捷联惯性导航系统旋转调制技术研究

捷联惯性导航系统的旋转调制技术是一种自校正方法,它能在不使用外部信息的条件下,自动补偿陀螺漂移和加速度计零偏引起的系统导航误差.该技术在国外潜艇和舰船上已得到成功应用,旋转捷联惯性导航系统的误差传播方程是研究旋转捷联惯导系统初始对准、系统级标定等的基础.基于此,推导了以地理坐标系为导航坐标系的单轴旋转捷联惯性导航系统的导航方程和误差传播方程(位置误差方程、速度误差方程、姿态误差方程),给出了误差传播的仿真结果.仿真表明,若采用单轴旋转调制技术,陀螺仪常值漂移和加速度计零偏引起的导航误差都可以得到有效补偿,而初始位置误差、速度误差及姿态误差引起的导航误差得不到补偿.将旋转调制技术应用于捷联惯导系统,能极大地提高武器系统的长期工作精度.     

固定区域平滑及其在惯导初始对准确度评估中的应用

对紧急起动下的坦克车载捷联惯导系统对准精度进行评估,即利用卡尔曼滤波技术把导航坐标建立时刻的惯导导航坐标系偏开所要求的导航坐标系的误差角估计出来,这对于分析惯导系统的导航精度具有重要的意义。     

激光陀螺单轴旋转惯导系统误差调制原理分析及仿真研究

从惯导系统的误差方程出发,从频域的角度分析了单轴旋转惯导系统误差调制的基本原理,推导了惯导系统沿两个不同旋转轴旋转的经纬度误差与主要误差源之间的频域表述。仿真分析了静止与单轴旋转状态下的导航误差,定量分析调制前后对系统精度的影响情况。通过仿真,验证了理论分析的正确性。本文的研究可以为单轴旋转惯导系统的设计提供指导。     

捷联惯导系统单轴旋转调制误差传播机理研究

为了抑制捷联惯导定位误差的累积,提高捷联惯导定位精度、姿态精度和速度精度,分析了捷联惯导系统在单轴旋转调制下的误差传播机理,推导了多误差源同时激励下旋转调制捷联惯导系统的误差传播模型及各个误差项的复频域表达式,讨论了旋转调制速率的选取原则。仿真结果表明,采用旋转调制技术后,陀螺仪的常值漂移、加速度计的零偏引起的导航误差可以得到有效补偿,选取旋转频率时,应避免旋转频率接近舒勒调谐频率、傅科频率和地球自转频率,否则导航误差反而会增大。     

主动雷达与惯导设备安装夹角的标校

针对主动雷达与惯导设备安装夹角引起的测角误差问题,提出了一种高效、高精度的标校方法。采用差分全球定位系统(Global Positioning System,GPS)分别测量目标和雷达在大地坐标系中的位置信息,并转换到目标地理坐标系中;同时通过雷达和惯导测量的雷达坐标系下的目标角度、距离信息,建立目标地理坐标系和雷达坐标系的转换方程,计算出雷达和惯导在目标地理坐标系下的安装夹角。性能分析和仿真结果表明,在确保差分GPS坐标、惯导输出姿态角和雷达测量角精度的条件下,所提方法能有效和高精度的测量出安装夹角。该方法通过了外场试验标定和机载试验验证,可推广到车载或机载雷达与惯导设备的安装夹角标校中。     

HRG旋转方位平台惯导系统频域导航算法

为提高HRG平台惯导系统的自主导航精度,提出在频域中对HRG旋转方位平台惯导系统进行导航解算,以解决其存在较大的旋转效应及划桨效应误差的问题。算法基于傅里叶变换对惯性仪表离散信号进行重构,经比力和坐标变换矩阵频域转换、频域卷积运算及傅里叶反变换后实现了用解析积分来代替数值积分,有效降低了常规时域导航算法速度求解中的时移影响。仿真结果表明,算法能够有效抑制旋转效应及划桨效应误差,提高系统的导航精度。     

激光陀螺旋转调制惯导高纬度地区导航算法分析

针对当地水平地理坐标系在高纬度地区失效的问题，在格网坐标系下对惯性导航算法重新进行了编排，并分析了格网坐标系表示下的惯导误差方程。结合激光陀螺旋转调制惯导的特点，设计仿真实验和实际实验对格网坐标系下的惯导算法有效性进行验证。实验结果表明，以格网坐标系作为导航坐标系，能够解决高纬度地区经线汇聚带来的计算问题。     

