基于可观测度分析的捷联惯导初始对准方法

输出校正和反馈校正是捷联式惯导系统初始对准的两种传统方法,可观测度是衡量卡尔曼滤波状态估计效果的量度。为提高捷联惯导初始对准的精度,分析了状态的可观测度与反馈校正对初始对准精度的影响,得出状态的估计效果与使用的校正方法有关,正确的反馈量可提高估计精度。因此,该文提出了一种基于可观测度分析的自适应反馈校正方法,并分别使用3种校正方法进行地面静基座初始对准仿真实验,实验结果表明此方法可有效提高对准精度。     

可观测性分析方法探讨及其在初始对准中的应用

可观测性分析方法在卡尔曼滤波效果估计中得到了广泛应用,本文对误差协方差矩阵和姿态精度因子(ADOP)两种可观测性分析方法进行了研究,并分析了两种方法之间的关系。针对旋转式惯导系统多位置初始对准的问题,以捷联式惯导初始对准33维状态误差方程为研究对象,分别采用上述两种方法分析了可观测性分析在旋转惯组初始对准的转动顺序、停留时间及模型降阶方面的应用。仿真结果表明,两种方法在初始对准方案选择中具有良好的一致性。     

联邦滤波在光纤陀螺捷联惯导系统传递对准中的应用

对舰载武器光纤陀螺捷联惯导系统相对舰船综合导航信息系统的动基座传递对准技术进行了研究,提出了将挠曲变形、时间延迟作为系统状态,并给出了系统状态方程和量测方程。采用联邦滤波作为信息融合算法的传递对准方法,对系统方程中的状态变量进行了可观测度分析,并推导了速度、姿态匹配子滤波器方程及主滤波器方程。最后进行了仿真试验,试验结果表明:该传递对准方法使方位精度提高20%以上;该方法能够有效解决舰船条件下光纤陀螺捷联惯导系统的传递对准。     

激光捷联惯导系统的射前快速标定技术

捷联惯导系统射前自标定是提高系统精度的重要途径。基于激光陀螺标度因数稳定的特点,建立了适合激光陀螺捷联惯导系统射前自标定的加速度计误差参数模型。分析了基座扰动使姿态发生微幅变化对加速度各通道输出影响,设计了适合激光陀螺捷联惯导系统的加速度计自标定算法,该算法具有一定的抗扰动能力。在误差参数可观测性分析的基础上,设计了射前自标定方案,并进行了实验验证,试验结果表明,该方案可快速准确标定出加速度计相关误差参数。     

多普勒计程仪辅助捷联惯导初始对准技术研究

针对捷联惯导系统初始对准精度问题,提出了一种采用多普勒计程仪辅助捷联惯导系统进行初始对准的方法。分析了多普勒计程仪测速误差的形式,建立了多普勒计程仪与捷联惯导系统的误差模型,通过输出校正的方法修正多普勒计程仪的速度信息,为惯导系统提供准确的载体速度信息,采用卡尔曼滤波进行捷联惯导系统的精对准。并对舰船匀速直航状态时,多普勒计程仪辅助捷联惯导系统的初始对准进行了仿真分析。理论分析与仿真结果表明:该方案能有效地解决舰船的初始对准问题,收敛速度较快,而且具有较高的精度。     

中低精度捷联惯导在动中通系统中的应用研究

中低精度捷联惯导系统陀螺常值漂移大,在动中通系统中使用时无法完成自主对准.在建立惯导系统和天线控制系统坐标转换模型的基础上,采用天线自主跟踪状态下输出的角度值反解车体航向,在不增加外部设备的条件下实现了中低精度捷联惯导系统初始对准.仿真实验和车载实验结果表明,该方法正确有效.     

摇摆状态下车载捷联惯导系统初始对准方法研究

为了减小车载捷联惯导系统动态条件下的粗对准误差,使系统顺利进入精对准和导航阶段,对车体摆动干扰的特点进行了分析,提出一种补偿摆动误差,提高粗对准精度的方法;采用捷联惯导系统误差模型和卡尔曼滤波器,实现摇摆状态下车载捷联惯导系统精对准.仿真结果表明,补偿摆动误差后,基本消除车体摆动干扰,得到与静基座粗对准相当的结果;摇摆状态下精对准估计精度与静态估计结果基本一致,从而证明该对准方法的可行性与有效性.     

