一种双天线辅助的两段连续式对准以及误差分析

针对低精度微惯性测量单元/全球导航卫星系统(IMU/GNSS)松组合导航系统中初始方位难以精确得到和行进间航向容易发散的问题,该文设计了一种双天线辅助的两段连续式对准方法.首先分析了初始方位误差对航向精度的影响;其次,由于GNSS测向系统精度高、无姿态漂移误差的特点,基于双天线基线矢量推导了一种最小二乘算法的测姿模型,进行初始对准;最后针对行进间对准,研究扩展了基于航向差值的1维量测以抑制航向发散.设计试验探讨了双天线基线矢量对初始对准与行进间航向精度的影响,改进方法可以使得初始方位误差优于0.7°,行进间航向能够更准确地被跟踪.针对目标的初始对准与行进间对准,双天线可提供辅助信息,其效果优于单天线IMU/GNSS的组合,且方法计算量适中.     

旋转GNSS双天线/MIMU紧组合系统算法

为了提高旋转全球卫星导航系统(GNSS)短基线双天线/微惯性测量单元(MIMU)组合系统的定向精度,该文构建了其紧组合系统。紧组合算法将GNSS的伪距、伪距率和载波相位作为旋转GNSS双天线/MIMU组合系统的观测量,用扩展卡尔曼滤波进行估计,估计得到的状态量对系统进行闭环反馈,最后得到组合系统的定向结果。对旋转GNSS双天线/MIMU组合导航系统的船载试验数据进行了紧组合离线解算,结果表明,当GNSS基线为0.3 m时,组合系统的航向误差小于1°,俯仰角和横滚角误差小于0.1°。     

多模GNSS双天线旋转初始定向方法

根据全球导航卫星系统(GNSS)载波相位伪距观测方程,给出了多模GNSS双天线基线向量旋转的载波相位的双差方程。运用旋转过程中双天线载波相位信息,得到多模GNSS双天线载波相位整周模糊度的双差值。通过GNSS卫星星历数据和GNSS双天线所在位置,计算出卫星到GNSS接收机天线的单位向量。使用GNSS双天线基线向量旋转的载波相位双差方程和坐标变换,计算得到GNSS双天线基线向量的航向角。经多模GNSS双天线旋转试验验证,用此算法确定的航向角精度比商用软件输出值高,且定向速度快。     

简化SSUKF在车载SINS行进间对准中的应用

基于大失准角条件下的非线性初始对准误差模型,通过捷联惯导系统 (SINS)与全球定位系统 (GPS)的速度和位置匹配实现SINS行进中初始对准.为了降低滤波计算量,根据系统噪声为复杂加性噪声、量测噪声为简单加性噪声且量测方程是线性方程的特点,采用计算量小的简化超球面无迹卡尔曼滤波(SSUKF)对车载SINS进行行进间初始对准.最后进行SINS行进中初始对准仿真试验,结果表明大失准角条件下的SINS误差模型和简化SSUKF滤波估计法不仅适用于大失准角,同样适用于小失准角和大方位失准角.本对准方案可提高车辆机动能力.     

车载低精度INS/GPS大方位失准角线性对准研究

在应用低精度微机电系统-惯性测量单元(MEMS-IMU)和全球定位系统(GPS)的车载组合导航中,由于IMU的精度问题,无法通过传统的解析方法实现方位失准角的粗对准,造成了大方位失准角问题。该文通过变换状态量,用方位失准角的两个三角函数代替方位失准角作为状态量,建立了新的线性系统方程,统一了精对准和粗对准的过程,避免了粗对准切换到精对准时状态间的协方差信息损失。完成了车载导航试验。结果表明,本初始对准方案在低精度的组合导航中能将对准精度控制在1°以内。     

用双天线GPS信号的惯导对准研究

惯性导航系统地面初始对准是惯导系统的关键技术之一，由于系统不完全可观测，仅水平对准效果好，而方位对准效果较左，针对这一问题，本文提出采用双天线将ＧＰＳ载波相位作为外部参考信号引入惯导系统地面对准，和惯导系统相结合共同完成初始对准。仿真结果表明，组合对准不仅能使方位快速对准，而且还能提高水平对准的精度，同时可对陀螺漂移作出快速估计。     

