简化SPKF在捷联惯导系统非线性对准中的应用

基于欧拉平台误差角的概念,建立了大失准角条件下的激光捷联惯导系统(SINS)非线性误差模型,深入研究了Sigma点卡尔曼滤波(SPKF)及其在大失准角对准中的应用.针对对准模型的特性,推导了SPKF简化算法,进行了静基座下基于扩展卡尔曼滤波(EKF)、简化SPKF的SINS初始对准仿真.仿真结果表明简化型SPKF能有效克服EKF的不足,具有更高的估计精度,且减少了计算量,是SINS非线性对准的一种理想的方法.     

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。     

自适应卡尔曼滤波在SINS静基座初始对准中的应用

由于捷联惯导系统模型参数往往与实际的物理过程具有一定的偏差,并且系统的噪声与量测噪声的统计特性不是精确已知的,因此采用常规的卡尔曼滤波算法不能获得理想的滤波效果。为避免滤波发散,采用Sage-Husa自适应滤波算法应用于捷联惯导初始对准,仿真结果表明该方法相对于卡尔曼滤波方法在收敛精度和速度上都有很大的改进。     

捷联式惯导系统两种对准方案研究与比较

分析了静基座条件下系统的误差模型与量测方程,应用反馈校正卡尔曼滤波器对状态误差值进行估计,并与传统的开环卡尔曼滤波器估计结果进行比较.通过仿真结果表明,反馈校正卡尔曼滤波估计结果精度高,收敛速度快,更能真实地反映系统误差状态的动态过程.     

初始对准误差对导弹位置误差的影响分析

结合惯性导航基本原理,经过推导得到捷联惯导系统初始对准误差对导弹位置误差影响的误差方程。利用Simulink搭建导弹飞行模型框图,通过蒙特卡罗仿真,产生初始对准误差随机数,计算导弹位置误差。分析初始对准误差对导弹位置误差的影响。为导弹武器系统的设计、武器系统误差分析和末制导目标截获概率的计算提供帮助。     

多普勒计程仪辅助捷联惯导初始对准技术研究

针对捷联惯导系统初始对准精度问题,提出了一种采用多普勒计程仪辅助捷联惯导系统进行初始对准的方法。分析了多普勒计程仪测速误差的形式,建立了多普勒计程仪与捷联惯导系统的误差模型,通过输出校正的方法修正多普勒计程仪的速度信息,为惯导系统提供准确的载体速度信息,采用卡尔曼滤波进行捷联惯导系统的精对准。并对舰船匀速直航状态时,多普勒计程仪辅助捷联惯导系统的初始对准进行了仿真分析。理论分析与仿真结果表明:该方案能有效地解决舰船的初始对准问题,收敛速度较快,而且具有较高的精度。     

基于可观测度分析的捷联惯导初始对准方法

输出校正和反馈校正是捷联式惯导系统初始对准的两种传统方法,可观测度是衡量卡尔曼滤波状态估计效果的量度。为提高捷联惯导初始对准的精度,分析了状态的可观测度与反馈校正对初始对准精度的影响,得出状态的估计效果与使用的校正方法有关,正确的反馈量可提高估计精度。因此,该文提出了一种基于可观测度分析的自适应反馈校正方法,并分别使用3种校正方法进行地面静基座初始对准仿真实验,实验结果表明此方法可有效提高对准精度。     

激光捷联惯导多矢量定姿法晃动基座粗对准

针对激光捷联惯导晃动基座下受载体运动干扰难以实现粗对准这一问题,提出了一种惯性系下基于多矢量定姿的粗对准方法。首先分析了基于双矢量定姿的惯性系粗对准算法的原理和不足,在此基础上推导了基于多矢量定姿的粗对准模型,并对新方法进行了仿真验证。结果表明,与传统双矢量定姿惯性系对准方法相比,采用多矢量定姿能更充分利用观测信息,有效抑制干扰运动对对准精度的影响,建立更准确的捷联矩阵,同时使对准结果具有更好的稳定性。     

加表斜坡零偏对惯导初对准的影响及补偿研究

研究发现当捷联惯导系统(SINS)进行卡尔曼滤波精对准或动基座对准时,惯性器件的斜坡性误差对其初始对准的精度有影响,特别是对于采用石英挠性加速度计的惯导系统在预热不充分期间进行初始对准很可能会出现较大误差。该文分析了惯性器件斜坡性误差对SINS初始对准的具体影响,指出要获得较高的方位初始对准精度除要求等效东向陀螺漂移小外,在对准期间还要保证等效北向加速度计零偏也足够稳定。通过试验对加速度计斜坡零偏进行了建模、补偿,试验结果表明补偿后方位对准精度有明显提高。     

低成本MIMU/编码器组合的高精度航姿系统

高精度惯性传感器的昂贵价格在一定程度上限制了惯性导航系统的进一步推广应用,根据某型雷达车的需要,该文提出了一种低成本微型惯性测量单元(MIMU)/编码器组合的高精度航姿系统的结构与方案,并给出了初始对准和组合导航系统的数学模型,初始航向对准通过接收挠性陀螺寻北仪的寻北结果来完成,考虑到雷达车的工作方式,扣除杆臂效应后,2个速度误差观测量和3个位置误差观测量都为0,采用卡尔曼(Kalman)滤波将捷联惯导解算和航向编码器数据进行信息融合,得到对载体导航参数的最优估计。设计了工程样机,并进行了实验室测试与用户工程使用测试,结果表明,静态下产品的俯仰≤0.015°,滚动≤0.015°;动态下产品的俯仰≤0.025°(1σ),滚动≤0.025°(1σ)。     

模糊自适应滤波在捷联惯导初始对准中的应用

传统卡尔曼滤波应用于捷联惯导初始对准中由于模型参数、噪声的统计特性不确定,影响估计效果.而模糊自适应卡尔曼滤波能按照模糊推理原理逐步校正系统的观测噪声协方差阵,具体实现是通过观察残差的理论值是否接近于其实际值,系统调整观测噪声协方差的加权以达到修正观测噪声协方差阵的目的,进而提高系统的对准效率.在噪声统计特性未知时,比较了常规卡尔曼滤波与模糊自适应卡尔曼滤波在初始对准中的应用效果.仿真结果表明,这种算法能有效提高系统的滤波效果,是一种较理想的初始对准滤波方法.     