舰载武器的捷联惯导系统初始对准方法研究

捷联惯导系统已成为提升舰载武器性能的必要手段,而初始对准一直是捷联惯导系统的一项关键技术。本文总结了舰载武器用捷联惯导的初始对准方法,重点从误差模型、观测模型和最优估计算法三个方面详细介绍了传递对准的研究现状;并从解析自对准和惯性析自对准两个方面介绍了自对准方法的研究现状。最后,对舰载武器用捷联惯导的初始对准未来的发展趋势进行了展望。     

平台式主惯导半实物模拟系统的研制

为评估空空导弹捷联惯导系统对准和导航精度,研制平台式主惯导半实物模拟系统进行捷联惯导系统对准和导航性能试验。该模拟系统模拟两种国产平台式惯导系统的功能、性能、逻辑时序以及总线接口形式等,可接收外部按一定格式编排的飞行轨迹参数,或者系统自动生成飞行轨迹,包括飞机各种典型的机动动作。经过精确计算后,系统通过1553B/429总线输出各种导航参数、控制信息及状态信息。实现了惯导测试中模拟系统与实际平台式主惯导的可互换使用。     

一种基于单轴正反旋转的惯性器件误差估计

为了提高捷联惯导导航精度,构建一种Kalman滤波模型来估计陀螺常值漂移和加速度计零偏。首先分析了载体作单轴正、反旋转运动时,捷联惯导的系统误差特性,然后以正、反旋转两过程中的姿态误差和速度误差为状态变量,以两过程中同一位置处的姿态误差差值和速度误差和值为观测变量,构建了一种Kalman滤波模型,来估计惯性器件常值误差;经可观测性分析,该模型是可观测的。仿真实验中,对于3个陀螺漂移均为0.1(°)/h、加速度计零偏均为9.78×10~(-3 )m/s~2的捷联惯导,陀螺漂移估计精度达到0.01(°)/h,水平方向加速计零偏估计误差均小于0.4×10~(-3 )m/s~2,实验证明该方案可行。     

基于强跟踪GHF的里程计辅助SINS动基座对准研究

为提高车载捷联惯导系统动基座初始对准精度,提出了一种强跟踪降维高斯-厄米特非线性动基座初始对准算法。里程计辅助捷联惯导粗对准后水平姿态误差角为小角度,里程计辅助捷联惯导动基座对准模型简化为大方位失准角非线性模型,采用降维高斯-厄米特滤波(GHF),以少数非线性状态积分点估计整个系统状态,减少计算量,应用强跟踪滤波,提高系统对突变的滤波状态的跟踪能力。实验表明,应用强跟踪降维高斯-厄米特滤波提高了动基座初始对准精度,减少了计算量,提高了滤波的稳定性。     

捷联惯导系统任意方位两位置的对准模式

为了实现快速精确对准,研究了绕任意轴捷联惯导系统（SINS）的两位置对准问题。首先建立了一种基于李雅普诺夫变换的SINS等价误差模型。应用该模型,对SINS分别绕方位轴、俯仰轴和横滚轴两位置对准时系统的可观测性进行了定量分析,明确了SINS绕3个正交轴旋转系统的可观测性。通过引入弹体坐标系与导航坐标系之间的旋转角速率代替姿态矩阵,使导航坐标系中的转动坐标轴可以指向三维空间的任意方位,得到了弹体绕任意轴旋转两位置对准时系统状态变量误差的变化规律。研究结果可为SINS静基座快速精确对准及其工程应用提供参考。     

捷联惯导开环导航算法与简化误差模型匹配性验证

惯导解算算法与误差模型相匹配是设计静态自对准或自标定卡尔曼滤波器的前提。给出了捷联惯导开环导航算法与简化的静基座捷联惯导误差模型;并从误差对比的角度验证了开环导航算法与简化误差模型的匹配性。基于捷联惯导开环导航算法与简化误差模型构建了闭环卡尔曼滤波器,将闭环卡尔曼滤波器应用于多位置对准半实物仿真试验,仿真结果表明,陀螺和加速度计零偏估计精度优于97%,进一步从应用的角度验证了开环算法和简化误差模型的匹配性。     

基于中心差分卡尔曼滤波的SINS初始对准研究

研究了在大失准角条件下,捷联惯导系统初始对准非线性误差模型,分析了扩展卡尔曼滤波算法因对非线性模型线性化而存在的缺点,研究了中心差分卡尔曼滤波算法,提出将中心差分卡尔曼滤波算法应用于捷联惯导系统大失准角初始对准中.仿真结果表明,在水平失准角为小角度、方位失准角为大角度时,中心差分卡尔曼滤波算法同扩展卡尔曼滤波算法相比,提高了初始对准的估计精度和收敛速度.     

