基于等效陀螺的捷联惯导快速两位置对准仿真

研究优化惯导系统的可观性能,提高捷联惯导两位置对准的速度,有助于提高导航的准确性和快速性,将水平速度误差和等效陀螺误差作为系统观测量,提出采用静基座下快速两位置对准的新方法.在常规对准方法的基础上,建立了引入陀螺信息的观测方程,用奇异值分解方法分析了新系统可观测性,推出了第一位置可观测量的最优估计及估计误差.根据状态快速收敛的特性,提出采用PCWS方法,对加速度计和陀螺进行了有效的标定,并进行了仿真,结果证明方法有效提高加快了两位置对准的速度,能充分利用陀螺信息,有效提高了惯导系统的可观测性,缩短对准时间,具有重要的参考价值.     

单轴旋转惯导系统误差特性研究

为研究单轴旋转惯导系统的误差特性,推导了旋转惯导误差方程,分析了陀螺典型器件误差对惯导系统误差特性的影响.为了研究不同旋转方式对陀螺器件误差的调制效果,设计了单轴单向连续旋转、单轴正反连续旋转以及单轴转停三种旋转方式,分析了各旋转方式对典型误差源的调制效果.综合考虑陀螺常见器件误差,选取典型误差量,基于Simulink建立了仿真模型,仿真了不同旋转方式下的惯导系统位置误差特性.结果表明,不同的旋转方式会产生不同的调制效果;同时,单轴正反旋转的惯导系统可以有效地对陀螺常见器件误差进行自补偿,提高定位精度.     

基于旋转惯导双轴旋转系统的系统级标定

随着旋转调制惯导系统在空间飞行器上的逐步应用,低精度转台开始作为惯导系统的一部分参与导航过程,对基于旋转惯导系统双轴转台的光纤陀螺捷联惯导系统的系统级标定方法进行研究。建立附加约束条件和简化条件后的加速度计和陀螺的误差模型,在双轴转台上进行合理位置编排和转位,利用静态七位置下的捷联惯导输出数据做惯性导航,以速度误差和姿态误差作为观测量,建立Kalman滤波标定模型,系统辨识出三轴加速度计和陀螺的各项误差参数。通过计算机仿真验证,该方法能够准确利用滤波方法估计出陀螺和加表的共计21个器件误差参数,在工程上具有一定参考价值。     

双轴旋转惯导旋转方式误差特性研究

在惯性导航系统定位精度优化问题的研究中,惯性导航系统在误差源作用下会产生误差.对于捷联惯导系统,常见误差源有陀螺和加速度计的常值飘移、随机游走,IMU的安装误差以及陀螺的刻度系数误差等.旋转调制可以抑制某些误差源对系统的影响,而调制效果主要由旋转方式决定.为研究双轴旋转惯导系统在不同旋转方式下的误差特性,推导了在不同旋转方案下的旋转矩阵表达式.分析了惯导系统在上述两种旋转方式以及在陀螺各常见误差源作用下的误差特性.考虑陀螺常见误差源,仿真了捷联惯导以及两种旋转方式下的双轴旋转惯导系统的位置误差模型.结果表明,在一定旋转方式下,双轴旋转惯导系统能够有效提高系统定位精度.     

带有转动机构的捷联惯导初始对准方法分析

在现有器件精度基础上依靠旋转调制技术实现更高精度导航成为当前惯性技术的研究热点。针对移动测量系统旋转光纤惯导系统对初始化可靠性和准确性提出的更高要求,设计一种不同惯性系下重力加速度建立转换矩阵的粗对准加两位置卡尔曼滤波精对准的初始化方法。分析粗对准过程转换矩阵求取机理,设计惯性坐标系重力及其微分构建初始捷联矩阵的方法;利用转动机构实现IMU处于2个最优方位完成光纤惯导系统的卡尔曼滤波精对准。转台实验结果表明,惯性系粗对准加两位置卡尔曼组合精对准可有效实现旋转惯导系统的高精度初始化。     

一种光纤陀螺漂移数据建模和滤波技术在捷联罗经法自对准中的应用

针对基于高精度光纤陀螺仪(FOG)的捷联惯导系统开展研究.采用时间序列分析法对光纤陀螺随机漂移进行分析,建立自回归滑动平均(ARMA)模型,并在捷联惯导系统罗经法自对准过程中对光纤陀螺漂移数据进行实时滤波估计.样机实验结果表明,所提出的方法可以有效地提高光纤陀螺捷联惯导系统罗经法自对准的精度.     

