船用捷联惯导系统解析粗对准的误差分析

讨论了两种船用捷了惯性导航系统静基座解析粗对准的方法，选择不同的参考矢量水解变换矩阵，将导致不同的失准角误差。结果对比给出了形象的说明。     

H∞控制理论在捷联惯导系统初始对准中的应用

提出了一种应用H∞控制理论来进行捷联惯性导航系统初始对准的方法。文中介绍了H∞控制理论以及相关定理，并建立了基于观测器思想的初始对准广义受控对象模型。经过与相关理论相结合，提出了一种基于观测器的动态控制的设计方法。最后给出两种设计结果和仿真曲线，根据两种控制器的特点和性能总结出了一套初始对准方法，实际应用结果表明，此方法是可行的。     

车辆运动状态下SINS的初始对准技术

对车辆运动状态下捷联惯导系统的初始对准技术进行研究.以里程计作为外部传感器,建立了运动状态下初始对准的数学模型,分析了系统状态的可观测性,并进行了仿真研究.结果表明,捷联惯导系统只要求短时间内(几秒钟)车辆处于静止状态,以进行解析式粗对准,之后车辆就可以向预定地点行驶,10 min内即可在运动状态下完成精对准,且对准精度比静基座下高.     

摇摆基座上基于信息的捷联惯导粗对准研究

舰船的摇摆使陀螺无法测出地球自转角速度,无法根据陀螺和加速度计的输出直接计算出姿态阵。针对这一问题,提出了基于重力加速度的粗对准算法。该算法中,姿态阵分散成4个矩阵求取,所利用的信息为:摇摆基座姿态变化信息;重力加速度相对惯性空间随地球旋转引起的方向变化信息;地球自转信息;地理信息。算法的巧妙之处是应用惯性凝固假设,建立了基座惯性坐标系ib0,使舰体相对ib0坐标系的姿态阵初值成为单位阵,从而使姿态更新解算成为可能。仿真结果表明,在舰船横摇、纵摇、艏摇幅值分别为10°、7°和5°,周期分别为6 s、5 s和7 s,横荡、纵荡、垂荡幅值分别为0.02 m、0.03 m和0.3 m,周期分别为7 s、6 s和8 s的环境下,由50个样本确定的东、北、天向失准角的均值分别为2.01′-、1.38′和-0.20,°相对的标准差为0.26′、0.21′和1.3,°在此基础上完全可以实现精对准。     

捷联惯导系统陀螺罗经对准性能的协方差分析

文中推导了协方差方程式的数值解,研究了初始对准回路滤波器参数设计方法。利用协方差分析,从统计意义上探讨了地面晃动基座上采用一阶数字滤波的捷联系统陀螺罗经对准的性能。分析了随机误差源的影响,指出动态干扰环境下,载体的扰动加速度和等效东向陀螺的常值漂移及随机游走噪声是造成方位误差的主要因素。     

基于H∞的捷联系统初始对准及参数γ选取方法研究

针对KALMAN滤波在系统模型不确定或噪声统计特性不准确的情况下滤波精度不高甚至发散的问题,引入了H∞滤波技术,介绍了H∞滤波基本理论和递推公式,与KALMAN滤波在本质上做了比较。建立了12维状态量的初始对准模型,在此基础上做了KALMAN滤波和H∞滤波在白噪声条件和有色噪声条件下的对比仿真,为了说明H∞滤波中参数γ的选取对对准速度和精度的影响,还分别选取3个有代表性的参数γ做了对比仿真,仿真结果表明：在白噪声条件下,两种滤波的精度相当,KALMAN滤波相对于H∞滤波要稍好些;在有色噪声条件下,KALMAN滤波显得有些发散,而H∞滤波明显对有色噪声的抗干扰性强于KALMAN滤波。同时通过对参数γ的适当选取,对系统的平均性能（精度）和鲁棒性能进行一定的平衡。     

CDKF在捷联惯导系统大失准角初始对准的应用

文章基于欧拉平台误差角的概念,建立了大失准角条件下的捷联惯导系统(SINS)非线性误差模型,深入研究了中心差分卡尔曼滤波(CDKF)技术及其在大失准角对准中的应用,进行了静基座下基于扩展卡尔曼滤波(EKF)、Unscented卡尔曼滤波(UKF)和CDKF滤波的SINS初始对准仿真。仿真结果表明,在失准角均为大角度条件下,用CDKF滤波水平对准精度可达0.18,′方位对准精度可达1.63,′比EKF具有更高的精度,并且避免了求Jacobian矩阵带来的不便,提高了可靠性;与UKF相比具有稍高的精度,并减少了可调参数,在实际应用中更加简单方便。     

基于小波分析的船用捷联陀螺信号滤波方法

提出了基于小波分析的陀螺信号的滤小方法,利用Daubechies四阶正交小波及其优良的信号多分辨率分析特性,对陀曼输出信号进行尺度小波分解,去除由噪声引起的细节项,从而消除其中的噪声干扰,仿真试验表明了该方法的优越性,对于提高对准精度,缩短对准时间具有重要意义。     

船用捷联惯性导航系统在系泊状态下快速初始对准与标定

针对船用捷联惯性导航系统(S-INS)在系泊状态下的初始对准与标定,提出一种两位置对准方法.该方法首先建立在水平失准角较小、而方位失准角较大时的初始对准模型,并在传统的卡尔曼滤波器中加入前置滤波器,对受干扰的2个水平速度信号采用非平稳求和自回归滑动平均模型(ARIMA)建模,然后在建立测量信号精确模型的基础上,再进行卡尔曼滤波,这样降低了观测噪声的水平,达到快速精确对准及IMU误差参数在线标定的目的.通过在三轴转台上多次试验结果表明,使用中等精度的惯性组件,在1 200 s内,水平姿态估计误差将减少到0.03°,方位误差减少到0.4°以内,证明了该方法的有效性.     

