舰载条件下一种新的传递对准方案与仿真研究

传递对准是战术舰载武器惯导系统初始对准的一种有效方法;针对舰载捷联惯导系统的初始对准问题,提出了一种新的动基座快速传递对准方案——速度+角速度匹配方案;给出了这种方法的数学模型,采用一种简单的航行轨迹,在三种典型的海况下,对这一传递对准方法中子惯导姿态误差角,速度误差和舰船甲板变形进行了卡尔曼滤波估计及精度分析;研究结果表明,速度加角速度匹配方法具有稳健的对准精度和快速性,估计精度随海况变化不大。     

观测值延时的UF在SINS中的应用

建立观测信号随机一步延时模型,在此基础上给出Unscented滤波(UF)算法。建立捷联惯导系统(SINS)动基座大方位失准角下的对准模型,将扩展滤波(EF)算法和UF算法应用于SINS动基座初始对准中,分别进行不同延时概率条件下的实验仿真,结果表明,UF算法相对于EF算法具有更高的对准精度和更快的收敛速度。     

惯导平台在动基座上初始对准的一种改进方法

惯导平台在动基上进行初始对准,由于基座存在加速度,就不能采用像在静基座上那样的自主式的对准方法。否则将会产生较大的对准误差。目前惯导平台在动基座上进行初始对准,多半采用速度傅递对准法。这种对准方法,虽然平台的水平对准速度比较快,对准精度也比较高;但由于方位对准信号很弱,使方位对准速度慢,精度也远低于水平对准精度。平台对准大约要2～3分钟的吋间。本文应用速度传递对准法,讨论了分离和增强方位对准控制指令的一种方法。经仿真,方位对准精度达到了水平对准精度,而且平台的对准时间不大于30秒。这对于缩短武器反应时间是有重要意义的。     

车载远程制导导弹传递对准方法研究

针对陆基武器捷联惯导的快速精确初始对准问题,对车载武器在俯仰机动下的传递对准方法进行了研究。首先,以发射车定位定向系统作为主惯导,根据“速度+姿态阵”匹配传递对准原理,建立了子惯导姿态误差方程和速度误差方程;其次,基于可观测性矩阵奇异值分解的可观测度分析方法,分析了仅有俯仰机动时各状态变量的可观测度;最后,对所提出方法的对准精度进行仿真计算,其结果表明,状态变量的估计效果与可观测度分析一致,对准误差在10s内达到角分级。     

一种自适应滤波方法在捷联惯导系统大失准角初始对准中的应用

为了对静基座大失准角捷联惯导系统(SINS)进行初始对准,建立了在静基座下基于四元数的SINS非线性误差模型。该误差模型无需对姿态误差角进行小角度假设。为了在观测噪声方差未知的情况下估计SINS失准角,提出一种在线估计观测噪声方差矩阵的自适应扩展卡尔曼滤波方法。仿真结果表明,该自适应滤波方法能在观测噪声方差未知的情况下有效地对静基座大失准角SINS进行初始对准。     

传递对准中时间延迟的补偿方法

在机载战术导弹动基座传递对准过程中,主惯导数据传递给弹载计算机有时间延迟因而会影响传递对准中卡尔曼滤波器的收敛速度和精度.研究分析了从机载火控计算机所传递的主惯导数据以及这些数据的延迟时间,提出直接利用主惯导姿态四元素、载机角速度和延迟时间等主惯导数据进行四元素计算,得出延迟后的主惯导姿态四元素,进而获得补偿后的量测失准角的算法,并建立基于"速度 姿态"匹配方式的传递对准仿真模型进行验证,仿真结果表明该算法能有效的抑制时间延迟所造成的影响.     

基于UKF的捷联惯导大失准角初始对准方法

研究自主水下航行器,位置速度匹配中的误差需要补偿.捷联惯导大失准角误差传播特性是非线性的.为了提高捷联惯导大失准角初始对准精度,提出了一种基于UKF的捷联惯导初始对准的方法.由于对大失准角下SINS的非线性误差模型和系统噪声和观测噪声为加性的特点,给出了一种简化的Unscented卡尔曼滤波递推算法,并提出在精对准阶段采用多次精对准提高大初始失准角下SINS对准精度进行仿真.仿真结果表明,在GPS辅助下,使捷联惯导方位角误差减少,采用改进方法,也可获得较高的对准精度.     

