加权递推最小二乘的捷联式惯导系统初始对准方法研究

捷联式惯导系统(捷联式惯性导航系统)的初始对准就是确定捷联矩阵的初始值,陀螺与加速度计的误差会导致对准的误差,对准时飞行器的干扰运动也是产生对准误差的重要因素,因此滤波技术对捷联式惯导系统尤为重要.通过研究捷联惯导初始对准的误差模型,提出了将加权递推最小二乘滤波算法应用于捷联式惯导系统的初始对准中,仿真结果表明,该方法估计精度高,收敛速度快.     

捷联惯导陀螺信号的小波实时滤波器设计

介绍小波去噪步骤和一种实时滤波算法.针对捷联惯导系统中光纤陀螺输出信号的特点和系统导航计算的要求,设计了实时滤波方案,去除了信号中高频部分的噪声,从而抑制了陀螺的随机漂移.通过仿真实验,验证了小波实时滤波算法对陀螺输出信号进行滤波消噪处理的可行性和有效性.     

单轴旋转式捷联惯导方位对准研究

为消除东向陀螺常值漂移对捷联惯导方位对准精度的影响,在罗经法对准频率特性分析的基础上提出了一种适于旋转调制捷联惯导系统的罗经对准方法.该方法利用旋转过程中陀螺漂移和加速度计零偏被调制为周期变量的特点,针对旋转频率来改变罗经法对准系统的参数,使系统能够对调制后的陀螺漂移和加速度计零偏产生抑制作用,以此消除静基座对准中由东向陀螺常值漂移所引起的方位误差角.仿真实验结果表明,相比静基座对准,在单轴旋转中采用此种罗经法对准可以消除方位角的常值误差,方位对准的精度可提高至10倍以上.     

捷联惯导系统数据采集卡的设计

介绍了利用FPGA实现激光陀螺捷联惯导系统数据采集卡的设计。采集电路是激光陀螺捷联惯导系统中非常重要的组成部分,在深入分析激光陀螺和加速度计的输出信号的基础上,完成了基于FPGA的数据采集电路的设计,使用IP核来实现数字滤波模块,通过实验表明,该采集卡计数实时而准确,滤波效果达到设计要求,采用FPGA大大简化了装置,提高了系统的简易性和配置的灵活性。     

摇摆基座下旋转捷联系统粗对准技术研究

阐述了利用惯性测量单元(inertial measurement unit, IMU)的转动调制惯性器件常值偏差的原理.针对载体处于摇摆基座下难以实现粗对准这一问题,在已有惯性系对准方法的基础上提出了改进的惯性系对准方案并应用于旋转捷联惯导系统中.利用数字低通滤波器滤除由于摇摆和振荡运动产生的加速度干扰,实现了旋转捷联系统的粗对准.对比地分析了2种惯性系下的粗对准原理并进行了仿真,利用系泊实验进一步验证了改进的惯性系对准方案的可行性.结果表明,载体处于摇摆状态时,采用低通滤波方法可以有效地提取基座惯性系下的重力加速度信息,并建立更为准确的捷联矩阵;与传统的惯性系对准方法相比较可以看出,采用滤波技术的惯性系对准结果具有更好的稳定性,存在广阔的应用前景.     

基于磁电编码器MEMS陀螺标定及高阶滤波的动态滞后补偿方法研究

在航空航天、无人机、云台等具有高隔离度要求的伺服应用领域,具有高精度、高稳定性的陀螺反馈系统是伺服系统达到目标隔离度的必要条件。针对多轴陀螺系统解耦困难,难以消除机械安装偏差,以及输出信号噪声大等问题,提出了采用基于磁电编码器陀螺标定及解耦方法,为了降低系统噪声对于陀螺信号输出精度的影响,提出陀螺信号高阶低通滤波及滞后补偿方法。设计了一套空间大小仅为40 mm×25 mm×20 mm的双轴CRM100陀螺硬件平台,在双轴陀螺硬件平台的环境下,对陀螺误差标定、陀螺高频噪声信号滤波及延时特性进行研究,并基于多阶低通滤波对双轴微机电(MEMS)陀螺进行高动态滞后补偿。实验结果表明,所提方法有效抑制了高频扰动对陀螺信号解算的影响,系统运行稳定可靠,陀螺的输出误差最大不会超过0.5°/s。并在1°/3 Hz和3°/1 Hz的外部扰动条件下,对伺服系统的隔离度进行了实验测试。     

