天文导航技术的发展和研究方向

本文叙述了天文导航技术的应用、特点和分类,并着重对天文导航的发展趋势和天文导航的研究方向进行了阐述,最后对天文/惯性组合系统的工作模式进行了描述和简要分析。     

捷联惯性导航系统旋转调制技术研究

捷联惯性导航系统的旋转调制技术是一种自校正方法,它能在不使用外部信息的条件下,自动补偿陀螺漂移和加速度计零偏引起的系统导航误差.该技术在国外潜艇和舰船上已得到成功应用,旋转捷联惯性导航系统的误差传播方程是研究旋转捷联惯导系统初始对准、系统级标定等的基础.基于此,推导了以地理坐标系为导航坐标系的单轴旋转捷联惯性导航系统的导航方程和误差传播方程(位置误差方程、速度误差方程、姿态误差方程),给出了误差传播的仿真结果.仿真表明,若采用单轴旋转调制技术,陀螺仪常值漂移和加速度计零偏引起的导航误差都可以得到有效补偿,而初始位置误差、速度误差及姿态误差引起的导航误差得不到补偿.将旋转调制技术应用于捷联惯导系统,能极大地提高武器系统的长期工作精度.     

机载捷联惯性导航系统算法实现与仿真

为了在惯性导航系统开发方面寻求一种快速、灵活的方法,提高算法编译效率,文章提出在捷联惯性导航力学编排模型基础上用Matlab开发模拟轨迹数据系统,对载体模拟轨迹进行设定,解决了数据来源问题。并建立系统的捷联惯导解算算法,通过仿真对经纬度和高度解算结果与实际模拟轨迹进行分析比照,验证了解算算法的有效性。为后续机载惯导系统实际搭建提供了一定理论依据。     

捷联式惯性导航系统的关键技术

捷联式惯性导航系统是目前惯性技术的一个发展方向，本文讨论了捷联式惯性导航系统中涉及的关键技术，并提出相应的解决方法。     

旋转光纤陀螺捷联式惯性导航系统

为了在现有惯性传感器水平的条件下提高捷联式惯性导航系统的性能,研制了旋转光纤陀螺捷联式惯性导航系统.该系统由惯性敏感单元、转动机构、高速导航计算机和I/O接口等组成,惯性敏感单元被安置在转动机构上,并作连续周期运动.对该旋转光纤陀螺捷联式惯性导航系统进行了室内转台和室外跑车试验,该系统俯仰角和横滚角误差小于0.1°,航向角误差小于0.4°,定位误差小于90 m/h.对惯性传感器作温度误差补偿工作,该导航系统的定位定向精度还将能进一步提高.     

捷联式惯性导航系统的转动矢量算法研究

为了改善捷联式惯性导航系统姿态算法的性能，本文给出了一种转动矢量算法，并对典型圆锥运动进行分析和仿真。仿真结果表明转动矢量算法可以有效抑制不可交换误差，提高姿诚算法的精度。     

天文导航技术应用及发展研究

在介绍天文导航基本原理的基础上，深入分析了天文导航的优点及其在军事方面的应用，对天文导航技术发展趋势及发展中面临的问题进行了探讨，研究了天文／惯性／卫星组合导航系统的工作原理，阐明了天文导航在未来信息化战场的战略地位．     

基于激光陀螺的捷联惯性导航系统工程实现技术研究

本文对利用激光陀螺构成的激光捷联惯性导航系统工程实现的关键问题进行了研究，从工程化观点出发，给出了系统的硬件实现原理图。针对激光IMU具有较高测量精度的特点。在系统算法上研究针对性的误差建模和补偿技术，并采用了高效的捷联惯性导航系统算法，针对采用机械偏频技术克服激光陀螺仅固有测量锁区所引入的周期性干扰信号。提出了采用离散傅立叶变换进行频谱分析并设计相应的数字滤波器削弱或消除干扰信号。实际跑车实实验结果表明，上述的激光捷联惯性导航系统的设计思路是可行的，设计的系统性能能够达到预定的要求。     

基于UWB和惯性导航融合的室内定位方法

针对室内环境日益复杂,单一的定位系统已经不能满足人们对定位准确度需求的问题,设计了一种利用超宽带(UWB)和惯性导航融合进行的室内定位方法:首先针对UWB测距结果容易受环境影响的问题,根据实验环境对UWB测距进行了标定;然后利用改进马氏距离的异常值检测方法对测距过程中的异常值进行了剔除;最后采用了紧耦合的卡尔曼滤波器,以UWB测距值作为扩展卡尔曼滤波观测量,以惯性导航解算的位姿作为扩展卡尔曼滤波器的预测量,通过UWB测距来不断校正惯性导航的位姿数据。最终为了验证所提方法的可行性和有效性,进行了UWB单独定位和UWB与惯性导航融合定位的小车搭载矩形运动轨迹实验,通过对两种方法实验数据的对比分析,在加入了外界干扰时的矩形轨迹定位实验中,利用UWB和惯性导航融合的定位结果,平均精度比单独利用UWB进行定位时提高了36.3%;误差结果对比表明,利用UWB和惯性导航融合定位的误差波动更小,具有更高的鲁棒性。表明了该融合定位算法与单独利用UWB技术进行定位的算法相比,能够有效地抑制定位过程中的干扰问题,并且可显著地提高在室内环境下定位系统的鲁棒性和定位精度。     

基于捷联惯性导航的组合导航系统研究

分析了矿山水下轮式采煤车的定位定向导航的可实现问题.惯性导航组合系统是现代导航技术的发展重点.考虑到捷联惯性导航的自主性,采用捷联惯导组合系统实现对采煤车的定位导航.设计了捷联惯性导航和里程计组合的自主性水下导航系统.通过对该系统的实物应用试验,试验结果验证了此组合导航方案的有效性.     

