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′.     

MultiGen Creator建模技术的优化与实现

为了提高视景仿真系统的实时性能,降低系统资源开销,研究了MultiGen Creator三维虚拟场景建模关键技术,给出了Creator建模的详细实施过程,在虚拟校园漫游系统的开发中采用了三维虚拟场景建模的综合优化技术和方法,提高了系统的实时渲染响应速度。项目运行结果表明,优化建模技术使得三维模型数据读取迅速,仿真效果真实流畅。     

空间绳系机器人在轨捕获视景仿真系统设计

针对空间绳系机器人在轨捕获可视化的问题,把绳系机器人的控制系统引入仿真环境,基于Vega平台开发了路径规划运动方式和实时接收数据运动方式相结合的空间绳系机器人在轨捕获仿真系统;利用Pro/Engineer和Creator建立了场景模型,实现了绳系在空间展开和视觉伺服效果的模拟,并对捕获过程进行了实时仿真;仿真结果表明,该系统能够直观显示控制系统的控制效果,能够成功演示空间绳系机器人对目标卫星的捕获,满足实时性要求。     

再入飞行器传递对准建模与仿真

在新型再入飞行器的研究中,保证飞行器落点精度,是通过传递对准技术对飞行器惯性测量系统( Inertial Measurement System,IMS)进行初始对准.针对再入飞行器用IMS的传递对准问题和惯性传感器误差特性,提出建立线性速度与姿态匹配传递对准模型,设计了模块化的传递对准仿真系统,并利用两种典型的再入轨迹进行仿真.仿真结果表明,模型的卡尔曼滤波器能够快速、精确地估计出飞行器子惯性测量系统的姿态误差(20s内估计误差小于0.02°),同时滤波器对陀螺常值漂移有较好的估计效果.     

捷联惯导欧拉角误差模型二位置对准方法

在捷联惯导初始对准优化的研究中,由于存在非线性,很难描述误差特性。为提高捷联惯导系统初始对准的精度,缩短对准时间,根据欧拉角误差的传播规律,推导了惯导系统角度和速度误差微分方程,建立了非线性的对准模型。非线性模型的计算一直是难点问题,一般采用无迹卡尔曼滤波(UKF),为减小计算量,采用了超球面采样点变换(SSUT)的采样策略,结合线性的量测方程,对滤波算法进行了改造和简化。根据全局可观性理论,为提高系统观测度,以二位置静态对准为条件,并对提出的方法进行了仿真和实验验证。结果表明,模型具有很高的精度,并能有效估计惯性器件误差。改进方法对大失准角下的系统初始对准及惯性器件测漂具有较好的参考价值。     

基于重力矢量积分的SINS对准算法误差分析

针对基于重力矢量积分的捷联惯导初始对准算法,分析了惯性器件误差和线运动干扰对对准精度的影响。推导了惯性器件误差与对准失准角之间的解析表达关系,指出可从初始欧拉角估计值中提取陀螺漂移信息,实现陀螺的在线标定。理论分析表明,该算法将传统解析对准算法对角运动的敏感转化为对线运动的敏感,线运动干扰成为影响算法对准精度的主要因素。仿真试验验证了上述分析的合理性。     

单轴旋转SINS惯性系对准方法研究

针对复杂情况下车载捷联惯导初始对准抗干扰能力差,对准精度不高的问题,提出一种基于单轴连续旋转调制的惯性系初始对准方法。阐述了单轴连续旋转捷联惯导初始对准的误差抑制原理,利用惯性凝固思想建立了惯性系双矢量对准模型,进一步利用惯性系多矢量定姿方法结合旋转调制实现初始对准。通过仿真及设备实验验证,单轴连续旋转调制能够有效抑制惯性器件误差,提高对准精度,惯性系多矢量定姿方法相比于双矢量定姿方法能够更加充分利用测量矢量信息,抑制外界干扰,提高对准性能。     

基于Multigen的无人机任务飞行仿真系统

介绍基于Multigen仿真软件Multigen Creator, Creator Terrain Studio和Vega Prime的无人机任务飞行仿真系统,在Vega Prime中建立无人机的飞行控制运动函数,实现无人机模型在虚拟仿真场景中的六自由度运动。基于.NET 2003环境下多线程编程技术和SBS网络数据传输,实现该系统的实时应用。仿真结果表明该系统能较好地模拟无人机作战飞行任务。     