自适应平方根中心差分卡尔曼滤波算法在捷联惯性导航系统大方位失准角初始对准中的应用

提出了一种自适应平方根中心差分卡尔曼滤波(ASRCDKF)算法,并应用于捷联惯性导航系统(SINS)大方位失准角初始对准中。ASRCDKF算法以中心差分变换为基础,基于平方根滤波能够克服发散的思想,利用协方差平方根代替协方差参加递推运算,并将自适应估计原理引入该算法中,不仅克服了扩展卡尔曼滤波产生线性化误差和计算雅可比矩阵的不足,而且减小了计算量,保证了数值稳定性。同时,ASRCDKF算法解决了传统滤波算法过度依赖系统动态模型和噪声统计特性先验知识的问题。最后通过滤波仿真证明了ASRCDKF算法在SINS大方位失准角初始对准中的有效性和优越性。     

捷联式惯性导航系统初始对准扰动补偿控制算法

提出了一种捷联惯性导航系统初始对准扰动补偿二级控制器的设计方法。选取载体的飞行姿态、速度与位置增量建立了扰动补偿控制的状态空间数学模型,基于Backstepping控制方法,通过引入虚拟反馈控制变量设计了非线性控制器,保证大初始扰动条件下系统状态稳定收敛到系统的平衡点集。在平衡点集,设计了H2最优状态反馈控制律,以保证系统状态在平衡点集的渐进收敛。仿真和系统试验结果表明,这种二级补偿控制方法能有效抑制初始对准扰动误差,导航解算精度能够满足工程实际需要。     

均匀重采样粒子滤波器在SINS初始对准中的应用

针对标准粒子滤波算法中存在的样本贫化问题,提出一种在随机重采样中加入均匀采样的均匀重采样方法,不但可以保证标准粒子滤波算法逼近精度,同时能通过保留被抛弃粒子的分布范围增加粒子的多样性.针对捷联惯性导航系统的初始对准问题,应用这种均匀重采样的粒子滤波算法进行了仿真研究.仿真结果表明,在初始方位失准角为10°的情况下,均匀重采样粒子滤波算法的对准精度高于标准的粒子滤波算法,初始对准的稳定性也得到了有效改善.     

外杆臂效应对于船用捷联惯导罗经对准影响分析

捷联惯导系统在动基座罗经对准中需要计程仪提供速度,然而计程仪(位于船底部)和捷联惯导系统(位于罗经室)之间存在的外杆臂效应使得计程仪提供的速度存在误差.为分析外杆臂效应对动基座罗经对准性能的影响,推导了船舶纵摇、横摇、转弯情况下,外杆臂效应导致的速度误差表达式,同时,建立了速度误差与罗经对准误差角之间的关系,进一步推得外杆臂效应速度误差对于罗经对准的影响.理论分析与仿真表明:外杆臂效应会引起罗经对准水平和方位对准误差,该误差与摇摆和转弯的幅度,外杆臂的长度构成递增关系.     

Three-time rapid transfer alignment method of SINS/GPS navigation system of high-speed marine missile

The transfer alignment of SINS/GPS navigation system of a high-speed marine missile was investiga, ted. With the help of the big acceleration of a high-speed missile, the transfer alignment was changed into a three-time alignment. The azimuth alignment was coarsely finished in 10s in the first time alignment, the hori- zontal alignment was accurately and rapidly finished in the second time alignment, and the azimuth alignment was accurately finished in the third time alignment. Because the second time alignment and the third time alignment were finished by GPS after the missile was launched, the horizontal alignment and the second azimuth alignment got rid of the influence of the warship body flexibility deforming. The precision and rapidity of the horizontal alignment were prominently increased due to the vertical launch of the marine missile with the big acceleration. Simulation verifies the effectiveness of the proposed alignment method.     

基于四元数的惯导系统快速匹配对准算法

小失准角情况的惯导快速匹配对准方法研究已经比较成熟,在快速性和精度方面达到了使用要求.然而,在实际应用中经常出现大初始失准角的情况.为了解决大初始失准角情况下的惯导快速传递对准问题,分别基于乘性四元数和加性四元数,提出并推导了2类非线性惯导系统快速匹配对准模型,并且通过仿真分析比较了各个模型的估计效果,以及将乘性四元数对准模型中的变量修改为失准角后的估计效果.仿真结果表明,基于四元数的快速匹配算法不但能够有效解决大失准角情况下的惯导对准问题,而且其方位失准角的收敛速度与水平失准角的收敛速度相当.     

SINS/GPS组合导航系统初始对准的可观测度分析

针对SINS/GPS组合导航系统的误差传递模型进行了可观测度分析,确定了卡尔曼滤波器对系统各个状态的估计效果.在飞行器处于不同飞行姿态下,通过对相应的状态估计误差协方差阵的特征值及特征向量的比较,发现在动基座对准时,对飞行器引入线加速度可显著提高方位角的估计精度,并且在相同的条件下,拐弯运动的方位角估计速度更快、精度更高.此外,拐弯运动能够估计出加速度计零位偏置.此方法可以为飞行器在初始对准时选择最佳机动方案提供依据.     

Research on SINS Alignment Algorithm Based on FIR Filters

An inertial frame based alignment (IFBA) method is presented, especially for the applications on a rocking platform, e.g., marine applications. Defining the initial body frame as the inertial frame, the IFBA method achieves the alignment by virtue of a c