复杂城市环境下的全球导航卫星系统/捷联惯性导航系统组合导航算法

针对复杂城市环境下,全球导航卫星系统(GNSS)信号出现频繁短暂失锁或拒止时,对GNSS/捷联惯性导航系统(SINS)组合导航系统的导航精度和鲁棒性影响较大问题,该文提出一种改进的因子图滤波方法。首先使用GNSS接收机内部参数构建信号误差鉴别函数,能实时估计出信号受多径干扰、遮挡等情况下的信号测量性能;同时利用载体运动约束条件构造零速修正因子,对GNSS拒止情况下的系统状态进行更新,避免系统导航性能极速下降。实验结果表明,改进的因子图方法相比经典因子图方法,在城市复杂环境下能提高定位精度63.50%和测速精度42.26%,同时也具有更低的存储量和计算复杂度,特别适用于城市车辆辅助驾驶导航设备中,对导航精度、硬件资源和实时性约束强的场景。     

光纤陀螺捷联惯导系统热仿真研究

探讨了光纤陀螺热模型的建立方法,并进行了实验验证,在此基础上建立光纤陀螺捷联惯导初步热模型,利用基于液体动力学(CFD)的热分析软件Flotherm对惯导系统进行热仿真分析,通过仿真计算,从而得到惯导系统在室温条件下,通过自然对流散热达到稳定状态的温度云图,然后对系统实现方案进行优化热设计,使温度对光纤陀螺性能的影响尽量减小,并对下一步温补或温控方案提供理论支持与指导。     

球载捷联惯性/GPS组合导航系统及动态对准技术

为了实现系留气球载雷达系统天线的空域稳定,球载航姿系统是不可缺少的重要设备.文中阐述了用捷联惯性/全球定位系统组合导航系统实现球载航姿系统的设计技术,针对系留气球平台系统在空中漂浮不定的特点,提出了在动态条件下,小型系留气球载捷联惯性/GPS组合导航系统的对准技术.     

基于Matlab的低成本捷联惯导的仿真系统研究

低成本捷联惯导系统的研制和开发已成为导航领域的主要发展趋势之一,在选定了低成本的惯性器件后,系统’预期的性能指标和最后样机的性能测试结果之间往往存在着一定的差距,如何降低开发成本并缩短开发时闻,就成了低成本捷联一瞬导系统研制中的一个亟待解决的问题。这里基于Matlab设计了一个仿真系统,将捷联惯导的软件和硬件模块化,该系统不仅可以完成对系统性能的预测和评估,也可完成对算法和器件选择的优化。     

激光陀螺捷联惯导系统导航算法设计

结合工程实际应用,充分考虑激光陀螺捷联惯导系统(RLG SINS)的特性,设计出了一套完整的RLG SINS导航算法,包括姿态更新算法、速度更新算法和位置更新算法.在姿态更新算法中考虑圆锥补偿算法,推导了等效旋转矢量的递推算法;在速度更新算法中考虑划船误差补偿算法,推导了划船误差补偿递推算法.大量的车载实验表明,所设计各部分的算法能协调一致工作,解决了RLG SINS高速姿态和速度更新与导航计算机速度间的矛盾,保证了系统在高动态条件下的导航算法精度,可充分发挥激光陀螺的优势,提高RLG SINS的导航精度.     

激光陀螺捷联惯性导航系统零速修正研究

针对激光陀螺捷联惯性导航系统不依赖外部信息修正,长时间工作累积放大的问题,分析常用的零速修正算法二次曲线拟合法、最小二乘法、卡尔曼滤波法等,结合车载激光陀螺捷联惯性导航系统实际应用,提出一种自适应零速修正方法,利用零速修正技术的约束条件,构建15个基本误差参数,根据系统自身误差特性,设计出系统的状态量测矩阵和量测方程,并采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,确定卡尔曼滤波器参数,从而实现对位置坐标、姿态角、速度误差进行了有效估计,可以有效提高惯性测量单元（IMU）导航精度。实验表明,采用该方法能有效提高了捷联惯性导航系统导航精度,既克服了频繁停车,又增强了载体的机动性能。     

复合式惯导系统

与平台式惯导系统相比,捷联式惯导系统具有体积小,成本低,启动时间快及可靠性高等优点。但其表现受到载体角运动的影响。结合捷联式惯导系统和平台式惯导系统的优点,该文研究了一种复合式惯导系统。首先,详细描述了该系统的原理;其次,推导出该系统的误差方程。从理论上分析了该系统的性能不会受到载体角运动的影响。仿真实验结果验证了该方法的有效性。     

基于FPGA的MEMS捷联惯性导航系统设计

针对石油、煤矿等特殊环境中对小型化捷联惯性导航系统的需求,设计并实现了基于现场可编程门阵列(FPGA)单芯片控制的微机电系统-惯性测量单元(MEMS_IMU)小型化捷联惯性导航系统。系统采用ADI公司的MEMS_IMU作为惯性器件,主控芯片使用Cyclone III系列FPGA,采用可编程片上系统(SOPC)工作模式,最终制成尺寸4cm×11cm的捷联惯导系统。系统实现了数据采集、误差补偿、导航解算以及与上位机通信等功能。实验结果表明,系统能满足在钻井等小尺寸测量环境中使用,连续姿态变换过程中姿态误差小于2°,实现稳定工作。     

捷联惯导冗余最优化配置

为了有效提高舰船捷联惯导系统的可靠性,本文对捷联惯导冗余配置方案的系统进行了研究,介绍了冗余配置原则,结构方案对比及相应的可靠性评估等内容。该结果表明,舰船捷联惯导冗余配置是应当而且能够实现系统最优化设计,选择最优配置结构。