加速度计/磁强计无陀螺捷联惯导姿态解算研究

针对无陀螺捷联惯导系统姿态解算随时间不断积累的问题,提出一种磁强计辅助无陀螺捷联惯导的组合方案,利用磁强计测量的地磁信息来修正无陀螺惯导系统的姿态角误差,提高了姿态角的解算精度。推导了磁强计输出和姿态角之间的关系,在此基础上提出了一种姿态优化算法,介绍了算法的基本原理;建立了误差四元数的姿态组合模型,并采用反馈校正完成动态条件下姿态的确定;最后对姿态误差角进行了仿真研究,仿真结果表明该方法有效地抑制了误差的发散。     

基于递推最小二乘算法的惯导姿态误差动态标定方法

在分析最小二乘算法原理的基础上,提出了一种基于递推最小二乘算法的惯导姿态误差动态标定方法,建立了计算模型,进行了仿真分析.仿真结果表明,该方法具有较高的解算精度和计算效率,航向误差解算精度优于3.5”,水平误差解算精度优于0.15".该方法解决了动态条件下惯导姿态误差实时标定的技术难题,对提高惯导姿态测量精度和测量船外...     

MEMS陀螺漂移误差抑制方法研究

MEMS陀螺漂移误差是影响惯性测量系统精度的主要误差源,针对这一问题,引入旋转调制方法和卡尔曼滤波方法,利用旋转调制方法抑制陀螺的常值漂移,利用卡尔曼滤波方法减小随机漂移,并进行了仿真和实验,对调制和滤波前后惯性测量系统的姿态角误差进行了对比,结果表明,利用旋转调制技术和卡尔曼滤波方法分别减小陀螺的常值漂移漂移和随机漂移后,由这两种漂移误差引起的姿态角误差明显减小,惯性测量系统的测量精度显著提高。     

基于Matlab／Simulink的惯导系统静基座误差仿真

分析了指北方位惯导系统的误差，主要是速度误差方程、位置误差方程、姿态误差方程，并讨论了静基座条件下的基本误差特性，利用Matlab／Simlink强大的仿真开发功能，对这些误差进行了计算机仿真，阐述了各种误差对系统性能的影响，这对惯性导航系统的设计、主要元器件的精度要求和误差的补偿等具有一定的借鉴意义。     

SINS/EC组合导航系统研究

利用电子罗盘辅助捷联惯导系统构成一种完全自主式的组合导航系统。本文推导了电子罗盘的姿态误差方程，用捷联惯导系统和电子罗盘输出的姿态误差的差值作为组合模式的测量值，利用卡尔曼滤波技术进行误差估计，给出了系统仿真结果。仿真结果表明组合导航系统可有效地减小姿态误差累积。     

零速修正技术在车载惯性导航中的应用研究

针对车载惯性导航系统由于无外部信息长时间运动导致的误差积累的问题,提出一种运用动态零速修正技术来提高导航精度的方法。利用零速修正技术的约束条件,构造观测量;用基于普条件数可观测理论对系统各状态进行了可观测性分析,确定卡尔曼滤波器的滤波效果,并进行仿真实验对姿态角误差、速度误差进行了估计。实验表明,在惯性导航系统中,零速修正技术很大程度上提高了导航的位置、速度、姿态信息,有效地确保了车载导航的导航精度。     

基于MLE算法的海上角度交会测量方法及其精度分析

针对我国现有测量船单站REA测量体制精度相对较低的问题,提出了基于光电经纬仪的海上角度交会测量方法。介绍了角度交会测量原理和设备布站原则,构建了AE-AE异面交会测量系统,设计了基于MLE(Maximum Likelihood Estimation)算法的海上角度交会测量算法和船摇修正方法,仿真分析了船体姿态测量误差、设备测角误差以及站址定位误差等的影响。仿真结果表明,站址测量误差是海上角度交会测量的最主要误差源,船体姿态测量误差和设备测角误差对海上角度交会测量精度有一定的影响,当船体水平姿态测量误差优于20″、航向测量误差优于30″、设备测角误差优于20″、站址测量误差优于1 m时,海上角度交会测量精度可达1 m。该法解决了动态条件下的飞行目标高精度测量技术难题,为后续工程设计奠定了基础。     

光学连续闭环光电编码器误差检测系统

为了解决光电编码器误差检测精度低、光机结构复杂、检测周期长等问题,利用自准直仪与多面棱体的光学小角度测量原理及转角互逆双轴转台的连续误差检测方法,建立了光学连续闭环光电编码器误差检测系统;采用多体系统理论与相对位姿矩阵变换方法,建立了双轴转台全误差模型,分析了固定误差和可变误差对系统的影响;利用标定自准直仪与23面棱体对检测系统进行了校准,并利用高精度光电编码器与系统进行了精度对比验证。结果表明:检测系统的双轴回转精度满足数值仿真计算要求,系统精度可达0.38″,测量不确定度为0.2″（k=2）,系统检测精度与实际编码器出厂时标定的准确度基本一致,验证了光学连续闭环光电编码器误差检测系统实现高精度和全圆周连续误差检测的可行性。     