GPS辅助捷联惯导系统动基座初始对准新方法

针对捷联惯导系统(SINS)初始对准问题,提出了一种无需经历传统的粗对准阶段而利用单天线GPS辅助直接进行动基座精确初始对准的新方法。该方法以惯性空间为参考基准,将初始对准姿态矩阵分解为三部分逐一实现,进一步对动基座对准进行了误差分析,指出了利用停车零速信息可以提高初始对准精度的思路。最后,载车运动环境下的初始对准试验结果表明,航向角对准精度达到了0.081°(1σ)。     

精确制导炸弹传递对准仿真平台研究

针对某型精确制导炸弹的研制与开发,设计与实现了一个传递对准仿真研究平台.首先,分析了制导炸弹动基座传递对准的原理和流程,建立了基于GPS、INS组合对准的传递对准模型;然后,介绍了该仿真平台的系统组成和工作原理,并对该系统的跑车试验方案作了说明.地面跑车试验表明,在初始位置较大的情况下,经过60秒的动基座对准,惯导的姿态角误差可降至0.16度.同时位置和速度误差也得到了有效的修正,从而证明了该仿真平台的设计是成功的,具有良好的使用性能和价值.     

机载导弹空中动基座对准方法的仿真研究

为了适应现代战争的需要,导弹需要从舰艇或飞机上发射,这时导弹上的惯导系统在投入工作时需要进行初始对准.针对机载导弹平台惯导系统初始对准关于对准精度以及快速性的要求,提出了以自适应卡尔曼滤波为基础的速度匹配空中动基座对准方案,最后通过模拟实际挂飞环境,结合游动自由方位平台惯导系统空中动基座对准,采用Sage和Husa自适应卡尔曼滤波算法进行了数学仿真.仿真结果证实了该方案具有较好的对准精度和快速性,由于采用了自适应卡尔曼滤波技术,使得在噪声统计特性不确切知道的情况下,仿真结果具有较强的鲁棒性.     

基于惯性系的旋转式惯导系统快速对准算法

针对船舶大幅角晃动和线运动等复杂干扰,导致旋转式捷联惯导系统初始对准性能下降的问题,设计了基于惯性系的旋转式捷联惯导系统快速初始对准算法.针对旋转式捷联惯导系统的误差特性,设计了基于惯性系的粗对准方案;并提出了一种改进的罗经对准算法,达到缩短对准时间和提高对准精度的目的.仿真实验证明:该方法可以实现快速初始对准,7 min航向精度达到1.35′.     

A fast and accurate initial alignment method for strapdown inertial navigation system on stationary base

In this work,a fast an d accurate stationary alignment method for strapdown inertial navigation system (SINS) is proposed.It h as been demonstrated that the stationary alignment o f SINS can be improved by employing the multipositio n technique,but the alignment time of the azimuth error is relatively longer.Over here,the two-posi tion alignment principle is presented.On the basis of this SINS error model,a fast estimation algorithm of the azimuth error for the initial a lignment of SINS on stationary base is derived f ully from the horizontal velocity outputs and the output rates,and the novel azimuth error estimatio n algorithm is used for the two-position alignment. Consequently,the speed and accuracy of the SINS' s initial alignment is enhanced greatly.The computer simulation results illustrate the efficiency of this alignment method.     

A fast and accurate initial alignment method for strapdown inertial navigation system on stationary base

In this work,a fast and accurate stationary alignment method for strapdown inertial navigation system （SINS） is proposed. It has been demonstrated that the stationary alignment of SINS can be improved by employing the multiposition technique,but the alignment time of the azimuth error is relatively longer. Over here, the two-position alignment principle is presented. On the basis of this SINS error model, a fast estimation algorithm of the azimuth error for the initial alignment of SINS on stationary base is derived fully from the horizontal velocity outputs and the output rates, and the novel azimuth error estimation algorithm is used for the two-position alignment. Consequently, the speed and accuracy of the SINS＇ s initial alignment is enhanced greatly. The computer simulation results illustrate the efficiency of this alignment method.     