基于四元数的SINS静基座大方位失准角误差建模

针对经典大方位失准角条件下捷联惯导系统(SINS)非线性初始对准模型不能精确表达姿态误差的传播特性,依据惯导系统姿态的旋转矢量表示法,提出了基于四元数微分方程推导的姿态误差模型,模型最终的表达也由欧拉角微分方程给出。基于无迹卡尔曼滤波(UKF)的静基座对准试验表明新的姿态误差模型对方位角失准角范围要求由10°内放宽到25°内,提高了在大方位失准角条件下初始对准的精度,表明模型的准确性有明显提高。     

双天线航向测量与惯导姿态组合指向方法研究

针对传统双天线GNSS/MEMS＿INS松耦合组合系统在高精度指向对准应用中,由于子系统测量基准不一致产生标定误差,从而导致系统输出载体方位角误差大、精度低等问题,提出了一种基于指向角解耦的组合方式来降低该标定误差对方位角的影响,使组合系统的方位角误差控制在±0.1°以内。首先对传统组合方式的指向角测量展开分析,指出问题所在,然后分别介绍了传统组合方式模型和改进之后的组合模式,最后以传统组合系统为参考,对两种组合方式进行实地测试分析。实验结果表明,改进之后的组合系统相比传统组合系统在方位角测量均值上提升了0.082°,与真值相比误差仅为0.046°;方位角测量精度为0.236°,相比传统模式提升了0.842°。可应用于高精度指向对准场景中。     

MIMU／GPS组合导航模糊自适应卡尔曼滤波研究

针对组合导航初始对准中存在模型误差时常规卡尔曼滤波容易发散的问题,提出了一种模糊自适应卡尔曼滤波算法。该算法采用模糊控制规则,根据新息的方差和均值变化自适应调整量测噪声权值矩阵。此算法运用于MIMU/GPS组合导航初始对准中,获得了较高的导航精度。仿真结果表明,该算法能够有效防止滤波发散,减少模型误差对滤波结果的影响,提高了滤波精度,实现了参数的在线调整。     

基于SCKF和姿态估计的SINS/GPS在线对准方法

该文提出了基于平方根容积卡尔曼滤波和初始姿态估计的捷联惯导/全球定位系统组合在线对准法。构建平方根容积卡尔曼滤波器来对初始姿态估计的非线性量测模型进行滤波,估计代表初始姿态转换矩阵的罗德里格参数,并以此求出当前时刻的姿态转换矩阵,从而求出当前时刻准确的姿态。该文分别对制导武器系统和车载系统进行了半实物仿真。仿真结果表明,此方法可在25 s左右完成在线对准。其中短距离制导武器仿真结果航向角及俯仰角误差在0.1°内,横滚角误差在0.3°内;低成本车载导航系统仿真结果航向角误差在0.2°内,俯仰角及横滚角误差在1°内,可满足制导武器及低成本民用车辆的对准需求。     

速率偏频激光捷联惯组加速度计分析

速率偏频激光捷联惯组的定向精度除与激光陀螺仪有关外,还与加速度计有关,因此,研究加速度计的指标体系对提高整个速率偏频激光捷联惯组的性能和精度有重要意义。从初始对准和航向保持两个方面研究了加速度计对定向精度的影响：加速度计零偏误差和随机游走均会导致初始对准航向角误差。为了得到高精度的航向保持精度,速率偏频激光惯组的3个加速度计的漂移趋势需要保持一致。试验结果表明,加速度计的零偏稳定性提高4倍,初始对准航向角统计精度提高30%;加速度计精度相同情况下,加速度计漂移趋势一致的速率偏频激光捷联惯组,相比其漂移趋势不一致的速率偏频激光捷联惯组,航向保持精度提高了57%。     

