一问题,在保证旋转弹的制导方式高度自主的前提下引入地磁信息,设计了一种高精度、适用于大动态范围的旋转弹姿态测量算法。着重针对滚转角的测量提出了一种新的解算思想,将滚转角以旋转弹横截面内的地磁矢量为界进行分解,并给出了结合地磁测量信息的偏航角、俯仰角计算公式。仿真结果表明:利用测量旋转弹姿态的算法是可行的,且精度高,值得推广。     

基于梯度下降法和自适应参数相结合的姿态解算方法

为了解决四旋翼无人机在姿态解算时的高精度和实时性问题,提出了一种基于参数自适应的梯度下降法和互补滤波相结合的多传感器数据融合算法。该算法采用四元数表示姿态信息,利用梯度下降法对磁力计和加速度计数据进行预处理,并根据陀螺仪输出的角速度和外部加速度大小自适应选择梯度下降参数β,再将其和陀螺数据更新后的四元数进行互补滤波用于补偿陀螺的累积误差,解算出三个姿态角。最后设计仿真与实验分析。实验结果表明,相对于传统的梯度下降法和互补滤波法,该算法姿态估计误差小且具有更好的静态和动态性能。     

小型无人直升机嵌入式导航系统算法与飞行试验

基于微陀螺、加速度计、磁强计以及GPS模块构建了姿态航向位置参考系统(Attitude heading position ref-erence system,AHPRS).首先,通过等效旋转矢量法由陀螺解算出估计姿态角;其次通过GPS、加速计的测量值,结合磁强计估计补偿姿态角,推导基于误差四元数的滤波方程,滤波器的周期...     

姿态误差算法的比较及研究

姿态解算一直以来都是导航系统研究的重点,保证被测量载体的姿态信息的精确解算则是一项重要的任务,由于刚体的不可交换性,导致误差的出现,在圆锥运动下产生的圆锥误差是惯导系统的重要误差源,对此提出一种改进的圆锥误差补偿算法并与捷联惯性导算法比较,并以典型圆锥运动做为输入,对其进行数字仿真分析,通过改变经典圆锥运动部分参数,检验圆锥误差补偿的解算过程精度,得出改进的圆锥误差补偿算法是解决圆锥误差的有效方法。     

角速率火控系统中舰艇姿态信息的精度分析

研究火控系统和舰艇姿态性能优化问题,角速率火控系统中舰艇姿态信息的精度对系统射击诸元有重要影响。在舰艇姿态信息的获取过程中,由于系统对舰艇摇摆周期的依赖性和舰艇摇摆角速率存在离散误差,制约了角速率火控系统精度和解算时间。为解决上述问题,针对系统中舰艇姿态信息的求解过程影响舰艇姿态信息的因素。采用对舰艇摇摆角速率积分初值的择优选择提出了一种待定系数法获取舰艇的姿态信息,达到角速率火控系统求解命中精度的提高。通过仿真,与以往方法进行对比,待定系数法在一定程度上提高了舰艇射击诸元的精度,并缩短了系统获得舰艇姿态信息的时间,验证了方法的合理性。     

基于重力视运动的SINS对准优化算法

针对无纬度条件下捷联惯导晃动基座对准问题,为提升航向角对准精度,提出了一种基于重力视运动的对准优化算法。通过小波去噪与重力观测矢量重构降低线振动与惯性器件随机噪声的影响,并提出了一种基于梯度下降的地轴矢量确定算法,对观测信息进行了充分利用,且最大限度地遍历了重力观测矢量组之间的夹角,使地轴矢量解算更为精确。仿真测试表明,基于梯度下降的地轴矢量解算优于现有的QUEST解算方法,使重力视运动对准具有更高的航向角对准精度与稳定性,且短时间对准时优势更为明显,通过三轴转台测试进一步验证了该方法的有效性。     

基于磁阻传感器的航姿测量系统罗差补偿技术研究

针对磁阻航姿测量系统在实际应用中易受到周围环境中的软硬铁效应引起的罗差干扰导致其航向角精度较低的问题,本文在分析航姿测量系统罗差产生机理的基础上,建立了对应的罗差修正模型,同时在已知当地磁倾角和由捷联于测量系统中的加速度计提取的载体姿态信息的基础上,提出了采用超定线性方程组求最小二乘解的方法推导出罗差系数的标定补偿算法。最后利用设计的算法对系统进行误差补偿对比试验。结果表明,该罗差补偿算法是正确有效的,三轴软硬铁效应得到了有效的补偿并且航向角解算精度得到了显著提高。该补偿方法为后续的载体误差分析和补偿提供了理论参考,具有一定的工程应用价值。     