自适应卡尔曼滤波在SINS静基座初始对准中的应用

由于捷联惯导系统模型参数往往与实际的物理过程具有一定的偏差,并且系统的噪声与量测噪声的统计特性不是精确已知的,因此采用常规的卡尔曼滤波算法不能获得理想的滤波效果。为避免滤波发散,采用Sage-Husa自适应滤波算法应用于捷联惯导初始对准,仿真结果表明该方法相对于卡尔曼滤波方法在收敛精度和速度上都有很大的改进。     

基于MEKF的捷联惯导初始对准算法研究

在某些对精度要求不是很高的领域微机电系统(MEMS)等低精度捷联惯导系统因其造价低等特点而得到广泛应用。由于传统的初始对准方法不能估计除姿态以外的任何量,故不适用于MEMS等低精度捷联惯导系统。该文研究了一种基于姿态估计的初始对准方法,并使用乘性扩展卡尔曼滤波进行对准,在姿态对准的同时实现对惯性器件误差的建模估计。在实现初始对准的基础上显著降低了计算量。     

单轴旋转惯导系统最优二位置对准方案设计

二位置对准能够提高捷联惯导系统初始对准精度的原因有惯性器件常值误差的自补偿和改善系统可观测性两方面。首先,为了研究单轴旋转惯导系统的误差补偿机理,建立了系统误差模型,引入了等效惯性器件常值误差,然后,从等效陀螺常值漂移的角度出发,推导了最优二位置对准方案,代入误差传播方程可知,该方案能够抑制水平等效陀螺常值漂移,进而减小航向角误差;最后,建立了卡尔曼滤波模型,采用奇异值分解法证实了二位置对准能够改善系统可观测性,并开展了相关试验。试验结果表明,该方案可使初始对准精度达到36.441 4″(1σ)。     

基于捷联惯导的被动隔振测试系统的研究

本文针对捷联惯导系统振动影响精度的问题,提出了被动隔振测试系统,建立了捷联惯组被动隔振的等效模型,通过实验与ANSYS仿真分析,得到被动隔振测试系统有效的抑制了振动,对捷联惯导系统减振有一定的参考价值。     

加表斜坡零偏对惯导初对准的影响及补偿研究

研究发现当捷联惯导系统(SINS)进行卡尔曼滤波精对准或动基座对准时,惯性器件的斜坡性误差对其初始对准的精度有影响,特别是对于采用石英挠性加速度计的惯导系统在预热不充分期间进行初始对准很可能会出现较大误差。该文分析了惯性器件斜坡性误差对SINS初始对准的具体影响,指出要获得较高的方位初始对准精度除要求等效东向陀螺漂移小外,在对准期间还要保证等效北向加速度计零偏也足够稳定。通过试验对加速度计斜坡零偏进行了建模、补偿,试验结果表明补偿后方位对准精度有明显提高。     

车载激光捷联惯导系统初始对准可观测性分析

对里程计辅助的车载激光捷联惯导系统(SINS)的动基座初始对准问题进行了可观测性分析。首先,考虑里程计刻度系数误差、惯性测量单元零偏、SINS安装误差角等系统误差项建立了系统方程。然后,从系统方程出发,将系统可观测性问题转化为判断系统状态量是否存在唯一解的问题,利用全局可观测性分析方法对系统状态进行了可观测性分析,并给出了一种系统可观测的充分条件。最后,根据可观测性分析结论设计了初始对准算法及在轨激励方式。通过扩展卡尔曼滤波器对里程计辅助的车载激光SINS初始对准进行了计算机仿真,仿真结果验证了理论分析结果的正确性。