基于多传感器融合的航天器间位姿参数估计

提出了利用单目视觉与激光测距仪混合的航天器间相对位置和姿态参数测量的解析算法。首先利用四元数测量算法,采用5个非共面特征光点和单目视觉获取航天器间相对位置和姿态参数的解析解,并对解析解进行修正;然后,将上述6D位姿参数与激光测距仪获取的1D距离进行融合,以进一步对6D位姿参数进行修正。最后,通过计算实例对该算法进行数学仿真,仿真结果表明:该算法保证了在相机标定和特征光点提取及匹配较大误差下的位姿参数的估计精度,能够满足航天器相对位姿确定精度和实时计算要求。     

低轨凝视卫星动态跟踪对成像的影响分析

为实现凝视卫星动态跟踪清晰成像,建立了卫星对地实时跟踪成像的数学模型,推导了卫星凝视跟踪成像时本体坐标系相对轨道坐标系的姿态角和角速度的变化,设计了物像位置与速度矢量映射算法,搭建了焦平面像点与地面景物点位置与速度变化的一一对应关系,结合蒙特卡洛方法统计分析了动态跟踪成像过程中卫星的姿态变化及姿态动态跟踪精度对成像的影响。最后,利用CMOS相机和小卫星姿态控制系统全物理仿真平台对凝视成像进行了仿真分析。结果表明:卫星凝视成像过程中,像面存在卫星姿态变化及姿态动态跟踪精度引起的像在探测元上的驻留时间小于探测器的积分时间,分析及仿真得出,为满足驻留时间大于或等于积分时间的要求,仿真平台动态跟踪精度优于0.002(°)/s时,可实现500 km凝视卫星2 m分辨率动态跟踪清晰成像。     

电磁张量姿态旋转不变量研究

首先研究了传统基于重叠偶极子模型的几何误差校正方法,该方法需要姿态角测量装置测得仪器的姿态角信息,且具有无法消除姿态角测量装置的安装角度误差、探测区域地形的起伏倾角误差以及感应误差的不足;基于类似的公式推导以及姿态角旋转矩阵中各分量间的等式关系,推导出在层状大地模型下的电磁张量姿态旋转不变量.由模型仿真结果可知,在一个测量周期内,当系统姿态角恒定不变时,垂直共轴、垂直共面以及水平共面三种常用线圈架构由姿态角引起的总误差,分别可以达到12%,11.5%,-11.5%,而不变量的总误差恒为零;当系统姿态角变化率恒定不变时,不变量的总误差随着初始姿态角以及姿态角变化量的增大而增大,且可以忽略发射频率以及大地电导率的影响.若选取的测量周期足够短,此时姿态角变化量足够小,则可以忽略不变量的总误差,从而不再需要测量系统的姿态角信息.已知RESOLVE系统在30 ms的测量周期内翻滚角及俯仰角的初始姿态角均为27°,姿态角变化量均为0.45°,得到不变量在H型层状大地下的总误差仅为-0.21%,验证了不变量的可行性.     

基于三子样和互补滤波的姿态测量算法研究

为了解决陀螺随时间的漂移以及周围环境产生的随机误差的问题,设计了一种基于互补滤波的姿态求解方案,同时通过将三子样算法和互补滤波结合起来使该算法适用于高动态等复杂环境下的姿态测量。该方案采用四元数法对姿态进行描述,经过高精度三轴温控速率转台上的静态实验以及摇摆动态实验,通过对比高精度转台角度值,可以发现互补滤波算法对于精度的提高有明显的效果,有效的将惯性测量单元的数据进行融合。同时由于采用了三子样算法可以满足高动态环境下的姿态测量,确保了系统在各种环境下精确测量。     

基于L BFGS的自适应模糊互补滤波

针对惯性测量单元噪声大及常规姿态解算算法精度不高的问题,提出了一种基于拟牛顿法（L-BFGS）的自适应模糊互补滤波（AFCF）算法。该方法利用L-BFGS对加速度计、磁力计进行寻优估计,并通过监测系统的运动等级、加速度计、磁力计的误差,运用模糊逻辑理论调控加权因子及增益权重,动态地调整互补滤波参数,实现姿态误差的动态补偿,优化姿态解算结果。经实验验证,系统静态误差在0.4°内;动态误差在1.3°内,且该系统能减少噪声的干扰及陀螺仪的漂移。     

星敏数据转换为参考系欧拉角姿态的方法

针对三轴稳定卫星星敏感器姿态测量数据转换参考系欧拉角姿态计算的相关问题,首先,系统地总结了转换计算的方法,给出了星敏数据计算姿态矩阵及姿态矩阵解算欧拉角的方法;然后,对工程上常用的312及321转序,从编程角度提出了一种全角度欧拉角解算及值选择方法;最后,分析了采用所提方法转换计算中的常见误差因素及注意事项,并基于分析结果给出了同步星的转序选取建议。研究结果表明所提方法是有效的,对卫星姿态确定和误差分析有一定的参考意义。     

无位置输入的姿态航向算法研究

针对姿态航向参考系统中出现的无法装订初始位置信息,不能实时计算飞行器位置信息,引起的地球自转角分量误差无法补偿问题,提出了将速度和姿态误差方程中有关位置项进行简化的方法.简化后的姿态误差方程所造成的误差等效为陀螺漂移的思想,从理论上分析了简化算法因无法补偿位置项和地球自转角分量而造成的误差,设计了基于姿态角的内阻尼卡尔曼滤波器,估计陀螺漂移,修正姿态误差.实验结果表明,对于漂移为10 (°)/h的光纤陀螺构建的系统,修正后姿态精度优于0.3°,航向精度优于1°.     

