捷联惯导系统姿态更新旋转矢量算法的优化研究

姿态更新算法是捷联惯导系统的主要算法,其涵盖了欧拉角法、四元数法、旋转矢量算法等几种类型,此种计算方法在应用过程中凸显出可实现不可交换误差补偿的特点,即利用陀螺角增量输出理念达到不可交换性误差补偿目的,并逐渐将其引入到实际工程领域中,满足工程开展需求,且透过关键算法获取相应的数据信息。本文从四子样旋转矢量估计分析入手,并详细阐述了旋转矢量系数优化的具体方法,旨在其能推动当前姿态更新算法的不断优化。     

捷联惯导系统的真锥误差分析

航行体的角振动和线振动是引起捷联惯导系统误差的重要原因之一,本详细分析了航行体角振动引起捷联惯导系统真锥误差的机理和原因,并给出误差的模型和减小误差的可能途径。     

双轴旋转式惯导系统自标校技术

为使系统长时间保持较高精度,惯导系统启动后需要对惯性器件误差进行标校.本文利用全局可观测性分析方法,建立了旋转式惯导系统的运动状态与其可观测性之间的关系,提出船用旋转式捷联惯导初始对准与自标校的转位原则,利用该原则并结合惯导系统的实际,设计出了一种绕两水平轴旋转的八位置标校方案,仿真结果表明绕两水平轴旋转方案优于其他绕任意两轴旋转方案;在实验室环境下对该标校方案进行了试验验证,结果表明:采用该方案后系统的定位误差由18 nm/10 h减小到5 nm/10 h,系统定位精度大幅度提高,验证了该标校方案的有效性.     

捷联惯导系统十二加速度计配置方案研究

简述无陀螺捷联惯导系统原理的基础上,针对某工程应用背景特点,提出了一种十二加速度计的安装方式,推导了其力学编排,对优化加速度计配置、提高算法精度有一定的现实意义。     

无陀螺捷联惯导系统角速度解算方法的研究

无陀螺联捷惯导系统采用加速度计输出的比力代替角速度陀螺仪来解算载体角速度。本文提出了加速度计的３种安装方案,给出了每种安装方案载体角速度的解算方法,并分析了它们的精度。     

捷联惯导初始对准理论及仿真研究

阐述了捷联惯导系统初始对准理论，推导出SDS对准的基本方程，并采用SMM法对准回路进行设计，最后给出了仿真结果．     

基于光纤陀螺的捷联惯导系统的测试设计

我国煤矿井下瓦斯治理钻孔工程量巨大,目前主要采用人工丈量的方法测量标定开孔方位与角度参数,稳钻时间长、效率低、精度差。针对这一问题,提出基于光纤陀螺的捷联惯导系统开孔参数新方法,该系统采用陀螺与加速度计的捷联惯导系统对钻孔的方位角、倾角进行测量,可以显著提高钻孔方位与角度参数的标定效率与精度,降低管理成本。     

光纤陀螺捷联惯导系统专利分析研究

光纤陀螺捷联惯导系统不仅在国防和军事领域有强大的应用需求,在高铁等民用领域也有良好的市场前景。本文围绕光纤陀螺捷联惯导系统的相关技术开展专利检索和分析研究,包括技术分布分析、申请趋势分析、申请区域分析和申请人分析,并针对光纤陀螺仪和惯组的系统设计技术进行专利技术发展路线分析和技术功效分析,旨在厘清该技术领域的技术发展脉络、创新集中区域和技术空白点等信息,为光纤陀螺捷联惯导系统相关科研攻关和技术发展决策提供支撑。     

捷联惯导系统陀螺罗经对准性能的协方差分析

文中推导了协方差方程式的数值解,研究了初始对准回路滤波器参数设计方法。利用协方差分析,从统计意义上探讨了地面晃动基座上采用一阶数字滤波的捷联系统陀螺罗经对准的性能。分析了随机误差源的影响,指出动态干扰环境下,载体的扰动加速度和等效东向陀螺的常值漂移及随机游走噪声是造成方位误差的主要因素。     

激光陀螺捷联惯导系统中惯性器件误差的系统级标定

为评估激光陀螺SINS的性能,需对系统中的惯性器件误差,包括随机漂移误差、刻度系数误差与安装误差角等,进行系统级标定。提出了卡尔曼滤波校准法,此方法利用激光陀螺SINS六位置静基座测试数据来标定系统中的惯性器件误差。其实现过程包括两步：首先,基于降阶处理思想,利用SINS的静基座测试数据,通过卡尔曼滤波来估计SINS系统中激光陀螺随机漂移误差及其他误差参数的耦合参量;第二步,比较两组不同位置的静基座测试数据的滤波辨识结果,对不同形式的耦合参量估值进行标量运算,即可获得SINS系统中其它惯性器件误差参数的校准值。卡尔曼滤波校准法的方法比较简单,测试易于实现,只需要一台精度比较高的手动三轴定位转台即可。另外,卡尔曼滤波法具有对测量噪声及环境干扰的影响不敏感、校准精度高的优点。卡尔曼滤波校准法的有效性与可行性已通过仿真测试得到了验证。     

Observability of Inertial Navigation System

To improve the observability of strapdown inertial navigation system and the effectiveness of Kalman filter in the navigation system, the method of estimating the observability is analyzed based on eigenvalues and eigenvectors which are proved to be availabe, on this basis two-position alignment technigue is applied. The simulation shows that two-position alignment really makes the system＇s observability change from being incomplete to being complete, and the test method based on eigenvalues and eigenvectors is available to determine the observability of every state vector.     

