基于姿态四元数的SINS/星敏感器组合导航方法

分析了一种星敏感器多矢量定姿原理,在考虑了惯性元器件误差及星敏感器误差的基础上,建立了SINS/星敏感器组合导航系统模型;以模拟的实时星敏感器测量信息为基础,通过将SINS确定的载体相对惯性空间的四元数姿态信息与星敏感器输出的高精度四元数姿态信息进行信息融合,实时估计出陀螺漂移量及失准角并对SINS进行在线修正,从而达到保证SINS高精度导航的目的。最后,通过仿真验证表明了这种SINS/CNS组合反馈校正方案的可行性和有效性。     

基于旋转式惯性/天文组合导航系统信息融合算法研究

针对惯导系统姿态长时间发散问题,提出了基于单星辅助的旋转式激光陀螺惯导系统方案设计,采用绕航向轴旋转的方式调制水平方向陀螺和加速度计零偏导致的导航误差,同时运用单星测量的姿态信息辅助惯导系统抑制姿态发散。在此方案基础上,以Kalman滤波理论为基础,以惯导系统和星敏感器输出姿态角差值作为观测量进行信息融合,基于导航坐标系推导了姿态误差角和数学平台失准角之间的转换关系,建立了相应的滤波模型,并进行试验。试验结果显示导航误差由1241m降为833 m,表明基于该组合方案下建立的模型能有效提高导航精度,证实了该方案具有实际工程应用价值。     

一种星敏感器与捷联惯导高精度安装误差标定方法

针对高精度标校星敏感器和捷联惯导之间安装误差问题，捷联惯导和星敏感器均能输出相对惯性空间四元数的特点，提出了一种基于误差四元数与角速度测量值的算法，建立星敏感器和捷联惯导的安装误差模型和系统观测模型．采用“粗校准＋精校准”的两次估计滤波方法，最终达到提高姿态确定精度的目的。仿真结果证明了该方法的有效性和可行性。     

利用星敏感器在轨标定陀螺仪的平方根滤波方法

研究了陀螺仪在轨标定问题,提出了一种用星敏感器在轨标定陀螺仪的平方根滤波方法。用星敏感器的姿态输出对陀螺仪的误差系数进行估计,将星敏感器测出的姿态角解算的导航角速率引入到惯导系统的姿态更新,实现了姿态误差与速度误差和位置误差的解耦。根据系统的姿态误差方程,以陀螺仪的误差系数为状态参数,构造系统状态方程和量测方程,进行平方根滤波估计。推导了基于平方根滤波的标定算法。仿真结果表明,提出的在轨标定方法在适当的机动条件下,能够以较高的精度标定出陀螺仪的误差系数。     

无陀螺下基于UKF滤波器的星体角速率估计

文中通过采用一种新的非线性滤波方法(Unscented Kalman Filter)设计UKF滤波器,以星敏感器(CCD)为唯一测量元件,在无速率陀螺条件下求得卫星三轴姿态角速率.在相同条件下对UKF和EKF两种非线性滤波方法进行了对比,对于非线性系统仿真结果显示UKF的精度和鲁棒性强于EKF,且收敛快.     

星光定向的"虚拟星"方法

在星光/惯性导航及制导系统中,常需要选择某个期望位置的星光作为定向基准,但天球上不一定正巧有这样的星体存在.在采用敏感矩阵型星光敏感器时,视场中围绕这一期望位置可能出现数颗星的映象,利用这些可观测星体的坐标信息就可以间接地确定期望位置虚拟的定向基准星的准确坐标.这种方法可以避免因采用不准确位于期望位置的星体作定向基准所带来的方法误差,而且还能够利用多星观测的冗余信息减小观测随机误差.     

星敏感器温度误差建模与补偿方法

提出一种星敏感器温度误差建模与补偿方法。分析了温度对星敏感器光学系统与CCD器件影响机理,建立了星敏感器温度误差模型。在此基础上,提出一种补偿星点定位误差的方案,能够有效修正受温度影响的星点质心位置偏移,提高星敏感器的工作精度。仿真验证表明,温度变化对星敏感器光学系统性能影响显著,对CCD暗电流噪声的影响相对较小,针对光学系统设计的补偿方案能有效提高星敏感器的测量精度。     

捷联惯导/天文组合导航

为了有效提高惯性导航精度，文中介绍了一种基于星敏感器的捷联惯导组合导航方法。首先分析了捷联惯导／星敏感器组合导航系统的工作原理。其次，对组合导航系统进行建模，分析系统误差，通过捷联惯导和星敏感器的输出构造量测值，建立系统的误差状态方程和量测方程。最后，利用间接卡尔曼滤波，估计出组合导航系统的误差状态量，进而修正捷联惯导系统的位置、速度和姿态角。最终，通过对仿真结果的分析证实了该方法的有效性。     

弹载SINS/CNS组合导航系统在线标定方法

提出一种弹载SINS/CNS组合导航系统在线标定方法。该方法将星敏感器安装偏角误差、陀螺漂移及加速度计零偏误差扩维为状态量,利用星敏感器与惯导系统姿态角之间的关系建立观测方程,采用卡尔曼滤波对安装误差及惯性器件误差进行估计和补偿。设计趋于一般运动状态的路径对上述方法进行仿真验证。仿真结果表明,该方法可以实现对星敏感器安装误差及惯性器件误差的估计,其中安装误差估计精度优于0.1',陀螺漂移估计精度优于0.01°/h,加速度计零偏估计精度优于20μg。     

