惯性导航技术的发展及其应用

惯性导航技术,通过陀螺和加速度计测量载体的角速率和加速度信息,经积分运算得到载体的速度和位置信息.包括平台式惯导系统和捷联惯导系统.平台式惯导系统将陀螺通过平台稳定回路控制平台跟踪导航坐标系在惯性空间的角速度.捷联惯导系统利用相对导航坐标系角速度计算姿态矩阵,把雷体坐标系轴向加速度信息转换到导航坐标系轴向并进行导航计算.该技术的发展和应用趋势,以惯性导航和GPS卫星导航的组合导航最为典型.     

减振系统造成捷联惯性导航误差的有限元分析方法

为研究减振系统由于破坏捷联惯性导航与载体之间固联关系而造成的惯性导航测量误差,分析误差机理,提出一种基于有限元的分析方法。在有限元软件中建立带减振器的捷联惯性导航系统模型,利用轨迹发生器生成的运动参数,对载体及惯性导航系统运动过程进行仿真。仿真结束后,从有限元分析结果中提取惯性器件测量数据,经导航解算,得到减振系统造成的惯性导航误差。研究结果表明,有限元分析方法能够实现减振系统造成惯性导航误差的定量分析,使得可以从捷联惯性导航测量精度的角度进行减振系统优化设计。为研究减振系统由于破坏捷联惯性导航与载体之间固联关系而造成的惯性导航测量误差,分析误差机理,提出一种基于有限元的分析方法。在有限元软件中建立带减振器的捷联惯性导航系统模型,利用轨迹发生器生成的运动参数,对载体及惯性导航系统运动过程进行仿真。仿真结束后,从有限元分析结果中提取惯性器件测量数据,经导航解算,得到减振系统造成的惯性导航误差。研究结果表明,有限元分析方法能够实现减振系统造成惯性导航误差的定量分析,使得可以从捷联惯性导航测量精度的角度进行减振系统优化设计。     

弹道导弹轨迹发生器的设计

用于捷联惯导的弹道导弹轨迹发生器设计,包括动力学方程的建立和发射点惯性坐标系下的轨迹参数确定.后者又包含发射点惯性系下速度、位置、姿态角、比力速据及角速度的确定.针对误差公式推导复杂的特点,用导航仿真对其输出的角速率和比力值进行精度估计,验证了该设计的正确性.     

无陀螺捷联惯导系统模型研究

无陀螺捷联惯导系统采用加速度计来解算载体相对惯性系的角速度,从而代替角速度陀螺仪。考虑重力影响,对两种不同配置方式的6加速度计捷联惯导系统建立了载体运动参数解算模型,在此基础上提出了一种12加速度计配置方式,从而利用多传感器的冗余信息对算法进行优化,消除了角速度解算过程中求解微分方程带来的累积误差,提高了角速度解算精度。     

速率捷联惯导系统工具误差计算与补偿研究

针对采用惯性制导的弹道导弹,开展速率捷联惯导系统工具误差计算与补偿研究.给出速率捷联惯导系统的测量模型和工具误差模型,推导了加速度计和陀螺仪的工具误差补偿公式,并进行了仿真计算.根据仿真结果,分析了各工具误差系数偏差对导弹落点精度的影响,证明了补偿算法的有效性,为捷联惯导系统工具误差补偿和提高弹道导弹制导精度提供理论依据.     

一种水下航行器轨迹发生器的设计与仿真

为了减少水下航行器（AUV）导航系统算法开发过程中跑车试验及半实物仿真等所耗费的资金和时间,提出一种水下航行器轨迹发生器的设计方法。利用所给出的轨迹微分方程,反推得出生成轨迹参数公式和惯性信息公式,同时给出水下航行器在直航、转弯和爬潜等常见的运动状态下轨迹发生器的具体输入,并将生成的惯性量测值（加速度和陀螺值）输入捷联式惯性导航算法。验证结果表明,利用所设计的轨迹发生器可以为研究导航算法提供模拟的数据,具有工程实际意义。     

空空导弹中制导段捷联惯导仿真计算

对导弹中制导段捷联惯导的导航解算进行仿真,首先解算弹道微分方程,其次由弹道轨迹产生弹载捷联惯导的陀螺及加速度计的输入数据,并模拟惯性元件的输出,最后进行导航解算.仿真计算表明,传递对准精度和弹载惯导的性能均影响导弹中制导的精度.     