制导火箭弹传递对准时间同步研究

为解决制导火箭弹传递对准中主子惯导信息时间不同步问题,分析了主惯导参考信息时间延迟对传递对准的影响,给出了时间延迟的补偿方法。该方法先将时间基准统一到主惯导参考信息到来时刻进行卡尔曼滤波,再通过时间更新得到当前时刻子惯导的误差估计值。仿真结果表明该方法能够有效地解决时间延迟问题,且易于工程实现。     

纬度未知条件下捷联惯导摇摆基座自对准方法

针对纬度未知条件下捷联惯导摇摆基座自对准问题,本文将其看作基于特征值分解的优化问题处理,提出一种基于地球系重力矢量的摇摆基座自对准方法.首先,构建基于速度增量形式的目标函数,建立不依赖外部纬度信息的地球系下重力矢量模型,以提高地球系下重力矢量的估计精度;然后,将摇摆基座自对准看作Wahba姿态确定问题,基于地球系下重力矢量建立关于惯性系转换四元数的速度增量式目标函数,增强对噪声及振荡干扰的抑制,利用基于特征值分解的多矢量优化方法完成摇摆基座自对准,以提高对准精度;最后,通过设置捷联惯导摇摆基座初始对准仿真及船舶系泊实验,验证了所提方法的有效性.     

动态干扰条件下的旋转式捷联惯导系统自对准方法

针对角晃动与线晃动等动态干扰条件下,旋转式捷联惯导系统（Rotary strapdown inertial navigation system,Rotary SINS）难以实现自对准的问题,提出了一种基于惯性系的自对准新算法. 首先,基于惯性系下粗对准的结果,推导了双轴转动调制捷联惯导系统的惯性系精对准误差模型;然后,针对观测模型的噪声不确定性问题,通过改变渐消因子阵的嵌入方式,提出了一种改进的多渐消因子自适应 Kalman滤波方法. 最后,仿真实验证明该方法能够有效解决动态干扰条件下旋转式捷联惯导系统的自对准问题,实现快速自主高精度对准.     

捷联惯导系统任意失准角双模型快速传递对准

传递对准是机载和舰载装备惯导系统初始对准的首选方案,由于传递对准大多在恶劣的外部环境下进行,使得常规的线性误差模型不能准确的描述传递对准过程中的误差传播特性,所以国内外研究者提出了一系列的非线性误差模型,但是这又带来了非线性系统状态估计时计算量较大的问题。针对这一问题提出了一种双模型快速传递对准方法,在传递对准的初始时刻,失准角较大时,采用基于速度加四元数匹配的非线性误差模型和非线性滤波算法如Unscented卡尔曼滤波进行传递对准状态估计,当失准角的估计达到一定的精度后对子捷联惯导进行一次校准,再切换到基于速度加姿态角匹配的常规线性误差模型和常规卡尔曼滤波,仿真结果表明,该方法能够获得比单独使用线性误差模型或非线性误差模型高的对准精度,并且计算量比采用非线性误差模型时大大减小。     

弹载SINS摇摆基座对准仿真研究

为了分析导弹在风干扰下的摇摆运动,解决弹载捷联式惯性导航系统(SINS)摇摆运动下的对准技术,结合实际工程应用,提出了一种弹载SINS摇摆基座对准仿真方法.利用机械系统力学自动分析软件(ADAMS)建立了导弹的物理模型,给出了在风干扰下导弹的速度变化曲线和姿态变化曲线,并以此作为验证对准算法的数据来源.对准方案分为解析粗对准和滤波精对准两个过程,粗对准利用惯性器件的输出在最短的时间内为精对准提供姿态角的初始值,精对准利用滤波技术对粗对准结束后SINS的姿态误差角进行精确估计并补偿.最后的仿真结果验证了方案的可行性,在1分钟内俯仰角和滚转角的估计精度能够满足某导弹的性能要求.     

车载战术导弹传递对准仿真研究

研究了车载战术导弹发射前的传递对准问题。提出了将主惯导安装于导弹发射架上,利用导弹发射前发射架的俯仰运动作为激励加快传递对准过程的方法。推导了弹载子惯导的误差方程和用于传递对准的量测方程。根据推导的方程设计了卡尔曼滤波器实现速度加姿态匹配传递对准。针对导弹发射前载车的典型运动情况进行了仿真。仿真结果表明,在载车运动过程中弹载子惯导的水平姿态误差角估计误差可在30 s内减小到2’以内,通过导弹竖起过程中角运动的激励,航向误差角估计误差迅速减小到3’以内。