晃动基座下的双位置参数辨识精对准仿真研究

捷联惯导在实际对准过程中,经常会受到载体晃动的影响而导致对准结果变差,进而影响到惯导系统的导航精度.采用双位置参数辨识精对准方法利用陀螺输出建立的数学平台对载体的晃动进行隔离,实现了载体在晃动基座下的对准,并通过对陀螺等效东向漂移的估计进一步提高了对准精度.方法的基本原理做了详细介绍,并针对晃动基座这一特定环境进行了仿真研究.仿真结果表明在晃动基座条件下仍能够达到较高的对准精度,具有一定的工程应用价值.     

光纤陀螺捷联惯导系统罗经法初始对准研究

随着光纤陀螺的逐步发展、成熟,光纤陀螺捷联惯导系统也必将得到广泛的应用.在分析罗经法初始对准原理的基础上,对方位和水平姿态未知条件下的静基座捷联惯导罗经对准方法进行了改进.将经典的四步对准方法:水平对准、方位粗对准、再次水平对准和罗经对准,简化为三步对准方法:水平对准、方位粗对准、罗经对准.并用此方法对光纤陀螺捷联惯导...     

The Effect of System Stochastic Noise on SINS Initial Alignment

捷联惯导系统初始对准系统状态方程所描述的状态统计信息,受系统随机噪声驱动,系统随机噪声通过噪声驱动阵作用于状态。常用系统状态方程的系统噪声驱动阵为单位阵。经过分析发现系统噪声驱动阵为单位阵是有条件的;通过推导给出了系统状态方程可以简化此种形式的条件;指出了在水平陀螺、加速度计随机噪声水平不同时,若使用简化系统模型会引起状态估计误差;并通过单轴旋转多位置对准仿真实验进行了验证。仿真结果表明：若水平陀螺随机噪声水平不同,采用简化模型进行初始对准会引起状态估计误差。     

双轴旋转惯导系统误差传播特性分析

针对双轴旋转惯导系统的误差传播特性问题,推导出双轴旋转惯导系统的误差方程,通过特征值判据证明了误差方程在李雅普诺夫意义下的稳定性,设计了一种合理的十六次序转位方案,建立了研究误差传播特性的方法,分别仿真了初始对准误差角、陀螺常值漂移、陀螺安装误差、陀螺标度因数误差4种因素对导航误差传播特性的影响。结果表明,4种误差因素大小均与导航误差大小成线性关系,并且满足叠加性;4种误差因素会引起导航姿态、导航速度、导航纬度的常值误差和振荡误差,但不会引起积累误差;陀螺标度因数误差会引起导航经度误差的积累和发散。最后提出了减小双轴旋转惯导系统导航误差的措施,对设计双轴旋转惯导系统有一定的参考价值。     

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。     

用于短时定位的MEMS旋转调制惯性导航系统

旋转调制技术能通过旋转机构的周期性转动有效地提高惯性导航系统的导航精度.首先,对在短时导航情况下的惯性导航系统和旋转调制惯性导航系统的误差特性作了详细的分析.接着,针对实际的MEMS旋转调制惯性导航系统,介绍了它的系统组成,并通过分析和比较确定其旋转方案和导航解算方案.同时,旋转机构引入的误差被分析和补偿.在此基础上,进行了静态和动态实验,并通过TRMS方法进行了精度评估.实验结果表明,静态实验和动态实验在旋转调制状态下的精度分别达到不旋转状态时的10倍左右和3倍左右.     