对无陀螺捷联惯性制导系统中的数值积分方法的讨论

介绍了无陀螺捷联惯性制导的原理和技术,并针对无陀螺捷联惯性制导系统中的数值积分问题进行分析和仿真,对各种积分方法进行了分析和比较,得到了一些有参考价值的结论。     

一种面向捷联惯导系统设计/验证的仿真平台设计

针对捷联惯导系统的实际应用需求,在Matlab/Simulink环境下设计并实现一种面向捷联惯导系统设计/验证的仿真平台。该平台主要由轨迹发生器、惯性测量单元模块、捷联解算模块、卡尔曼滤波器模块、导航性能评估模块等组成,在其上可方便的完成捷联惯导系统算法的设计验证、系统误差分析、惯性元器件误差分配及试飞数据的离线分析等功能。研究结果证明了该仿真平台的有效性和实用价值。     

发射系下SINS/GPS 组合导航系统的算法研究

基于地理坐标系下的传统捷联惯性导航系统无法直接获取发射系下的导航参数,难以满足空天飞行器等高轨道飞行器对高精度、高可靠性导航系统的需求,研究了发射系下捷联惯性导航算法.搭建了基于扩展卡尔曼滤波(EKF)的SINS/GPS组合导航模型,传感器获取的导航量测信息直接在发射系下进行捷联惯导解算,为飞行器等提供位置、姿态等信息.采用STM32、XSENS惯性器件和GPS接收机构建相应的算法验证平台.实验结果表明:发射系下的SINS/GPS组合导航系统能提供较高的导航精度,从而验证了发射系下的SINS/GPS组合导航系统算法的正确性与合理性.     

鱼雷辐射磁矩测量误差研究

基于鱼雷辐射电磁场测量方法，建立了磁矩测量误差的数学模型，并在此基础上利用MATLAB计算了各相关因素对测量误差的影响，提出了测量传感器尺寸和测量距离的选择原则，分析了磁矩测量误差与测量距离、传感器长度以及传感器直径的关系，得到了一定测量条件下测量误差相对于各因素的变化曲线，从而有助于选用合适的测量传感器尺寸和确定适当的测量位置，可以有效地减小磁矩测量的误差，旨在为鱼雷电磁场系统参数测量设备的设计提供参考。     

一种基于磁偶极子磁场分布理论的磁场干扰补偿方法

载体磁场对地磁场的干扰,一直是影响导航罗差、地磁测量的技术难题。为了提高适于地磁匹配定位需要的地磁测量精度,对如何消除载体固有磁场和感应磁场对地磁测量精度的影响进行了研究。应用磁偶极子磁场分布理论,推导了安装在载体上传感器所在位置的磁场组成,建立了利用理想传感器测量值计算地磁场的地磁测量模型;在分析磁场传感器测量误差的基础上,建立了综合考虑载体磁场干扰和传感器误差影响的地磁测量模型。该模型所含参数物理意义明确,可在任意姿态下实现对载体磁场和磁传感器误差进行综合补偿。实验证明,所建立的地磁测量模型具有较高的测量精度。     

基于单目视觉的火炮身管指向静态测量

为解决自行高炮(SPAAG)火控系统精度测试过程中身管指向测量这一难点问题,提出了一种基于单目视觉的非接触直接测量方法。将棋盘状平面模板作为标志物固定到火炮身管上,使之位于相机视场范围内,测量身管在任一位置的高低角与方位角。首先利用Harris角点检测方法提取到角点坐标,进行相机成像模型的解算(相机标定),得到相机的内参。然后根据多点透视（PnP）问题解的稳定性,结合最小二乘拟合算法得到相应位置的外参矩阵。最终根据身管的运动模型以及标志物与之的相对位置解算出身管的两个指向角。仿真和实验均验证了该方法的可操作性和准确性。     

定向测量与加权算法的信息隐藏技术

针对压缩感知(compressed sensing,CS)技术中的观测值存在一定的冗余、可以进行秘密信息写入的问题,为提高隐藏算法的不可感知性与运算速度,提出一种定向测量算法,即只对载体图像的重要部分进行稀疏、测量,同时在隐藏时利用加权的思想对隐藏位置进行选择,并给出信息隐藏与提取的方法.仿真结果表明:该方法在不可感知性与计算时间损耗上均优于传统算法,且具有一定的鲁棒性和抗提取性.     