激光陀螺捷联惯性导航系统IMU误差标定

针对激光陀螺捷联惯性导航系统惯性测量单元(IMU)误差标定对转台精度、基座对北和调平要求较高,以及系统工作时激光陀螺抖动、长时间工作温度升高、算法复杂等因素,提出了以速度为观测量,采用以最小二乘拟合法的系统级标定法。通过三轴转台多位置测量：静止 转动 静止,快速辨识三轴激光陀螺和三轴加速度计正交安装误差、传感器零偏、刻度因子等24个误差参数,整个标定过程时间约2 h,多位置对准航向、横滚、俯仰测试精度优于0.012°。实验表明,采用该方法算法简单,操作过程便捷,可以有效提高激光陀螺捷联惯性导航系统IMU精度。     

二频机抖激光陀螺捷联惯导系统快速?方法

以教研室自行研制的90型二频激光陀螺捷联惯导系统为研究对象,详细分析了惯性系对准在静态及摇摆基座条件下的收敛时间、对准精度。理论分析表明,具体对准时间的取值应该根据IMU精度、算法参数设定以及扰动情况而定。经大量实验验证,静态条件下,对准150 s左右航向角收敛到稳态值,此时横摇和俯仰角振荡在1.5以内,航向角振荡在1'以内;摇摆基座条件下,对准200 s后输出横摇角和俯仰角误差在7以内,航向角误差在1.5'以内。实验结果充分证明了惯性系对准可以满足在短时间内输出姿态角达到一定精度范围的要求,具有良好的工程应用价值。     

改进的迭代CKF及其在GNSS/INS紧组合中的应用

为改善GNSS/INS紧组合中非线性滤波器的稳定性和精度,基于Backtracking线搜索(BLS)方法提出一种新型的迭代容积卡尔曼滤波方法(BLS-ICKF)。首先建立Sigma点滤波方法的迭代框架,采用阻尼Newton迭代改善状态初始误差较大时的滤波更新精度,同时,为提高组合系统状态预测过程的鲁棒性定义了一种简化的迭代更新结构。实验和仿真结果表明,BLS-ICKF牺牲较小的时间复杂度较CKF的航向角误差减少约59%。     

满足高精度测量的GNSS自适干扰抑制算法

日益复杂的电磁环境严重干扰了全球卫星导航系统（Global Navigation Satellite System,GNSS）的正常有效运行.多天线空域自适应处理能够有效抑制电磁干扰,但是空域自适应处理算法可能会引入卫星信号载波相位误差.此外,多天线组成的阵列本身存在各种不理想因素也会引入误差,这些对高精度测量系统来说是不可容忍的.为此,本文首先分析了GNSS中常用的空域自适应处理算法在抑制干扰的同时对载波相位测量的影响,在此基础上提出了一种不需要阵列流形信息的盲波束形成算法——二次解重扩算法.其核心思想是在解重扩（De-spread Re-spread,DR）算法的基础上增加频率精估计环节,并根据精估后的载波频率重新构造本地参考信号与接收数据进行相关,从而最小化波束形成权矢量与卫星信号的导向矢量之间的误差,减小了空域抗干扰对卫星信号载波相位的影响.     

安装误差对单轴旋转对准精度影响分析

针对激光陀螺单轴旋转惯导系统初始对准问题,分析了影响初始对准精度的惯性器件误差参数,理论推导了陀螺安装误差对对准精度及加速度计零位估计的影响,并进行了仿真分析。仿真结果表明,陀螺安装误差直接带入失准角估计误差,并会引起等效加速度计零位估计误差,可通过标定陀螺安装误差提高对准精度。     

一种基于IMU 的机相扫雷达阵姿测量方法

从高精度机相扫雷达的需求出发,分析了传统阵面测角方式的缺陷。论述了以高精度惯性元件构成的惯性测量单元(IMU),在雷达天线阵面测角功能上的工作原理和实现算法。提出了将转台伺服方位信息作为IMU 的量测对象,进行精确对准的方法,达到减小角度误差的发散速度的目的,从而满足系统对天线阵面的测角精度要求。仿真实验验证,结果与要求一致。