弹用捷联式惯性导航系统数值仿真

以某导弹规划航迹为对象,对捷联式惯性导航系统进行了数值仿真.通过规划航迹数据提取出弹体的比力和角速度信息,输入至惯性测量器件模型,以其输出激励导航计算模块,得到弹体的位置、速度、姿态角误差等导航数据,将其与规划航迹中相应的数据对比得到计算误差.同时由捷联式惯性导航系统的误差方程建立SIMULINK模型,给出了模型的仿真结果.对比计算误差与模型仿真结果,验证了捷联式惯导系统数值仿真的正确和有效性.     

Optimal Observability Analysis of Gimbled Inertial Navigation System on the Moving Base

To investigate the observability of gimbled inertial navigation system when the base moves on the basis of piece-wise constant system's observability theory and singular value decomposition, the variation of the singular value in the observability matrix with time is discussed. The simulation results reveal that only if orientation angle is 60° and the flight route is S-figure in initial alignment, the optimal observability is obtained, thus a theoretical foundation for fast and accurate alignment of GINS is provided.     

捷联惯导误差分析与误差补偿

通过误差分析,讨论了各种误差源对捷联惯导系统的影响.根据惯导系统精度要求,确定了惯性测量元件最大允许误差,从而为选择合理的传感器确定了理论依据.这些传感器组成的惯性测量元件需要经过标定实验来确定系统误差补偿模型中的系数.误差补偿后,通过均匀设计法得到系统精度,满足了精度要求.     

弹载捷联惯性导航系统算法及仿真

为了提高制导炮弹对目标的命中概率和毁伤概率,根据末制导炮弹的射程近、飞行时间短的特点,建立简化的捷联惯性导航模型.在等效旋转矢量四元数更新算法基础上,采用优化三子样算法建立捷联惯性导航仿真平台,并通过模拟飞行轨迹和实测弹体飞行数据对系统进行仿真验证.仿真结果表明,采用的算法解算精度明显高于四元数毕卡求解法,同时对弹体飞行的18.95 s时间内实测数据求解姿态的最大理论误差达到10-6数量级,满足实时性和精度要求,同时减小了方向漂移对制导炮弹精度的影响.     

旋转调制式捷联惯导系统误差分析及仿真

针对目前研究较为广泛的单轴旋转调制、双轴间歇转位旋转调制和双轴连续旋转调制3种旋转调制方案,本文通过系统级旋转自补偿技术,对被调制后的误差公式进行推导和分析,给出了各旋转调制方案的调制机理,并将3种旋转调制方案在静态和动态条件下进行误差仿真实验,仿真结果表明,载体运动对双轴连续旋转调制方案的调制效果有较大负影响,即双轴间歇转位旋转调制效果较优。该研究可使捷联惯性导航系统的误差发散得到一定程度的抑制,是在现有元件水平不变的情况下提高系统精度的有效方法,可为相关系统的工程化研制提供理论参考。     

A Combined Alignment Method for Strapdown Inertial Navigation System on Stationary Base

一种捷联式惯性导航系统静基座组合对准方法

陈帅¹, Xinzhi Liu², 孙骞³,张亚⁴

（1. 辽宁石油化工大学 信息与控制工程学院,辽宁 抚顺 131001;

2. 滑铁卢大学 应用数学系,滑铁卢N2L3G1,加拿大;

3. 哈尔滨工程大学 信息与通信工程学院,哈尔滨 150001;

4. 哈尔滨工业大学 电气工程及自动化学院,哈尔滨 150001）

摘要：

由于方位角失准角的可观测性弱,对准时间和对准精度一直是捷联惯导系统初始对准过程中相互矛盾的问题,因此需要对二者进行折衷处理。本文提出一种组合对准机制,建立了一个可观测可控的系统模型,可以有效地在固定时间段内实现较高的方位对准精度。首先,降阶卡尔曼滤波对准算法与经典的陀螺罗经对准算法同时计算出失准角。在此基础上,利用陀螺罗经对准方法计算出的失准角建立了零速模型的增广量测模型。最后,当陀螺罗经对准方法的方位失准角接近稳定状态时,降阶卡尔曼滤波对准方法的零速度模型切换为增广量测模型。通过可观测性和数学推导,对组合对准法进行合理的分析。数值仿真与实验数据测试的对比结果表明,该方法在对准结果的估计精度和一致性方面具有良好性能。

关键词：惯性导航,仪器和测量,陀螺仪,加速度计,卡尔曼滤波器,量测误差

     

使用捷联惯导的导弹自适应自动驾驶仪特征参数的选取方法

讨论了数字式自适应自动驾驶仪设计中的一个重要问题－特征参数的选取方法。高性能战术导弹的动力学特性的变化是很大的，导弹的这种动力学特性大大增加了控制系统的设计难度，在工程中通过引入可变增益控制器解决这个问题。研究结果表明，用于控制器调参的特征参数主要由导弹的射程、马赫数和动压变化范围以及使用攻角的大小来决定。给出的设计实例初步证实了这种方法的正确性。     

主动雷达导引头速度信息辅助捷联惯导的组合系统性能分析

主动雷达导引头(ARS)在飞行中段向地面开机，可利用多普勒效应得到沿导引头波束方向的速度测量值，具有辅助惯导的潜力。文中采用卡尔曼滤波算法，建立了导引头波束速度信息辅助惯导的模型。研究表明，利用该测速信息可辅助捷联惯性导航系统(SINS)，构建主动雷达／捷联惯导系统，在不增加导航设备的基础上，可提高纯惯导系统的精度。该系统能给出米级精度的速度信息，明显抑制了惯导位置误差的增长，具有良好的应用潜力。