四阶龙格库塔算法在捷联惯性导航中的应用

为了提高捷联惯性导航的精度,降低算法结构复杂度,解决惯性导航精度不能满足实际需要的矛盾,将四阶龙格库塔算法应用于捷联惯性导航算法的姿态和速度解算,优化了捷联惯性导航算法.首先根据前人的研究结果实现解算姿态、速度和位置的高精度数字积分算法.再根据龙格库塔算法的原理,推导得出了利用四阶龙格库塔算法的姿态和速度解算方法.然后利用轨迹发生器所产生的仿真数据分别验证并得到高精度数字积分算法以及龙格库塔法解算出的导航结果的误差特性曲线,两者比较,证明使用四阶龙格库塔算法的导航解算精度要高于使用高精度数字积分算法,为提高捷联惯导的导航性能提供了科学依据.     

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.     

四旋翼惯性导航姿态解算算法的改进与仿真

为了实现四旋翼飞行器的高精度导航,提出了互补滤波法和四元数算法对传感器获得的数据进行修正,最大限度的抑制干扰误差并提高姿态角解算的准确度;首先简单推导了捷联式惯性导航系统的算法基本原理并利用互补滤波算法进行改进,然后给出了惯性导航系统的力学编排模型分析旋翼飞行器的运动姿态;最后仿真验证数据选用惯性仪表MPU6050和HMC5883所得到实测数据采集并进行仿真分析,平台处理器选用STM32来仿真惯性仪表的测量速度,最终得到实验结果证明算法可行性。     

基于运动姿态识别的行人惯性导航算法

针对室内定位惯性导航算法存在累积误差的问题,提出了一种基于运动姿态识别的行人惯性导航算法.在捷联惯性导航算法的基础上,引入了行人脚部姿态识别方法,将行人的位移以单步长为单位进行惯性导航解算.使用姿态识别与零速修正相结合确定每一步的静止时刻,改进步数检测结果,并对行人静止时刻的速度和位置信息进行校正,以降低累积误差;统计前期误差较小的行人惯性导航数据,并建立步频—步长模型,根据行人实时的步频和方向变化对当前步长进行校准,在行人以惯常运动姿态或运动姿态变化时分别采取对应的步长估计算法,以保证导航算法的准确性.实验结果表明:与传统捷联惯性导航算法相比,提出的算法提高了长距离导航的精度.     

基于三自由度飞行器模型的航迹发生器设计

针对飞行器航迹研究,捷联惯性导航系统的性能评估需要飞行轨迹数据和相应的惯性器件参数,但真实飞行数据较难获得,且不易灵活调整.为了仿真实际的速度、位置、姿态等飞行数据,设计了三自由度飞行器模型的航迹发生器.在建立三自由度飞行器模型的基础上,设计了飞行器的航路飞行控制方案,并实现了多航路点的飞行仿真与导航验证.实验结果表明,算法所产生的飞行轨迹数据和惯性器件数据过渡平滑、符合飞行动力学特点,并且通过调整参数设置能够方便地制定航迹,对于分析和提高捷联惯性导航系统性能具有重要的理论参考价值.     

基于离散傅里叶变换的姿态算法研究

捷联惯性导航系统已经在航空航天的各个领域中获得了广泛应用.捷联惯性导航系统根据固定在载体上的陀螺仪输出的角度或者角速率信息实时计算载体相对于惯性参考系的姿态变换矩阵.为确保姿态实时计算精度,根据信号处理中信号重构的相关理论,利用角速率信息求解四元数姿态微分方程的离散傅里叶方法,并以典型圆锥运动作为输入条件对算法进行仿真.仿真结果表明,提出方法在高动态角运动环境下的解算精度要优于四阶龙格库塔算法,由圆锥运动引起的俯仰角算法漂移误差也要小于四阶龙格库塔方法.     

互补滤波算法在四旋翼飞行器姿态解算中的应用

针对四旋翼飞行器飞行过程中的姿态最优估计问题,本着准确、快速的原则,选择了基于陀螺仪、加速度计和电子罗盘的捷联式惯性测量系统.由于这些传感器存在温度漂移和噪声干扰等问题,采用互补滤波算法,通过融合IMU多传感器的数据信号,对测得的姿态数据进行补偿修正,解算出高精度的姿态角.为了验证互补滤波算法的有效性和实用性,通过实际的四旋翼飞行器角度测量系统对互补滤波算法展开研究.结果表明姿态角解算中采用互补滤波算法能够快速、稳定的输出高精度姿态数据,姿态角最大跟踪误差控制在±2°以内,满足四旋翼飞行器飞行控制的要求,成功完成了姿态的最优估计.     

基于STM32的飞行控制器系统设计

介绍了一种以STM32微控制器为核心,基于多传感器检测、GPS导航、捷联惯性导航四元数算法和自适应PID算法的航模滑翔机飞行控制系统的设计方案。同时介绍如何使用Google Map的API(Application Programming Interface)建立一个的GIS(Geographic Information System)系统,并使用VB进行上位机的开发,做到飞行轨迹的绘制和飞行姿态的实时显示。     

捷联惯导系统测试中仿真轨迹的设计与分析

由于很难获得全面真实的导航飞行轨迹数据,而各类导航系统性能测试又必须要有飞行轨迹数据和惯性器件的输出参数.针对捷联惯性导航系统进行测试的飞机仿真飞行轨迹的设计方法.方法将飞行轨迹分解成若干任务段,根据实际需要,通过自由组合这些任务段,得到一条完整的飞行轨迹.据此设计了一条仿真轨迹并对该轨迹进行了性能分析,结果表明设计方法不仅能够较好的模拟飞机的实际飞行状态,更能有效的检验捷联惯性导航算法的精确性和可靠性,应用效果令人满意.     

捷联式磁航向测量系统的航向角误差动态特性研究

在不考虑罗差情况下,建立了捷联式磁航向测量系统的航向角误差模型,并结合无人机磁航向测量系统中框架式垂直陀螺仪的姿态测量特点,将其姿态误差源特征引入误差模型,全面分析了其航向角在不同飞行条件下的动态误差特性.对捷联式磁航向测量系统的航向角误差模型进行了仿真计算,并将仿真结果与飞行实验结果进行了比较分析.结果表明:捷联式磁航向测量系统的航向角误差动态特性符合无人机测量误差特点,能够为工程应用提供直接的理论依据.