GNSS辅助MIMU初始对准技术研究进展

惯导系统以其独特的优势在军民领域得到广泛应用。而现代庞大的、多样化的复杂应用场景迫切需要惯导系统向微型化、低功耗、低成本方向发展，基于微惯性测量单元（MIMU）的应用便成为了关注的热点话题。初始对准是捷联惯导系统关键技术之一，文章对全球卫星导航系统（GNSS）辅助MIMU初始对准相关技术进行分析与讨论，概述国内外GNSS、微机电系统（MEMS）随机误差分析和GNSS辅助MIMU对准的研究进展，并且对组合对准技术的发展趋势进行了讨论。在进一步的研究中，通过充分分析MEMS惯性器件随机误差补偿、设计改进对准方法，为对准技术寻求更加有效的改进方法，有望提高初始对准的速度、精度和适用性。     

MultiGen Creator/Vega在高速列车运行视景仿真系统中的应用

随着计算机软、硬件技术的迅速发展,利用三维视景仿真技术动态描述列车运行仿真过程成为一个新的发展方向。简要介绍了开发工具Multigen Creator和Vega的特点。研究了利用Creator和Vega实现视景仿真的总过程。结合高速列车运行实例说明了利用Multigen Creator建立铁路三维模型的主要思路和过程,并详细分析了建模过程中的难点问题及相应的办法;还研究了利用Vega实现实时驱动的步骤和方法。仿真结果表明,基于Multigen Creator和Vega的高速列车运行实时视景仿真系统取得了良好的效果。     

基于弹载IMU/GPS组合导航系统的动基座对准研究与仿真

对基于弹载IMU／GPS组合导航系统的动基座对准问题进行了研究与仿真;首先,分析了弹载IMU与GPS的系统误差,建市获得了其系统误差模型;然后,利用卡尔曼滤波技术,设计了弹载IMU／GPS组合导航系统的动基座对准算法;仿真结果表明,在初始误差较大的情况下,经过360秒的动基座对准,IMU的姿态角误差可降至10个角秒,同时位置和速度误差也得到了有效修正,从而证明该动基座对准算法是行之有效的。     

捷联惯导静基座初始对准技术仿真

捷联惯导在初始对准时,按载体的运行状态来分,可以分为静基座和动基座对准。从静基座捷联惯导初始对准的原理出发,推导了捷联惯性导航系统静基座初始对准的误差动态方程和量测方程,构成了卡尔曼滤波模型。最后将卡尔曼滤波模型应用于静基座初始对准,并进行了仿真。     

基于HMM/ KF 滤波的捷联惯组快速标定方法

提出一种快速标定捷联惯组常值零偏的六位置测试法.首先在传统解析式粗对准的基础上引入HMM/KF滤波器,利用HMM/KF滤波器滤除对准环境中的干扰噪声,实现捷联系统粗对准;然后分析利用粗对准的对准精度与惯性器件误差之间的关系,推导出求取捷联惯组常值零偏的数学表达式.对比实验分析结果表明,采用滤波技术的对准方法能够提高方位对准精度,而且能够快速有效地标定和补偿上一标定阶段残留的惯性器件常值零偏,改善导航性能.     

Initial calibration and alignment of low‐cost inertial navigation units for land vehicle applications

This work presents an efficient initial calibration and alignment algorithm for a 6‐degrees of freedom inertial measurement unit (IMU) to be used in land vehicle applications. Error models for the gyros and accelerometers are presented with a study of their perturbation in trajectory prediction. A full inertial error model is also presented to determine the sensors needed for full observability of the different perturbation parameters. Finally, dead‐reckoning experimental results are presented based on the initial alignment and calibration parameters obtained with the algorithms presented. The results show that the proposed algorithms provide accurate position and velocity information for an extended period of time using nonaided IMU. ©1999 John Wiley & Sons, Inc.     