一种双天线辅助的两段连续式对准以及误差分析

针对低精度微惯性测量单元/全球导航卫星系统 (IMU/GNSS)松组合导航系统中初始方位难以精确得到和行进间航向容易发散的问题,该文设计了一种双天线辅助的两段连续式对准方法。首先分析了初始方位误差对航向精度的影响;其次,由于GNSS测向系统精度高、无姿态漂移误差的特点,基于双天线基线矢量推导了一种最小二乘算法的测姿模型,进行初始对准;最后针对行进间对准,研究扩展了基于航向差值的1维量测以抑制航向发散。设计试验探讨了双天线基线矢量对初始对准与行进间航向精度的影响,改进方法可以使得初始方位误差优于0.7°,行进间航向能够更准确地被跟踪。针对目标的初始对准与行进间对准,双天线可提供辅助信息,其效果优于单天线IMU/GNSS的组合,且方法计算量适中。     

基于MEMS器件的低成本微惯性导航系统设计

设计了一款基于MEMS陀螺和MEMS加速度计的低成本微惯性导航系统。采用“四元教”法进行姿态计算,通过比力变换、积分运算确定载体的速度、位置。分析样机运行结果可知,静态运行15S,姿态误差最大为1．2°,速度误差最大为4．5m／s,位置误差最大为33m。实验表明,该系统发散较快,但短期精度较高,为满足长时间导航,必须与其他导航如GPS组合,即可应用到普通导航领域,且能大大降低系统的成本和体积。     

阻尼比连续可调的捷联惯性姿态测量系统内阻尼技术

在自主导航状态下,捷联姿态测量系统存在的舒拉调谐等周期性误差可以通过内阻尼技术进行有效抑制。但是阻尼的加入破坏了系统的舒拉调谐条件,系统会受载体加速度的影响,产生新的姿态角误差。针对传统阻尼网络阻尼比固定的缺点,设计了一种阻尼比可连续调节的阻尼网络,推导了载体加速度、阻尼比和姿态角误差三者之间的关系。为抑制系统在载体机动状态下产生的姿态角误差,提出了一种根据载体加速度大小实时调整系统阻尼比的自适应阻尼方案。仿真与实验结果均表明:设计的阻尼网络可有效抑制系统姿态角误差;自适应阻尼方案可有效降低载体在机动状态下阻尼对系统的不利影响,提高系统精度。     

一种图像校正的偏振光罗盘系统的研究

导航传感器在探险、应急、精确制导武器、船舶、航空器导航和定位系统中起着关键作用。针对偏振光罗盘在倾斜状态下误差较大的问题,提出了一种利用加速度计和陀螺仪对偏振光罗盘进行图像校正的方法,设计了一种基于陀螺仪校正的偏振光罗盘系统。首先利用加速度计和陀螺仪计算得到载体姿态角,对偏振光图像数据进行图像校正,采用Stokes矢量法解算大气偏振模式分布,进而提取导航特征点,最后对特征点进行拟合解算出航向角信息。并且进行了静态和动态测试实验,实验结果表明,该算法能够有效的对偏振光罗盘姿态变化引起的误差进行补偿,可以将偏振光罗盘的航向角测量误差控制在1.86°之内,平均误差为0.09°。     

光电编码器动态误差评估系统

在批量生产小型光电编码器的过程中,出厂检验不仅要对光电编码器动态误差进行检测,也要对不达标编码器进行误差溯源及修正。在实现对光电编码器高、低转速下的动态误差检测的同时,需要快速的定位光电编码器动态误差超标的原因,使生产者能够根据误差超标原因对编码器进行调校。为此,提出了光电编码器检测方法及评估方法,设计了小型光电编码器动态误差检测及评估系统。首先,从低、中、高频率方面对光电编码器误差组成分析,明确了各频率误差的产生原因;然后,提出了采用AR模型谱估计法对动态误差进行评估的方法,并根据误差评估结果给出误差产生因素判定;最后,设计了小型光电编码器动态误差评估系统,实现了对光电编码器的动态误差检测,并给出误差评估结果。所设计的检测系统工作转速范围为0.5~8 r/s,检测精度优于2;误差评估系统能够清晰的显示出动态误差在各频率下的均方值,使生产者能够轻易地找到不达标编码器的调校方法。该系统准确可靠、显示直观,为批量生产光电编码器提供了简单有效的检测评估手段