快速传递对准方程与传统传递对准方程的一致性研究

对比分析了传统传递对准方程和Kain J E等提出的快速传递对准方程.通过理论推导,指出了平台失准角和实际失准角与Kain J E等引入的量测失准角三者之间的关系.根据三者关系及传统传递对准方程,推导出了Kain J E等提出的快速传递对准方程,因此可以证明2种传递对准方程具有一致性.快速传递对准方程是传统传递对准方程在快速传递对准时的一种特殊形式,前者通过引入量测失准角,使量测失准角在滤波器中既是状态量又是量测量,并在计算弹体坐标系下进行姿态匹配运算,简化了传递对准方程.采用"速度 姿态"匹配方法进行仿真研究,验证了论文的观点.     

一种新的SINS/星敏感器组合导航姿态匹配算法

对SINS/星敏感器组合导航算法进行了研究。基于量测失准角的概念,提出了一种新的SINS/星敏感器组合导航姿态匹配算法,分析了SINS和星敏感器的输出,详细推导了组合导航系统量测的构造过程。与传统姿态匹配方法相比,该算法计算量小且噪声信号的物理意义更加明确。通过仿真验证,结果表明该算法是有效的,既能使姿态误差得到显著收敛,又能准确估计陀螺常值漂移和星敏感器安装误差。     

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.     

基于Potter算法的水下航行器动基座初始对准滤波方法

研究了水下航行器动基座对准问题。建立了动基座对准误差模型。在对准时利用GPS提供的速度和姿态信息进行辅助对准,采用速度、姿态匹配的对准方式,建立了系统的观测方程。当考虑加速度计和陀螺仪引起的系统噪声激励时,方位失准角D的估计值振荡幅度较大。针对这一问题,提出了基于Potter算法的动基座对准滤波方法估计3个失准角。理论研究与仿真表明,该方法不但能快速精确地估计出水平失准角,而且解决了D的振荡问题,提高了其估计精度。     

SINS大失准角传递对准模型的可观测性分析

捷联惯导系统(SINS)是在军事、航空等领域有着广泛应用的全自主导航系统,传递对准是确定其导航初值的一项关键技术.针对捷联惯导系统大失准角传递对准模型进行了可观测性分析研究.首先,建立了SINS欧拉角误差模型,并根据水平失准角为小角度的工程实际情况等对误差模型进行了简化;然后,从非线性系统的可观测性分析出发,利用微分几何理论给出系统的可观测矩阵,并给出了系统可观测度定义以及通过奇异值分解分析状态变量可观测度的方法.将该方法应用于SINS大失准角传递对准模型中,对系统进行了"速度"匹配和"速度+姿态"匹配模式下的可观测性和状态可观测度分析;最后,设计了UKF滤波器进行传递对准仿真,仿真结果与可观测分析结论一致,验证了该可观测分析方法的正确性.结果表明,这两种匹配模式下系统均为不完全可观测,并且"速度+姿态"匹配模式下状态变量的可观测度相比"速度"匹配模式下的状态可观测度高.     

大失准角传递对准杆臂效应影响研究

从舰船舰载机惯导系统传递对准实际需要出发,针对刚性舰船载体分析杆臂效应对子惯导系统速度、加速度(比力)影响,在大角度失准角情形下引入标称失准角和计算失准角概念构建传递对准速度姿态匹配非线性误差模型,对系统误差模型展开状态参数估计研究,通过比较研究杆臂矢量对子惯导系统失准角估计误差及其对准精度的影响以及不同初始杆臂矢量对标称失准角估计误差及其精度影响情况,验证本模型在舰船舰载机惯导系统海上对准有效性及其对准精度.     

GPS辅助的SINS系统快速动基座初始对准

为实现基于优化的动基座对准算法(OBA)对陀螺仪误差的估计,并使其能够应用于低精度SINS系统中,将自适应无迹卡尔曼滤波算法与OBA算法相结合,提出一种新的由GPS辅助的SINS系统快速动基座对准（FIMA）算法.该算法首先推导了陀螺仪常值漂移与失准角之间的关系,并以此构建非线性系统状态方程,然后用重力加速度和GPS输出速度的积分构建量测方程;由于系统存在非线性,提出使用UKF算法对失准角以及陀螺常值漂移进行估计;由于量测方程由速度和重力加速度的积分构成,量测噪声协方差难以确定,引入自适应滤波算法对量测噪声实时估计. 跑车实验结果表明:对于低精度SINS系统,该算法可在15 s左右将航向角误差收敛到3°以内,在3 min以后航向角误差可收敛到1°以内;与传统非线性动基座对准算法以及OBA算法相比,该算法可在无任何初始姿态信息的条件下快速对准,且能够对陀螺常值漂移进行在线估计和载体系失准角补偿,提高了动基座对准的精度和收敛性能.     