无陀螺卫星姿态确定系统的分散化滤波器设计

针对无陀螺配置的情况下由星敏感器、数字式太阳敏感器和红外地平仪构成的卫星姿态确定系统,提出采用分散化滤波器进行信息融合.设计了多敏感器信息融合的分散化滤波器结构和算法,推导了各个子系统的状态方程和量测方程.仿真分析结果表明,在无陀螺配置的情况下采用分散化滤波器对多敏感器卫星姿态确定系统进行信息融合,能够以较小的计算量实现高精度的信息融合.     

基于可编程多轴控制器的三轴转台控制系统

基于可编程多轴控制器(PMAC)的三轴实验转台闭环控制系统由转台、PMAC、驱动器、执行器和检测装置等组成.倾角传感器测量载体的X、Y轴摇摆角度为位置环,光电编码器作速度环,转台搜索、跟踪由Z轴实现.转台水平稳定、方位轴搜索、跟踪等控制程序用PMAC语言编写.系统PID参数调整按先比例、后积分、再微分的顺序采用凑试法由小到大整定.     

基于CNS仿真器的弹道导弹SINS/CNS/GNSS组合导航系统研究

通过对CNS仿真器的设计，模拟了CNS的核心器件星敏感器的输出准量测数据，实现了对平台误差角的估计。将其和卫星导航系统（GNSS）共同运用到弹道导弹组合导航系统中，以融合反馈模式的联邦滤波器为基础，构建了SINS／CNS／GNSS组合导航系统。仿真结果表明了该组合方案的稳定性和可靠性。     

基于惯性/星敏感器的高精度定姿方法研究

研究了利用惯性导航系统与星敏感器进行组合定姿的方法。首先,分析惯导系统和星敏感器的误差源,选取惯导系统误差作为组合系统的状态,获得系统状态方程。然后,利用惯导系统输出的飞行器位置、速度和姿态等信息来构造恒星矢量等效观测值,将其与星敏感器实际观测到的恒星矢量相减作为量测,构造出量测方程。最后,利用卡尔曼滤波技术,设计惯性/星敏感器组合定姿算法。仿真结果表明,基于惯性/星敏感器的组合定姿方法达到了6角秒的定姿精度,非常适用于空间飞行器的高精度定姿。     

平台式惯性/星光组合系统斜置对准方法

采用星敏感器内置于惯性平台方案的惯性/星光组合系统需要在发射时将星敏感器对准目标恒星。提出一种通过控制平台转位实现恒星射前对准的平台斜置对准方案,并开展相应的误差分析,最后通过试验验证了方案的有效性。     

时间分割法的渐开线插补

时间分割法的渐开线插补,用若干等弦逼近实际渐开线.通过插补运算,计算出每个插补周期内X、Y轴的进给量以控制相应轴的运动.其运动轨迹合成后形成一段渐开线.该插补流程包括:读取渐开线数据、计算渐开线起点和终点角度,并由此判断和计算渐开线的插补点或终点的进给量并输出,最后进行插补精度分析.     

大视场星敏感器光学系统畸变校正方法

针对大视场星敏感器光学系统畸变较大,严重影响角距测量精度的问题,采用多项式拟合算法,对研制的星敏感器进行了畸变校正,校正后的平均角度测量误差小于1″。     

平台单星方案原理及仿真研究

从原理上论述星光惯性制导平台单星方案,推导利用星敏感器的测量值来修正导弹因初始定位定向误差、惯性器件的漂移等引起落点偏差的相关公式,对各误差项进行数值仿真计算,分析平台单星方案对各误差项的修正效果,并讨论所选星体偏离最佳星方位的角度对落点偏差的影响.     

战术弹利用捷联组合进行方位对准的探讨

战术弹 (部件 )在无准备阵地 ,利用组合 (测角 )功能 ,可以完成射前方位对准 ,是本文想阐明的主要观点。角敏感元件漂移系数具有短期稳定性 ,通过转弹前后两位置对组合的测试 ,垂直敏感轴计测转弹过程中两位置之间的转角 ,两水平敏感轴敏感计测地速分量在前后两位置的变化 ,由此计算出部件当前所在方位 ,从而实现战术弹射前的方位对准     

基于水下地形匹配大姿态误差角捷联惯导系统误差估计方法

传统的基于线性滤波的误差估计方法常采用基于咖角法的捷联惯导系统（SINS）线性误差模型,但当姿态误差角较大时,估计效果不稳定且精度较差。为此,提出了基于无迹卡尔曼滤波（UKF）的误差估计方法。通过建立水下地形匹配辅助导航系统非线性误差模型,以地形匹配和深度压力传感器测量的位置信息和深度作为量测量,设计了扩展状态UKF滤波器,在大姿态误差角下仿真研究了其估计效果。结果表明,在大姿态误差角下,本文所提出的方法可行且具有较好的估计效果,为匹配区内修正捷联惯导系统导航误差提供了参考。