一种新的惯性导航系统半实物仿真方案

由于三轴转台只能模拟三个角运动而不能模拟三个线运动,因此惯性导航系统就很难作为一个整体进行半实物仿真。该文提出了一种新的惯性导航系统半实物仿真方案,该仿真方案使用陀螺和加速度计敏感的真实数据,通过外部的线运动补偿来实现惯性导航系统的完整计算,在半实物仿真中不仅保证了惯性导航系统的完整性,而且在此基础上可以完成传递对准的半实物仿真。最后通过仿真验证了方案的可行性和正确性。     

Self‐alignment and calibration of a MEMS IMU: Improving observability and estimability by rotary motions of IMU

The stationary self‐alignment and calibration (SSAC) for a low‐cost MEMS IMU is quite challenging due to the poor observability of an inertial system under static condition and the significant sensor errors of MEMS inertial sensors. This research proposes to employ IMU rotations to improve the system observability and estimability regarding the SSAC of a low‐cost MEMS IMU. IMU rotations about the X, Y, and Z axes are employed in this paper. The analytic estimation algorithm for each error state is derived and the observability of the system with IMU rotation is analyzed. As the observability analysis will not provide clues about how well an error state can be estimated, the estimability analysis is also conducted based on the eigenvalues and eigenvectors from the covariance matrix in the Kalman filter. Tests are conducted with a tri‐axial turntable to verify the improvements on system observability and estimability brought by IMU rotations. Of both theoretical analysis and results indicated with proper IMU rotations, only azimuth error still remains unobservable, and the IMU rotation also significantly improves the estimability of all error states, including the unobservable azimuth.     

Bearing-only visual SLAM for small unmanned aerial vehicles in GPS-denied environments

This paper presents a hierarchical simultaneous localization and mapping(SLAM) system for a small unmanned aerial vehicle(UAV) using the output of an inertial measurement unit(IMU) and the bearing-only observations from an onboard monocular camera.A homography based approach is used to calculate the motion of the vehicle in 6 degrees of freedom by image feature match.This visual measurement is fused with the inertial outputs by an indirect extended Kalman filter(EKF) for attitude and velocity estimation.Then,another EKF is employed to estimate the position of the vehicle and the locations of the features in the map.Both simulations and experiments are carried out to test the performance of the proposed system.The result of the comparison with the referential global positioning system/inertial navigation system(GPS/INS) navigation indicates that the proposed SLAM can provide reliable and stable state estimation for small UAVs in GPS-denied environments.     

垂线偏差对空中对准航向误差的影响研究

针对性分析了垂线偏差变化对空中对准航向精度的影响.首先给出了常用空中对准降阶滤波模型,分析了垂线偏差变化影响空中对准航向误差的机理.然后通过实测离线数据测试验证了垂线偏差对空中对准航向误差的影响.最后通过误差协方差分析方法仿真了降阶滤波模型在真实世界中的滤波性能.离线测试及仿真结果表明:在给定条件下垂线偏差变化率对航向误差的影响相对其他未建模惯性测量组件误差是主要的,对航向对准误差影响较大,可达0.15°.在中高精度应用中为保证在不同空域内空中对准航向精度考虑采用高精度重力场模型对垂线偏差进行补偿是必要的.     

轻小型二位置光纤陀螺测斜仪惯性测量单元设计

针对油气井中井眼口径窄小、高温、高冲击等恶劣环境,采用双轴一体光纤陀螺和石英挠性加速度计作为核心传感器部件,实现了轻小型二位置光纤陀螺测斜仪惯性测量单元(IMU)。采用DSC(dsPIC30F6014A)+FPGA双CPU导航计算机方案完成导航计算和滤波算法以及IMU数据的采集、控制与传输等功能。重点介绍了系统工作原理,IMU、数据采集与接口电路和双微处理器设计等硬件结构及软件算法。样机测试结果表明:该样机达到了预期精度指标要求(井斜角精度优于±0.2°,方位角精度优于±2°,工具面精度优于±0.5°),系统的性能尺寸体积、重量等方面达到了井下测斜仪器设计要求。     

基于PSD的太阳方位对准系统研究

针对现有太阳方位跟踪系统中对准精度较低、易受环境制约等问题,设计了一种太阳方位对准系统。该系统一方面接收GPS输出数据信息,利用视日运动轨迹跟踪方法计算初始方位;另一方面利用斜入射平凸透镜的太阳光线在二维四边形PSD器件上形成光斑,计算光斑中心与PSD器件几何中心之间偏差,结合二者信息对太阳方位进行准确定位,对安装倾斜误差进行补偿。实验结果表明,该太阳方位对准系统能够实现全天候、大范围内准确定位,设计方法合理、可行。