捷联惯导系统中卡尔曼滤波的应用研究

为提高捷联惯导系统初始对准精度,提出将卡尔曼滤波技术应用于系统初始精对准,用以估计系统的失准角和惯性误差。对卡尔曼滤波技术在捷联惯导系统中的应用进行分析,建立捷联惯导系统初始对准误差模型和卡尔曼滤波量测方程。分析不同条件下不同滤波方法的滤波原理和滤波精度。在此基础上,提出一种将预测扩展卡尔曼滤波应用于逆向导航技术的思路,并进行了理论分析和捷联惯导系统自对准流程设计,为后续进一步深入开展惯导系统初始对准奠定基础。     

一种自适应滤波方法在捷联惯导系统大失准角初始对准中的应用

为了对静基座大失准角捷联惯导系统(SINS)进行初始对准,建立了在静基座下基于四元数的SINS非线性误差模型。该误差模型无需对姿态误差角进行小角度假设。为了在观测噪声方差未知的情况下估计SINS失准角,提出一种在线估计观测噪声方差矩阵的自适应扩展卡尔曼滤波方法。仿真结果表明,该自适应滤波方法能在观测噪声方差未知的情况下有效地对静基座大失准角SINS进行初始对准。     

捷联惯导系统静基座初始对准精度分析及仿真

在利用卡尔曼滤波器对捷联惯导系统（SINS）进行静基座初始对准中,由于系统的不完全可观测性,使得有些状态没有滤波效果,有些状态的估计精度受到限制。对SINS静基座初始对准卡尔曼滤波方程进行了可观测性分析,提出了状态降阶的处理方法,并得到了各状态估计的极限精度公式。最后进行了软件仿真,仿真结果表明：降阶滤波器和全降阶滤波器的估计精度基本相同,但足前者计算量更小,并且在滤波计算中能够消除不可观测状态的不利影响。     

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...     

SINS大失准角初始对准的改进算法研究

在捷联导航系统优化控制的研究中,捷联惯导系统(SINS)初始对准的误差方程存在是非线性,对于静基座初始对准造成误差较大。传统采用的方法是将失准角视为小角度,可将误差模型线性化,利用KF完成静基座的初始对准。但是对于动基座大失准角来说,多采用非线性滤波方式来解决,建立误差模型,并采用UKF滤波进行数据融合。由于非线性模型的噪声参数未知等原因,常规的UKF可能会出现滤波发散现象,为解决上述问题,提出采用自适应方法的UKF来对建立的非线性模型进行滤波。仿真结果表明,在大失准角情况下,采用非线性模型的AUKF比UKF滤波具有更好的对准精度和更快的收敛速度,可为优化设计提供参考。     

卡尔曼滤波技术在捷联惯性导航系统对准中的应用

本文首先阐述了卡尔曼滤波技术的简单理论,然后建立了捷联惯性导航系统初始对准的卡尔曼滤波模型,并对静基座下的卡尔曼滤波初始对准精度进行分析,最后进行了卡尔曼滤波仿真。仿真结果表明,此方法算法简单,能有效缩短初始对准时间,对准稳态精度较高,是一种可靠的初始对准方案。     

天线反射对混波室场均匀性校准的影响

摇摆状态下的捷联惯导初始对准,由于动基座情况下干扰较大,造成对准精度下降。推导了大失准角误差模型,设计了相关的H∞滤波器和Kalman滤波器,并比较了二者的性能。通过静基座和摇摆动基座初始对准仿真试验分析,得出静基座条件下,Kalman滤波性能较好;而在外界干扰较大或系统模型不准确的环境中,Kalman滤波性能恶化,H∞滤波的对准精度优于Kalman滤波,且实时性好,适合于工程应用。     

H∞滤波和Kalman滤波在初始对准中的比较研究

摇摆状态下的捷联惯导初始对准,由于动基座情况下干扰较大,造成对准精度下降.推导了大失准角误差模型,设计了相关的H∞滤波器和Kalman滤波器,并比较了二者的性能.通过静基座和摇摆动基座初始对准仿真试验分析,得出静基座条件下,Kalman滤波性能较好;而在外界干扰较大或系统模型不准确的环境中,Kalman滤波性能恶化,H∞滤波的对准精度优于Kalman滤波,且实时性好,适合于工程应用.     

小波网络辅助卡尔曼滤波的捷联惯导传递对准

初始对准精度是捷联惯导系统的主要误差来源之一;针对舰载机捷联惯导的传递对准模型准确建模困难,且测量噪声和过程噪声随舰船动态而变化,这样就会降低滤波的精度,卡尔曼滤波有一定的局限性,提出了将小波神经网络辅助卡尔曼滤波器用于惯导系统的传递对准;把能直接影响卡尔曼滤波估计误差的参数作为网络的输入,进过样本训练后,把网络的输出与经过卡尔曼滤波得到的结果相加,实现了捷联惯导的传递对准的滤波功能;这种新算法在实际应用中的非线性情况下优于传统卡尔曼滤波方法;仿真结果表明了其实用性和有效性。     

CDKF在车载捷联惯导自对准中的应用

研究了车载捷联惯导在大方位失准角下的静基座自对准。采用Sigma点卡尔曼滤波,根据均值与协方差信息按非线性映射传播的特点,直接利用非线性模型,可以消除EKF存在的需要解析Jacobi矩阵以及将非线性系统线性化后的系统模型误差问题不易调整的弊端,其中的中心差分卡尔曼滤波(CDKF)精度高,且对状态协方差阵不敏感。仿真结果表明,在大方位失准角下采用CDKF进行初始对准,比用传统的EKF更精确且收敛速度更快。     

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.     

GPS辅助捷联惯导系统动基座初始对准新方法

针对捷联惯导系统(SINS)初始对准问题,提出了一种无需经历传统的粗对准阶段而利用单天线GPS辅助直接进行动基座精确初始对准的新方法。该方法以惯性空间为参考基准,将初始对准姿态矩阵分解为三部分逐一实现,进一步对动基座对准进行了误差分析,指出了利用停车零速信息可以提高初始对准精度的思路。最后,载车运动环境下的初始对准试验结果表明,航向角对准精度达到了0.081°(1σ)。     

SINS参数辨识精对准中伪常值干扰影响的消除

惯导解算初始速度选取不准确,在经典参数辨识法精度准的量测值中会产生伪常值干扰,严重影响辨识的精度。为了消除伪常值干扰的影响,将初始速度误差扩充为系统状态,对经典参数辨识精对准方法进行了改进。在初始速度存在误差的情况下,分别对改进前后的参数辨识法进行了仿真验证。仿真结果表明:利用改进后的参数辨识方法,不仅可以消除伪常值干扰的影响、准确辨识出初始速度误差的大小,而且还能大幅提高精对准的精度和收敛速度,具有一定的工程应用价值。     

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.     

纬度未知条件下捷联惯导摇摆基座自对准方法

针对纬度未知条件下捷联惯导摇摆基座自对准问题,本文将其看作基于特征值分解的优化问题处理,提出一种基于地球系重力矢量的摇摆基座自对准方法.首先,构建基于速度增量形式的目标函数,建立不依赖外部纬度信息的地球系下重力矢量模型,以提高地球系下重力矢量的估计精度;然后,将摇摆基座自对准看作Wahba姿态确定问题,基于地球系下重力矢量建立关于惯性系转换四元数的速度增量式目标函数,增强对噪声及振荡干扰的抑制,利用基于特征值分解的多矢量优化方法完成摇摆基座自对准,以提高对准精度;最后,通过设置捷联惯导摇摆基座初始对准仿真及船舶系泊实验,验证了所提方法的有效性.