基于视觉/惯导的无人机组合导航算法研究

目前视觉惯性组合导航系统多采用优化紧/松耦合以及滤波紧/松耦合算法,应用误差状态卡尔曼滤波能够将较低频率的视觉位姿信息提升到与惯性信息同步的频率;提出一种基于自适应卡尔曼滤波的视觉惯导组合导航算法,首先考虑到系统建模与传感器测量误差,采用自适应渐消卡尔曼滤波进行导航解算,通过实时计算遗忘因子,以调节历史数据的权重,可抑制建模误差,提高组合导航系统性能,然后针对视觉SLAM解算过程造成的视觉位姿信息滞后于惯导信息的问题,提出一种延时补偿方法;仿真实验表明,采用延时补偿的自适应渐消卡尔曼滤波算法能够有效抑制建模误差,并降低视觉位姿信息滞后带来的影响,提高无人机组合导航的解算精度,姿态、速度、位置解算精度分别达到5°、0.5m/s、0.4m以内。     

基于偏振光传感器的全姿态角解算方法研究

针对小型无人机三维空间内姿态解算的问题,提出了一种仅利用偏振光传感器进行全姿态角的解算方法.利用偏振光传感器测量的偏振方位角,及通过观测位置和观测时间计算得到的太阳方位角,可以求得当前的航向角.利用太阳矢量在导航坐标系和载体坐标系中的投影,通过解算姿态方程解算出当前的俯仰角与横滚角,实现全姿态角的解算.通过仿真实验证明了该方法的有效性,解算出的姿态角误差在1°以内,能够有效地满足小型无人机的需求,为无人机导航提供一种全新的导航方法.     

激光陀螺捷联惯导系统中整周期采样的修正研究

在圆锥运动环境下,若抖动偏频激光陀螺采用整周期采样抖动解调方式,将会引起严重的捷联惯导姿态算法漂移误差。提出了在整周期采样电路上进行少许改动,就能作出有效改进的方法,并详细推导了线性外推修正的算法公式。仿真结果表明,当姿态更新采用等效旋转矢量二子样算法时,利用线性 抛物线外推修正的效果非常显著,它能有效抑制整周期采样造成的姿态算法漂移误差,达到与理想采样的漂移误差非常接近的程度。研究结果有利于拓展整周期采样的应用范围。     

小型无人机姿态解算方法研究

姿态解算是小型多旋翼无人机研究的核心问题之一.为进一步提高姿态反馈数据的准确度和实时性,设计了低成本姿态解算系统,根据不同姿态传感器的信号特点,结合卡尔曼滤波融合算法和改进型互补滤波融合算法的优势,提出了一种基于前置卡尔曼滤波器的互补滤波融合姿态解算方法,并进行了飞行姿态解算实验.结果表明,代码的运行周期比改进型互补滤波融合算法增加了0.253 ms,比基于加权滑动方差的卡尔曼滤波融合算法减少了0.246 ms;姿态更新时间提前了约1 ms.悬停状态下,俯仰角和翻滚角的解算误差控制在±0.2°以内;航向角的解算误差控制在±0.6°以内.该方法集合了卡尔曼滤波算法和互补滤波算法的优势,准确度更高,实时性更强.     

基于MEMS传感器的惯导系统预处理和姿态解算

为解决MEMS惯性传感器的系统误差和环境干扰影响,捷联惯导系统(SINS)无法准确测量姿态的问题,设计了一种基于优化自适应无迹卡尔曼滤波(优化AUKF)的姿态解算方法。先对陀螺仪和加速度计的误差信号进行预处理,分别建立ARMA模型和一元高阶模型,使用经典Kalman滤波实现其过程,然后建立姿态角的微分方程,使用高精度的优化AUKF算法实现姿态角解算过程。跑车实验结果表明,该方法可以得到高精度的姿态角信息,抑制 MEMS陀螺漂移引起姿态角发散。