捷联惯导系统速度误差补偿实用算法

捷联式惯性导航系统在姿态矩阵和位置矩阵的解算中会产生滞后误差,由于真实参考坐标系和计算参考坐标系在实际系统中并不重合也将产生计算误差,为此须对速度误差进行补偿.该文提出将速度计算分做两步进行,先在机体坐标系里完成带补偿的速度增量计算,再在游动坐标系里实现由惯导基本方程得到的速度计算公式.实际试验表明,这种实用算法比常规的速度计算方法有效改善了系统的定位精度.     

RLG INS/GNSS极区组合导航方法

针对航空飞行器跨极区飞行,导航坐标系转换导致滤波器结构变化,进而影响导航精度的问题,提出了基于协方差变换的环形激光陀螺惯导/全球导航卫星系统算法(Ring Laser Gyroscope Inertial Navigation System/Global Navigation Satellite System,RLG INS/GNSS).通过建立地理坐标系、格网坐标系下系统误差状态及其协方差的转换关系,设计了具有全纬度适用性的组合导航滤波器,并通过跑车实验以及半实物仿真实验对算法的有效性进行了验证.实验结果表明,协方差变换算法可以有效解决导航坐标系转换导致的滤波不稳定问题,相较于无协方差变换,系统状态误差减小一个数量级.     

利用陆基无线电测距信息修正惯导技术研究

介绍几种常用外部信息辅助惯导的组合导航方式.结合陆基无线电导航的特点,提出了利用无线电精确测距信息对一定区域内的飞行目标进行惯导误差修正的方案.推导出单站测距误差方程,并用最小二乘法解算出惯导修正参数.整个系统组成简单,易于实现.     

基于星敏感器的天文/惯导组合导航仿真研究

本文通过仿真实验,研究了基于星敏感器的天文／惯导组合导航系统的导航性能和特点。首先分析了天文导航的基本原理,并给出了天文／惯导组合导航算法的理论模型。在此基础上,建立了天文导航和捷联惯性导航的仿真模型,实现了天文／惯导组合导航系统仿真。仿真结果表明：基于星敏感器的天文／惯导组合导航能够有效抑制惯导的长时漂移累积误差,有利于实现机载远程长航时的高精度导航。     

基于成像激光雷达的地形辅助导航研究

成像激光雷达通过扫描可以测量高精度的地形数据,基于成像激光雷达的地形辅助导航系统是纠正惯导误差的有效手段.根据激光雷达测距模型提出了基于成像激光雷达的地形辅助导航系统,将激光雷达看作一个多维距离传感器阵列,利用卡尔曼滤波器迭代估计系统的状态误差,从而纠正惯导累积误差.根据激光雷达测距关系推导了系统的扩展卡尔曼滤波方程,并对成像激光雷达多维测量数据采用最小均方误差准则进行融合,融合滤波器组合了多个测量数据的信息,有效克服了测量噪声和数据丢失对单个滤波器的影响,从而提高了导航性能.然后利用局部可观测性对系统的性能进行了分析,并对提出的算法作了大量的仿真实验进行验证.     

基于惯导系统的机载SAR运动补偿精度分析

该文分析了典型飞机惯性导航系统(INS)的误差特性及其对机载合成孔径雷达(SAR)运动补偿精度和高分辨率成像的影响。分析结果表明INS定位漂移误差是低频误差,并随时间呈级数增加。初始阶段INS漂移误差较小,与杂波锁定和自聚焦方法相结合,可以实现机载SAR高分辨率成像。     

平地假设与残余运动误差对机载重轨干涉SAR系统性能的影响分析

对合成孔径时间长、方位空变误差大的重轨干涉SAR 进行成像时,为简化时域算法模型而引入的平地假设和由导航系统精度而引入的残余运动误差会对成像及干涉测量产生影响。该文针对平地假设引入的高程误差和导航系统精度引入的残余运动误差进行了系统分析,对其在单次航过中引入的成像距离历程误差进行建模,从理论上分析了其对平面定位、干涉相位及DEM 精度的影响,最后通过仿真及实测数据实验验证了理论分析的正确性。该文的分析结论为机载重轨干涉SAR 系统设计和信号处理提供了理论依据。      