基于MEKF的捷联惯导初始对准算法研究

在某些对精度要求不是很高的领域微机电系统(MEMS)等低精度捷联惯导系统因其造价低等特点而得到广泛应用。由于传统的初始对准方法不能估计除姿态以外的任何量,故不适用于MEMS等低精度捷联惯导系统。该文研究了一种基于姿态估计的初始对准方法,并使用乘性扩展卡尔曼滤波进行对准,在姿态对准的同时实现对惯性器件误差的建模估计。在实现初始对准的基础上显著降低了计算量。     

车载捷联惯导系统粗对准中摆动误差补偿研究

分析了在风吹或地面松软等情况下,车体摆动干扰的特点,提出了一种车载捷联惯导系统补偿摆动误差,实现粗对准的方法:利用加速度计输出信息修正陀螺信号,然后采用修正后的陀螺信息和加速度计的平均信息,实现初始粗对准。仿真结果表明,该补偿方法基本消除了车体摆动干扰影响,补偿后的粗对准结果与静基座粗对准结果相当,从而在车体摆动情况下缩短了精对准时间,提高了对准精度。     

小波中值滤波在晃动基座初始对准中的应用

针对捷联惯性导航系统(SINS)在晃动基座下进行初始对准时,陀螺和加速度计受外界干扰噪声较大,而单独采用低通滤波或小波滤波法不能有效实时地实现噪声抑制问题,采用小波阈值消噪和中值滤波相结合的混合滤波方法来实现信号的消噪。将输出信号首先经中值滤波消除信号中的突变噪声,再利用小波阈值消噪滤除振动噪声和白噪声,从而有效地消除基座晃动带来的噪声。测试实验表明,提出的混合滤波法对车载惯导系统输出信号噪声滤波效果明显,在发动机启动的情况下,可基本达到静态信号采集的效果。对准仿真实验表明,提出的滤波法能辅助捷联惯导系统实现在晃动基座下的精对准。     

基于转动的光纤陀螺捷联系统初始对准研究

基于某型低精度光纤陀螺捷联系统,分别采用经典罗经对准、两位置卡尔曼滤波及连续旋转卡尔曼滤波三种方法进行了初始对准实验研究。结果表明,经典罗经对准方法由于未对零偏进行处理,导致其精度不高。两位置卡尔曼滤波方法可以对惯性器件的零偏进行估计并补偿,一定程度上提高了精度。连续旋转卡尔曼滤波方法通过调制抑制陀螺零偏误差影响,相比前两种对准方法,精度显著提高,该文进行了理论分析。     

微幅晃动下车载SINS初始对准技术研究

为了研究微幅晃动状态下车载SINS初始对准技术,本文利用导航计算机采集惯性测量组件输出的比力和角增量信号,在载车初始粗对准之后,分别采用卡尔曼滤波法和参数辨识法完成精对准实验,结果表明在粗对准算法相同、精对准时间相等的情况下,卡尔曼滤波精对准比参数辨识精对准能够获得更好的对准精度,对于工程应用具有一定的参考价值。     

SINS静基座初始对准的超球体采样STFUKF算法

初始对准是实现惯性导航高精度的一项关键技术。无迹滤波(UKF)在SINS系统静基座大方位失准角初始对准中计算量大,在不精确或错误的噪声统计情况下,收敛速度变慢,估计精度下降,甚至滤波发散。针对这一问题,将超球体采样与强跟踪无迹滤波(STFUKF)算法相结合,提高了运算速度和对准精度。利用SINS的非线性误差模型,通过数字仿真将卡尔曼滤波、UKF和STFUKF的性能进行比较,证明该方法具有精度高、抗干扰性好、跟踪能力强的特点。     

基于最优四元数估计的摇摆基座粗对准技术

针对摇摆基座的粗对准问题,提出了一种精度更优的粗对准方法。根据三维坐标矢量与旋转四元数间的内在关系,基于Wahba问题的求解原理,将双观测矢量的最优姿态阵求取问题归结为一个典型三角函数最大值的求解问题。阐述了Wahba问题的求解原理,分析了Wahba问题与最优四元数估计法的关系,剖析了最优四元数估计算法的复共线性,设计了基于最优四元数估计的摇摆基座粗对准方案,并与传统TRIAD算法和最优TRIAD算法进行了应用比较。蒙特卡洛500个样本的仿真结果表明,采用基于最优四元数估计的粗对准法的方位姿态估计精度远优于TRIAD算法和最优TRIAD算法,能使方位失准角的变化幅值控制在角分级,在此基础上能更好实现摇摆基座下惯导系统精对准。     

基于小波的惯导系统初始对准方法研究

目前远程武器系统广泛采用捷联惯性导航系统,该系统在发射前要经过初始对准。由于惯性导航系统中所采用的陀螺仪和加速度表的噪声很大,影响了初始对准,降低了打击精度,为减小噪声影响,提出了一种基于小波消噪理论的捷联惯性制导系统初始自对准方法。研究显示,小波分解滤波可以显著减小惯性器件的噪声,利用经过消噪的信号进行初始对准,滤波器的收敛速度加快,在相同对准时间内精度有明显提高。