一种捷联惯性导航系统的旋转控制机构设计技术

如果在现有光纤陀螺精度基础上进一步提高捷联惯性导航系统的导航精度,采用误差自补偿的旋转调制技术势在必行;连续旋转对准方式是光纤陀螺惯导系统实现高精度对准的一种有效技术手段;为了实现高精度的单轴旋转光纤陀螺捷联惯性导航系统,提出一种实现单轴旋转导航系统所需的低功耗、低成本、中精度旋转控制方案,一般往复旋转运动的理想效果是旋转机构围绕载体坐标系的基准角,作匀速的往复旋转;航向解藕往复旋转模式是航向追踪运动与往复旋转运动的两种矢量叠加;旋转机构的设计方案集电子、自控、软件、机械于一体,惯导中的惯性测量单元置于旋转机构上,直流电机通过变速箱轴承驱动旋转机构转动,通过测角装置上传角位置,旋转机构带动惯性测量单元以设定的速率和旋转方式进行旋转和定位;经过理论分析、设计和试验验证,该旋转控制机构控制精度良好,可靠性好,能够满足中高精度光纤陀螺捷联惯性导航系统的研制需求。     

基于SLAM的旋翼无人机组合导航算法研究

在旋翼无人机组合导航中,针对缺乏GPS作为导航信号源的室内飞行环境,为了达到精确定位的目的,提出一种基于SLAM（simultaneous localization and mapping）的旋翼无人机组合导航算法。首先,引入双线性插值算法,实现基于扫描匹配的即时定位与地图构建;其次,对陀螺仪、加速度计和磁罗盘建立捷联惯导系统误差模型,针对旋翼无人机的使用环境对误差模型进行简化;最后,应用联邦卡尔曼滤波算法,设计组合导航系统模型,将SLAM算法和捷联惯导系统估计出的位置数据进行融合。仿真结果表明所设计基于SLAM的旋翼无人机组合导航算法能够进一步提高组合导航系统对旋翼无人机位姿估计的精度。     

动基座条件下组合导航初始对准研究

初始对准是影响惯性导航系统的导航精度的重要因素,通过对惯性导航(INS)/全球定位系统(GPS)组合导航系统初始对准进行研究,利用GPS信息来辅助INS进行初始对准,来提升初始对准的精度和对准时间.在粗对准阶段,利用载机主惯导对子惯导进行装订,完成子惯导的粗对准;在精对准阶段,有效地利用GPS信息,采用速度匹配方式,并设计了组合对准滤波器,进行仿真验证.仿真结果表明:组合导航系统的初始对准能在15 s内完成对准,且能够达到7mrad的精度.     

基于偏振光辅助定向的车辆自主式导航方法研究

针对车载惯性导航系统运动学辅助算法中, 航向角误差发散,无法长时间得到高精度、高可靠性导航参数的问题,提出一种基于大气偏振光分布规律高精度定向的运动学辅助惯导精度提高算法。通过车载偏振光传感器系统测量解算获得的航向角信息和车辆动态数学模型提供的虚拟位置与速度观测量,与惯性导航系统的输出一起,利用多源信息融合技术进行导航参数的滤波估计,结果能实时反馈校正惯性导航系统和车辆动态数学模型。通过计算机仿真与分析表明,该改进的惯性导航系统辅助方法能够有效抑制航向角误差发散,定位精度较纯惯导及传统惯导运动学辅助方法显著增强,且对最终实现陆地作战车辆精确可靠的自主导航定位具有一定的工程应用价值。     

捷联惯导系统多位置对准仿真研究

利用把线性时变系统作为分段常系数系统来研究其可观性的方法,对多位置静态捷联惯导系统的误差方程进行了可观性分析,并采用卡尔曼滤波技术,对平台误差角及测量元件误差进行了估计,给出了两位置及三位置的方差仿真曲线。仿真结果表明三位置对准提高了方位误差角及垂直陀螺误差的可观度,从而加速了它们的收敛速度,提高了系统的对准、标定精度。