适用于强阵风干扰下的捷联惯导自对准算法

对于处于起竖状态的车载武器来说,在强阵风的干扰下会产生较大摇晃,由于其捷联惯导系统(SINS)的重心较高,SINS的测量值很容易受到晃动所带来的角运动和线运动干扰,SINS难以快速地实现自对准,针对该问题,提出了强阵风干扰下SINS自对准算法。该算法利用惯性坐标系下的姿态更新来实时地反映载体在晃动干扰下的姿态变化,以消除角运动干扰的影响;利用武器存在零速摇晃中心的特点,通过获取加速度计在零速摇晃中心的等效输出来消除线运动干扰的影响,然后结合姿态的最优估计实现初始对准。仿真结果表明,该算法不需要进行粗对准,能够在强阵风干扰下快速地实现自对准。     

一种单轴旋转捷联惯导的三位置对准方法

针对单轴旋转式捷联惯性导航系统,提出了一种基于惯性测量单元(inertial measurement unit,IMU)旋转的三位置初始对准方法.在系统可观测性分析的基础上,建立IMU姿态与失准角之间的关系,提出了使失准角估计偏差为零的三位置对准方法.与以往固定位置对准和两位置对准进行了比较,表明该方法可以消除不可观测的水平加速度计零偏和东向陀螺常值漂移对初始对准精度的影响,大大提高了系统初始对准精度.     

小波变换在陀螺信号去噪中的应用

提出了基于小波变换的陀螺信号的滤波方法,利用正交小波使用软阈值对陀螺输出信号进行去噪处理,去除由噪声引起的细节项,从而消除其中的噪声干扰.试验结果表明正交小波对陀螺信号去噪具有比较好的效果.     

小波变换在陀螺信号去噪中的应用

提出了基于小波变换的陀螺信号的滤波方法,利用正交小波使用软阈值对陀螺输出信号进行去噪处理,去除由噪声引起的细节项,从而消除其中的噪声干扰.试验结果表明正交小波对陀螺信号去噪具有比较好的效果.     

Mooring alignment for marine SINS using the digital filter

Strapdown inertial navigation system (SINS) is presently used in several applications related to aerospace system and marine navigation. The accurate initial attitude is essential to ensure the precise determination of the position and attitude of the moving platform, which is usually calculated using initial alignment. When the vehicle is moored, the SINS inevitably experience disturbing motion. The method of ground coarse alignment, which is based on the assumption that SINS is on a stationary carrier with limited vibration, therefore cannot be used to perform the SINS mooring alignment. In this paper, a novel method processing the gyro and accelerometer measurements with infinite impulse response (IIR) digital low-pass filter to remove the high frequency noise is investigated for marine mooring alignment. Its algorithmic principle is described in details. The results obtained from both simulation and mooring experiment show that the attitude determined by this novel method can meet the accurate alignment.     

基于CKF的SINS大方位失准角初始对准

大方位失准角捷联惯导系统(strapdown inertial narigation system,SINS)误差方程是非线性的,为改善非线性模型下初始对准的精度,提出将一种新的非线性滤波方法(cubature Kalman filter,CKF)应用于捷联惯导系统初始对准中。为此建立了大方位失准角下初始对准非线性模型,分析了基于spherical-radial cubature准则的CKF滤波原理,对非线性模型进行了CKF滤波仿真。仿真结果表明CKF能够很好地处理初始对准中的非线性问题,提高初始对准精度,方位失准角误差能够收敛到-33.13’,接近理论估计精度-32.40’,优于EKF的-84.14’。     

应用Kalman滤波器提高机抖激光陀螺姿态测量系统瞬时精度的方法

机械抖动激光陀螺输出的原始数据不仅包含了外界的惯性输入的角速率信息,还包含了抖动信号的角速率信息,通常使用线性相位FIR滤波器去除机械抖动信号,信号经滤波后其所有频率成分都将产生一定时间的延迟,这将对由机抖陀螺组成的高精度实时姿态测量系统造成影响.本文提出了一种基于姿态角运动跟踪预测模型和Kalman预测的姿态测量滤波延迟补偿方法.实验结果表明,本方法能有效估计并预测运动载体的姿态运动,补偿由于FIR滤波器时间延迟带来的不利影响,提高姿态测量系统的实时性和瞬时精度.     

Initial orientation of inertial navigation system realized through nonlinear modeling and filtering

Alignment is the process whereby the orientation of the axes of an inertial navigation system is determined with respect to the reference system. In this paper, the initial alignment error equations of the strapdown inertial navigation system (SINS) with large initial azimuth error have been derived with inclusion of nonlinear characteristics. Simulations have been carried out to validate and corroborate the stationary alignment case employing a strapdown inertial measurement unit (SIMU). A performance comparison between the extended Kalman filter (EKF), the unscented Kalman filter (UKF) and the second-order divided difference filter (DDF2) demonstrate that the accuracy of attitude error estimation using the DDF2 is better than that of using the EKF or the UKF.     