舰船姿态辅助DGPS的传递对准精度评估方法

针对舰载武器传递对准的精度评估方法对载体线运动特性要求高的问题,结合舰船的机动能力,提出了一种舰船姿态辅助差分GPS(DGPS)的传递对准精度评估方法.该方法以舰船主惯导提供的姿态信息来辅助DGPS提供的速度、位置信息进行评估.以准惯性坐标系为子惯导导航坐标系,推导评估系统状态方程,并建立精度评估的滤波方程;以舰载主惯导和GPS输出为观测量,建立基于"姿态+速度+位置"观测量的精度评估观测方程;设计卡尔曼固定区间平滑算法分别对引入舰船水平姿态信息及引入"水平+方位"姿态信息2种方法进行仿真,并与传统的精度评估方法进行了对比分析.仿真结果表明,该方法借助舰船的摇摆运动即可完成传递对准的精度评估,降低了精度评估对舰船机动强度的要求,是一种有效实用的精度评估方法.     

机载精确制导武器快速传递对准

针对“速度+姿态”匹配方案运算量大、鲁棒性差和“角速度+加速度”匹配方案存在的杆臂效应难以补偿的问题,提出了“速度+姿态矩阵”快速传递对准匹配方案,给出了对准模型．仿真结果表明,在载机做简单角机动的情况下该方案即可完成对准过程并取得较高精度,为机载武器提供了一种具有实用价值的传递对准方案．在机载主惯导和精确制导武器的子惯导系统都采用捷联惯导的大趋势下,捷联系统特有的数学平台特点将促使“速度+姿态矩阵”匹配模式具有更为广阔的应用空间．     

捷联惯导系统静基座的高精度初始对准方法

针对捷联惯导系统静基座初始对准存在精度低的问题,通过加速度计和陀螺仪获得重力矢量和地球角速度矢量,采用解析方法快速地估算出一个满足要求的初始姿态矩阵。借助卡尔曼滤波模型对系统的误差进行分析,并建立系统的状态方程和量测方程,将系统失准角从干扰误差中估算出来,为导航计算提供精确的初始条件。仿真实验结果表明,将卡尔曼滤波技术引入到捷联惯导系统静基座的高精度初始对准过程中,使对准精度和收敛速度均得到了显著改善。     

Adaptive Kalman Filter of Transfer Alignment with Un-modeled Wing Flexure of Aircraft

The alignment accuracy of the strap-down inertial navigation system (SINS) of airborne weapon is greatly degraded by the dynamic wing flexure of the aircraft. An adaptive Kalman filter uses innovation sequences based on the maximum likelihood estimated criterion to adapt the system noise covariance matrix and the measurement noise covariance matrix on line,which is used to estimate the misalignment if the model of wing flexure of the aircraft is unknown. From a number of simulations,it is shown that the accuracy of the adaptive Kalman filter is better than the conventional Kalman filter,and the erroneous misalignment models of the wing flexure of aircraft will cause bad estimation results of Kalman filter using attitude match method.     

Adaptive Kalman Filter of Transfer Alignment with Un-modeled Wing Flexure of Aircraft

The alignment accuracy of the strap-down inertial navigation system (SINS) of airborne weapon is greatly degraded by the dynamic wing flexure of the aircraft. An adaptive Kalman filter uses innovation sequences based on the maximum likelihood estimated criterion to adapt the system noise covariance matrix and the measurement noise covariance matrix on line, which is used to estimate the misalignment if the model of wing flexure of the aircraft is unknown. From a number of simulations, it is shown that the accuracy of the adaptive Kalman filter is better than the conventional Kalman filter, and the erroneous misalignment models of the wing flexure of aircraft will cause bad estimation results of Kalman filter using attitude match method.     

主/被动雷达导引头信息融合方法研究

针对导弹制导系统的特点要求,研究了基于Kalman滤波的信息融合算法并将其应用于主/被动雷达多模导引头系统中。研究了基于标量加权的分布式融合算法和基于增广测量方程的集中式融合算法并进行了数字仿真。研究结果表明信息融合算法能够提高多模导引头的测量精度,使融合精度受单一传感器影响更小,同制导律的闭合仿真也表明信息融合技术提高了制导精度,减小了脱靶量;分布式融合算法更方便实现时间校准从而便利于多模复合制导使用。此外,所研究的融合算法计算量小,易于工程应用。     

