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.     

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。     

基于递推最小二乘法加速度计信息辅助的磁力计标定方法

由于MEMS磁力计自标定过程无法实现与MEMS加速度计间未对准误差的估计,提出一种利用加速度计矢量作为辅助信息,对磁力计的误差参数及磁力计与惯性单元间的未对准误差参数的一步估计方法。首先.对加速度计进行标定处理;然后,利用加速度计和磁力计间点积不变的性质,构造误差参数模型;最后通过递推最小二乘法完成对误差参数的迭代求解。通过仿真与实验对本文提出方法进行了验证,结果表明,本文提出方法估计出的磁力计误差参数的误差在10-4量级,标定后的磁力计与加速度计所在的惯性单元间的旋转角稳定在苏州磁倾角47.5°附近,完成了误差参数的一步估计。且迭代计算效率较高,相比于最小二乘法计算速度,在5秒钟左右就完成了对误差参数的估计,更适用于现场标定。     

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.     

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。     

UKF滤波在MIMU/GPS组合导航系统中的应用

微惯性测量组件(MIMU)的陀螺和加速度计随机误差较大,系统短时间内的计算误差发散很快,本文推导了惯导误差的Φ角非线性模型,模型的状态变量包括:位置误差,速度误差,数学平台的姿态误差角,陀螺和加速度计的常值偏置.MIMU经过初始对准后,方位误差角可能仍然很大,误差具有较强的非线性,本文使用UKF滤波方法来对误差进行估计,利用GPS来辅助MIMU进行组合导航,通过输出和反馈互相结合的混合校正方式提高了导航精度.     

基于TLFK的单轴旋转SINS在线自标定方法

针对单轴旋转捷联惯性导航系统(SINS)中轴向陀螺常值漂移无法被调制抵消的问题,提出一种轴向陀螺常值漂移在线自标定方法.对轴向陀螺常值漂移误差传播路径进行了分析,指出影响轴向陀螺常值漂移估计精度主要因素包括等效东向陀螺漂移、"数学平台"失准角、等效北向加速度计常值偏置等.建立了在线自标定Kalman滤波估计状态方程和量测方程,并设计了一种基于两级Kalman滤波的在线自标定流程.进行了计算机仿真和实际系统验证实验,实验结果表明,第二级Kalman滤波器能够较好地估计得到单轴旋转SINS轴向陀螺常值漂移及其标度因数误差,经过误差补偿后,其24h位置误差由6.71n mile减小为1.96n mile,提高了导航系统定位精度,满足中等精度SINS长时间导航需求.     

基于光学测角和无线数据传输技术的传递对准

为了解决动基座传递对准中航向角估计困难的问题,提出了基于光学测角和无线数据传输技术的传递对准技术方案。通过对航母舰体挠曲变形模型的建立和对光学测角原理的分析,构建了相应的卡尔曼滤波器。仿真结果表明,利用卡尔曼滤波能够估计出姿态误差角和光学测量装置自身的等效零偏。当对光学测量装置的等效零偏补偿之后,航母在匀速航行条件下,姿态误差和速度误差都可以得到快速的收敛,其中航向角误差可以在4 s内收敛到0.7'以内,明显提高了子惯导航向角的对准速度。     

弹载SINS摇摆基座对准仿真研究

为了分析导弹在风干扰下的摇摆运动,解决弹载捷联式惯性导航系统(SINS)摇摆运动下的对准技术,结合实际工程应用,提出了一种弹载SINS摇摆基座对准仿真方法.利用机械系统力学自动分析软件(ADAMS)建立了导弹的物理模型,给出了在风干扰下导弹的速度变化曲线和姿态变化曲线,并以此作为验证对准算法的数据来源.对准方案分为解析粗对准和滤波精对准两个过程,粗对准利用惯性器件的输出在最短的时间内为精对准提供姿态角的初始值,精对准利用滤波技术对粗对准结束后SINS的姿态误差角进行精确估计并补偿.最后的仿真结果验证了方案的可行性,在1分钟内俯仰角和滚转角的估计精度能够满足某导弹的性能要求.     

捷联惯导系统任意失准角双模型快速传递对准

传递对准是机载和舰载装备惯导系统初始对准的首选方案,由于传递对准大多在恶劣的外部环境下进行,使得常规的线性误差模型不能准确的描述传递对准过程中的误差传播特性,所以国内外研究者提出了一系列的非线性误差模型,但是这又带来了非线性系统状态估计时计算量较大的问题。针对这一问题提出了一种双模型快速传递对准方法,在传递对准的初始时刻,失准角较大时,采用基于速度加四元数匹配的非线性误差模型和非线性滤波算法如Unscented卡尔曼滤波进行传递对准状态估计,当失准角的估计达到一定的精度后对子捷联惯导进行一次校准,再切换到基于速度加姿态角匹配的常规线性误差模型和常规卡尔曼滤波,仿真结果表明,该方法能够获得比单独使用线性误差模型或非线性误差模型高的对准精度,并且计算量比采用非线性误差模型时大大减小。     

车载传递对准技术研究

针对陆基动平台武器捷联惯导系统动基座传递对准问题,研究了传递对准的基本原理,建立了地面武器弹载子惯导系统(SINS)动基座速度匹配传递对准的误差模型,并考虑SINS的惯性器件误差.根据速度匹配传递对准原理,推导了速度匹配方式下载车主惯导系统(MINS)与SINS导航解算速度之差的量测方程.在此基础上,设计了一种传递对准...     