激光陀螺抖动偏频电路的设计与实现

目前消除激光陀螺闭锁误差常用的方法是采用机械抖动偏频及向抖动驱动信号中注入随机噪声。根据某型激光捷联惯导系统所选用的激光陀螺的特性,采用微控制器、锁相环及D／A转换器等器件设计了激光陀螺抖动及加噪电路。该电路具有抖动起振快、加噪简单有效、工作可靠性高等特点,并具有自检测功能。从设计的激光捷联惯导系统实际运行看,该电路能很好地满足系统功能及性能要求。     

非平稳强噪条件下的视频相位放大技术研究

针对视频信号在非平稳和强噪声情况下,视频放大技术难以提取目标信号且会将频带内噪声同时放大的缺点,提出了一种基于参数化时频分析及主成分分析的滤波方法。将相变信号降维后,对降维信号做时频分析,提取其中的非平稳信号。不仅重构的信号具有良好的时频特性,且算法运算量也大大降低。实验结果表明,此方法在非平稳强噪信号提取方面具有明显优势。     

一种新的舰载惯导系统摇摆基座初始对准方法

针对舰载惯导系统在摇摆基座条件下高精度初始对准问题,提出一种简单且易于实现的快速初始对准方法。利用开路法构建数学稳定平台隔离载体摇摆运动,提高了高精度舰载惯导系统摇摆基座对准过程中量测数据的信噪比,缩短了对准时间并提高了误差参数的估计精度;建立了开路法数学平台偏角的误差模型,利用参数辨识法提取相关对准参数,从而估计出陀螺漂移和数学平台偏角并进行补偿。海上试验结果表明,该对准方法可在8 h内达到优于0.000 5°/h的对准精度,有效地解决了摇摆基座条件下舰载惯导系统的高精度初始对准问题。     

内燃机瞬时转速测试系统开发

瞬时转速测量的主要误差为晶振脉冲计数误差和转角计量误差。转角计量误差包括角标器分离误差，曲轴扭振产生的误差。论文对瞬时转速的滤波方法进行了分析，认为FIR低通滤波器对高频干扰有抑制作用，对低频干扰信号抑制作用较差，不适于瞬时转速信号滤波。切比雪夫与巴特沃思滤波器对低频干扰信号的抑制效果更好，推荐采用6阶巴特沃思低通滤波器对瞬时转速信号滤波。     

Optimal estimation of the relevant information coming from a variable reluctance proximity sensor placed in a car undergoing performance tests

Today's automotive industry has a soaring interest in efficient, reliable and robust sensors able to make intelligent driving decisions that can save millions of lives every year. To that end, the sensors used in today's cars are being provided with microprocessors and application-specific integrated circuit technologies that incorporate a certain amount of intelligence into the sensors themselves. In this paper, an inverse square-root adaptive filtering algorithm for recursive least-squares estimation (QR-RLS) is used to improve the response of a wheel speed sensor placed in a car undergoing performance tests. Such an algorithm is used to carry out an optimal estimation of the relevant signal coming from the sensor, which is buried in a broad-band noise background where we have little knowledge of the noise characteristics. The results of the experiment are satisfactory, a significant improvement of 32.5 dB in the signal-to-noise ratio at the QR-RLS adaptive filter output was achieved. Also, in order to compare classical filtering techniques with optimal adaptive filtering techniques, the signal coming from the wheel speed sensor was also filtered by using a second-order lowpass digital Butterworth filter. The results of comparing the aforementioned filters show that the optimal adaptive filter is superior to the classical filter.     

基于二代小波的光纤陀螺实时降噪方法研究

在以光纤陀螺为主要惯性敏感元件的捷联惯导系统中,陀螺输出信号中的非确定性随机漂移的实时滤除,对提高实际系统的初始对准精度及导航精度均具有重要的意义。考虑到传统小波阈值法的去噪性能及实时性问题,提出了一种基于第二代小波变换,并结合硬阈值、强制降噪和带滑动数据窗的光纤陀螺信号实时降噪改进方案。利用MATLAB进行了正弦信号和光纤陀螺输出信号的模拟实时降噪实验,并与一代小波实时降噪方案进行了比较,验证了改进方案在理论计算速度大幅提升的前提下,降噪性能得到提高,进而减小了系统输出的姿态误差。