基于主惯导的小型陀螺组合仪研究

为了解决基于微机械陀螺的导航系统精度不高的问题,该文研究了基于机载主惯导的小型陀螺组合仪,其体积较小,成本较低。通过机载主惯导传递的导航信息进行传递对准。使用欧拉角法,利用主惯导传递的信息来估计陀螺的误差,提高了陀螺的精度。用于某型无人机雷达系统上,实现了雷达天线的稳定控制。     

一种用于InSAR/INS组合导航的姿态角反演方法

平台的姿态信息对导航十分重要,但合成孔径雷达辅助惯导系统无法获得平台的姿态信息,单天线GPS（Global Positioning System）无法完成姿态测量的需求.针对以上问题提出基于条纹匹配的干涉合成孔径雷达辅助惯导的组合导航方法,该导航方法中干涉合成孔径雷达系统对平台的姿态角比较敏感,可以高精度地反演平台的姿态信息.本文通过分析平台的姿态误差对定位误差的影响,建立姿态角反演模型,根据条纹匹配得到的定位偏移结果,利用Levenberg-Marquardt（LM）算法求解非线性方程组完成平台姿态角的反演.最后通过仿真和干涉合成孔径雷达实际数据验证了姿态角反演模型的有效性.     

空时误差情况下的STAP方法性能分析

空时自适应处理（Space-Time Adaptive Processing,STAP）技术可以实现对机载雷达杂波的有效抑制,显著提高机载雷达对运动目标的检测性能。但在实际工程应用过程中,STAP技术不可避免地会受到各种空时误差的影响,导致其性能严重下降。本文首先给出了各种空时误差的数学模型,然后从目标导向矢量失配和杂波自由度增加两方面系统分析了误差影响STAP性能的内在机理,并以信杂噪比（Signal to Clutter plus Noise Ratio,SCNR）损失为指标分析了不同误差对STAP性能的影响,最后通过仿真实验对相关分析进行了验证。本文工作量化了不同误差对STAP性能的影响程度,可为机载脉冲多普勒雷达空时误差补偿提供重要的理论支撑。      

一种改进的机载多普勒雷达目标跟踪算法

针对传统的基于多普勒雷达量测转换的目标跟踪算法只适用于静止雷达的问题,将该算法推广至机载多普勒雷达。在每个递推周期里,首先将机载导航数据转换到东北天坐标系中;然后,将距离量测转换成东北天系下的位置伪量测,由此完成对目标的位置滤波;最后,联合目标位置滤波值及多普勒量测对目标进行运动状态滤波,由此得到目标的位置最终估计值。仿真实验结果表明,改进后算法的跟踪精度优于传统的多普勒雷达目标跟踪算法。     

INS/GPS组合导航下机载PD雷达DPCA性能分析

惯导测速误差随着时间逐渐积累,积累误差会导致载机运动补偿失效,从而使得DPCA检测性能下降。针对这一问题,提出采用INS/GPS组合导航系统对载机速度进行测量,能大大提高载机测速精度,有利于DPCA检测低速动目标。在建立雷达回波信号模型和INS/GPS组合导航系统模型的基础上,结合机载PD雷达背景,仿真分析了惯导系统、INS/GPS组合导航系统各自的测速精度以及不同测速精度下的DPCA检测性能。仿真结果表明:采用惯导测速时,测量精度较低,DPCA在此精度下不能检测低速动目标;采用INS/GPS组合导航测速时,测量精度较高,DPCA在此精度下能够检测出低速动目标。     

机载火控雷达中的坐标变换

机载火控雷达在目标探测、地面成像时要求天线波束具有某种稳定方式,如偏航稳定、水平面上稳定、偏流稳定。另外飞机航电系统在不同的工作方式时,需要雷达提供不同坐标系下的数据,这些都涉及到坐标变换的问题。本文详细介绍了机载火控雷达中所涉及的坐标系及相关概念,描述了各个坐标系之间的变换算法,最后介绍了在机载火控雷达中的具体应用。