快速传递对准中时间延迟误差补偿方法

传递对准是机载、舰载武器装备惯导系统首选的初始对准方法,传递对准时主惯导系统的信息在传递给子惯导系统时存在一定的时间延迟,会极大地影响传递的精度.以"速度+姿态"匹配快速传递对准为例,提出了一种利用主惯导姿态矩阵预测来解决快速传递对准中主惯导数据时间延迟的方法,并对该方法进行了仿真.仿真结果表明,该方法可以有效地提高初始对准的精度.     

结合小波消噪的捷联惯导系统传递对准性能改进

针对机载捷联惯导系统的传递对准问题,给出了一种速度+姿态匹配算法,旨在强调姿态失准角和惯导器件误差参数估计性能的改善.并基于惯导测量单元 (inertial measurement unit,IMU)原始测量信号的频谱特征,引入了小波串级消噪算法,拟通过对IMU测量进行消噪,进一步提高传递对准的性能.仿真结果验证了所提算法的可行性.     

基于捷联惯导系统的杆臂效应误差分析

随着捷联惯导系统的发展,对惯性导航精度和快速性的要求越来越高。而快速性主要取决于初始对准时间。传统的初始对准方法具有一定的局限性,而传递对准是一种新型的、快速的初始对准方法。主要分析了传递对准方法中的速度匹配方法,在此基础上推导了杆臂效应的基本原理。最后通过仿真得到,存在杆臂效应时,航向失准角估计误差稳态值为-0.5°;通过实船实验得到,存在杆臂效应时,俯仰、横滚和航向角的失准角估计误差分别为-0.22°,-0.37°,-0.35°,从而验证了杆臂效应误差对失准角的影响。     

机载导弹空中动基座对准方法的仿真研究

为了适应现代战争的需要,导弹需要从舰艇或飞机上发射,这时导弹上的惯导系统在投入工作时需要进行初始对准.针对机载导弹平台惯导系统初始对准关于对准精度以及快速性的要求,提出了以自适应卡尔曼滤波为基础的速度匹配空中动基座对准方案,最后通过模拟实际挂飞环境,结合游动自由方位平台惯导系统空中动基座对准,采用Sage和Husa自适应卡尔曼滤波算法进行了数学仿真.仿真结果证实了该方案具有较好的对准精度和快速性,由于采用了自适应卡尔曼滤波技术,使得在噪声统计特性不确切知道的情况下,仿真结果具有较强的鲁棒性.     

速度加角速度匹配传递对准方法研究

以主惯导和子惯导的速度差和角速度差作为观测量,设计速度加角速度匹配传递对准方法。推导了速度加角速度匹配微分方程,建立了速度加角速度匹配的线性滤波模型。速度加角速度匹配传递对准方法作为计算参数匹配法和测量参数匹配法的结合,比较传统的速度匹配传递对准方法利用了更多的观测信息,因此,对方位的估计精度高,估计时间短。     

联邦模糊自适应卡尔曼滤波在速度+姿态传递对准中的应用

在系统动态模型和噪声统计特性无法完全获得的情况下,通过调整卡尔曼滤波器的相关参数提高弹载子惯导对准性能,其效果是很有限的,采用联邦模糊自适应卡尔曼滤波方法进行速度＋姿态匹配传递对准,并对算法进行了可行性分析与仿真验证。仿真结果表明,在系统动态模型和噪声的统计特性不确定的情况下,速度+姿态匹配传递对准的联邦模糊自适应卡尔曼滤波短时间内能够较好地估计出弹载子惯导的初始姿态失准角,是一种非常有效的信息融合方法。     

A fast and accurate initial alignment method for strapdown inertial navigation system on stationary base

In this work,a fast an d accurate stationary alignment method for strapdown inertial navigation system (SINS) is proposed.It h as been demonstrated that the stationary alignment o f SINS can be improved by employing the multipositio n technique,but the alignment time of the azimuth error is relatively longer.Over here,the two-posi tion alignment principle is presented.On the basis of this SINS error model,a fast estimation algorithm of the azimuth error for the initial a lignment of SINS on stationary base is derived f ully from the horizontal velocity outputs and the output rates,and the novel azimuth error estimatio n algorithm is used for the two-position alignment. Consequently,the speed and accuracy of the SINS' s initial alignment is enhanced greatly.The computer simulation results illustrate the efficiency of this alignment method.     

A fast and accurate initial alignment method for strapdown inertial navigation system on stationary base

In this work,a fast and accurate stationary alignment method for strapdown inertial navigation system （SINS） is proposed. It has been demonstrated that the stationary alignment of SINS can be improved by employing the multiposition technique,but the alignment time of the azimuth error is relatively longer. Over here, the two-position alignment principle is presented. On the basis of this SINS error model, a fast estimation algorithm of the azimuth error for the initial alignment of SINS on stationary base is derived fully from the horizontal velocity outputs and the output rates, and the novel azimuth error estimation algorithm is used for the two-position alignment. Consequently, the speed and accuracy of the SINS＇ s initial alignment is enhanced greatly. The computer simulation results illustrate the efficiency of this alignment method.     

捷联惯导动基座快速精对准方法

针对载体处于动基座下难以实现快速对准这一问题,在已有惯性系对准方法的基础上提出了改进的对准方案并应用于捷联惯导系统中.利用卡尔曼滤波水平精对准速度较快的优点快速完成水平对准,进而计算出重力加速度在基座惯性坐标系的投影并采用加权平均算法对其进行平滑,最后利用重力在惯性空间圆锥慢漂的性质,通过惯性系对准方法完成初始对准.车载试验结果表明,所提出的对准方法可以在5分钟内完成较高精度的初始对准.