改进的兼顾"功能性"与"均衡性"综合评价方法在管理者绩效考核中的应用

针对管理者绩效考核结果之间差异小而导致企业决策困难的问题,开展了综合评价方法的研究。兼顾“功能性”与“均衡性”综合评价方法对“功能性”评价与“均衡性”评价均选择相同的无量纲化方法和赋权法,使得评价结果之间差异较小。在利用MATLAB及SPSS进行仿真运算、用EX-CEL进行仿真分析的基础上,提出了改进的兼顾“功能性”与“均衡性”综合评价方法,它对“功能性”评价与“均衡性”评价分别合理地选择不同的无量纲化方法和赋权法。仿真算例表明,改进的兼顾“功能性”与“均衡性”综合评价方法具有评价过程透明、评价结果之间差异大且更符合实际等特点,为企业对管理者绩效评价提供了一种更加合理的考核方法。     

一种用于AUV导航控制软件开发与系统测试的半实物仿真系统

设计并完成了用于自主水下航行器(AUV)导航控制软件的开发与系统测试的半实物仿真系统。该半实物仿真系统由实时仿真计算机和真实的导航控制计算机构成,实时仿真计算机完成AUV空间运动的实时积分解算,并利用多功能数据采集卡和串行通讯端口模拟AUV导航控制系统中的传感器和操舵机构的工作,为导航控制计算机提供全真的软硬件工作环境,使开发人员在此基础上能够完成导航控制软件全部功能的开发,并进行全面、有效的系统级软件测试,具有非常高的工程实用价值。尤其在实航试验中,可以立即在现场对修改后的导航控制软件进行测试,极大地降低了由软件修改带来的试验风险。     

基于多码元参考相位估值的DPSK解调算法

分析以往提出的一些对差分相关解调方式的改进算法，从另外一个角度论证其性能，证明这些方法在本质上都是等价的；在此基础上提出一种对加性高斯噪声信道随机相位估计的新算法，并得出一种新的DPSK或PSK的解调方法。这种方法模糊了相关解调和非相关解调的界线，实现简单，当阶数足够高的时候，其性能接近相关解调。     

A Combined Alignment Method for Strapdown Inertial Navigation System on Stationary Base

一种捷联式惯性导航系统静基座组合对准方法

陈帅¹, Xinzhi Liu², 孙骞³,张亚⁴

（1. 辽宁石油化工大学 信息与控制工程学院,辽宁 抚顺 131001;

2. 滑铁卢大学 应用数学系,滑铁卢N2L3G1,加拿大;

3. 哈尔滨工程大学 信息与通信工程学院,哈尔滨 150001;

4. 哈尔滨工业大学 电气工程及自动化学院,哈尔滨 150001）

摘要：

由于方位角失准角的可观测性弱,对准时间和对准精度一直是捷联惯导系统初始对准过程中相互矛盾的问题,因此需要对二者进行折衷处理。本文提出一种组合对准机制,建立了一个可观测可控的系统模型,可以有效地在固定时间段内实现较高的方位对准精度。首先,降阶卡尔曼滤波对准算法与经典的陀螺罗经对准算法同时计算出失准角。在此基础上,利用陀螺罗经对准方法计算出的失准角建立了零速模型的增广量测模型。最后,当陀螺罗经对准方法的方位失准角接近稳定状态时,降阶卡尔曼滤波对准方法的零速度模型切换为增广量测模型。通过可观测性和数学推导,对组合对准法进行合理的分析。数值仿真与实验数据测试的对比结果表明,该方法在对准结果的估计精度和一致性方面具有良好性能。

关键词：惯性导航,仪器和测量,陀螺仪,加速度计,卡尔曼滤波器,量测误差

     

一种未知光源参数的明暗恢复形状方法

针对传统SFS(shape from shading)必须已知光源参数的缺陷，提出了一种新的使用神经网络恢复单幅未知光源参数环境中物体三维形状的方法。该算法利用前向神经网络的非线性映射能力，建立了物体表面形状和其对应的图像灰度值之间的非线性关系，所得权值可视为环境光源参数，由此得出反射图函数。基于该反射模型，物体表面高度值通过迭代的方法求得，并使用多分辨率分级实现SFS算法以减小算法复杂度。实验结果表明该算法对于无光源环境，能给出有效的恢复结果。相比传统算法，精度提高了约29％。     

基于协同供应的维修备件协同库存控制模型及其算法研究

在对维修备件库存控制方法分析研究的基础上,针对有协调中心的维修备件管理和控制问题,建立了维修备件协同库存控制模型结构和基于协同供应的维修备件协同库存控制数学模型,给出了一种基于遗传算法的协同库存控制数学模型求解算法,结合实例对模型算法进行仿真验证。