基于RAEKF 和DGPS 的航母姿态测量方法

针对现有基于差分GPS(differential global position system,DGPS)的定姿算法无法解决GPS信号受干扰时无解的问题,且容易受GPS数据中粗大误差的影响,提出一种基于自适应抗差卡尔曼滤波(robust adaptive extended Kalman filter,RAEKF)和DGPS的航母姿态测量方法。研究载波相位差分GPS的测姿原理,详细分析现有定姿算法的原理并分别指出他们存在的缺陷,提出不受 GPS数据缺失和粗大误差影响的 RAEKF算法。结果表明：该算法能充分利用航母的运动信息,提高GPS定姿的精度和可靠性。     

基于VC++和Matlab的球面孔系位置测量

基于VC 与Matlab混合编程的球面孔位置测量,先采集基准孔图像,经图像处理确定原点坐标.VC 控制补测件运动,使被测孔转至测量位,并驱动CCD采集圆孔图像.通过Matlab引擎实现VC 和Matlab间的数式完成被测孔与基准孔间的空间位置测量.     

抗干扰弹载地磁测姿系统设计

实时准确的弹丸姿态测试是实现高速旋转弹丸正确修正的关键技术。受弹丸高转速、发射时高过载及全天候使用等因素的限制,地磁测量弹体姿态成为解决该关键问题的唯一途径。根据地磁场基本特性、磁阻传感器测量姿态的基本原理,建立了飞行过程中实时解算弹体姿态的简化模型。针对弹体剩磁、舵机干扰等众多影响磁传感器准确测量的问题,设计了抗干扰的弹载地磁测姿系统。为了评估地磁测量弹体转速和滚转角的精度,与基于光敏器件和太阳方位角的绝对滚转角测量系统同时进行飞行试验,通过飞行试验验证,所设计的抗干扰系统有效地减小了弹体剩磁和舵机干扰的影响,基于地磁信息解算出的滚转角速率与光敏器件测量得到的绝对滚转角速率误差在0.5 Hz,解算出的滚转角度误差为6°,符合工程应用的要求。     

基于量测多尺度预处理的GPS/SINS组合导航系统

针对GPS／SINs组合导航系统的信息融合问题,运用多尺度分析的思想,结合传统的Kalman滤波方法,提出了基于量测多尺度预处理的Kalman滤波算法。将上述方法引入到GPS／SINS组合导航系统中,并通过实际的静态试验给予验证。试验结果表明,该方法是一种有效的预处理方法,使组合导航系统的各项导航参数精度得到了显著提高。     

基于数据融合技术的空靶脱靶量测量

脱靶量是检验武器系统性能优劣的重要指标,是靶场进行武器系统打靶试验过程中需要测量的关键参数;目前脱靶量的测量主要依靠雷达或GPS系统完成,光学测量作为备份手段;这种测量方法虽然提高了测量的成功率,但对于冗余数据没有充分利用,测量精度不高;本文利用数据融合技术对测量数据进行了处理,在不增加任何测量设备的情况下,提高了脱靶量测量的精度。     

非等精度光测设备交会测量的数据处理

针对目前在目标外弹道测量过程中出现的测量数据使用率低、测量结果数据丢失的问题,提出以双站交会测量结果为基础,依据最优因子确定方法,对双站交会测量的加权因子进行实时优化,并使用非等精度加权平均法计算出目标外弹道。仿真结果表明,该方法相对于传统双站交会测量方法,可以有效提高数据的完整性和目标飞行航迹的连续性,为后续的分析、处理工作能高效、顺利地进行提供有力的技术保障。