基于姿态四元数的SINS/星敏感器组合导航方法

分析了一种星敏感器多矢量定姿原理,在考虑了惯性元器件误差及星敏感器误差的基础上,建立了SINS/星敏感器组合导航系统模型;以模拟的实时星敏感器测量信息为基础,通过将SINS确定的载体相对惯性空间的四元数姿态信息与星敏感器输出的高精度四元数姿态信息进行信息融合,实时估计出陀螺漂移量及失准角并对SINS进行在线修正,从而达到保证SINS高精度导航的目的。最后,通过仿真验证表明了这种SINS/CNS组合反馈校正方案的可行性和有效性。     

无陀螺下基于UKF滤波器的星体角速率估计

文中通过采用一种新的非线性滤波方法(Unscented Kalman Filter)设计UKF滤波器,以星敏感器(CCD)为唯一测量元件,在无速率陀螺条件下求得卫星三轴姿态角速率.在相同条件下对UKF和EKF两种非线性滤波方法进行了对比,对于非线性系统仿真结果显示UKF的精度和鲁棒性强于EKF,且收敛快.     

基于旋转式惯性/天文组合导航系统信息融合算法研究

针对惯导系统姿态长时间发散问题,提出了基于单星辅助的旋转式激光陀螺惯导系统方案设计,采用绕航向轴旋转的方式调制水平方向陀螺和加速度计零偏导致的导航误差,同时运用单星测量的姿态信息辅助惯导系统抑制姿态发散。在此方案基础上,以Kalman滤波理论为基础,以惯导系统和星敏感器输出姿态角差值作为观测量进行信息融合,基于导航坐标系推导了姿态误差角和数学平台失准角之间的转换关系,建立了相应的滤波模型,并进行试验。试验结果显示导航误差由1241m降为833 m,表明基于该组合方案下建立的模型能有效提高导航精度,证实了该方案具有实际工程应用价值。     

基于UKF的光纤惯导误差在线估计

为利用星光观测在线估计弹载光纤陀螺捷联惯导(FSINS)的陀螺零偏、标度因数和安装误差,并依据估计结果对导航参数进行补偿,设计了基于旋转弹体的FSINS误差分离方法,推导了误差估计的状态方程和观测方程,设计了UKF滤波器,并在星光姿态确定的不同动态误差条件下进行了仿真,结果显示该方法能较好的估计陀螺零偏常值漂移、标度因数误差和安装误差,表明了方法的正确性,也说明了误差估计效果与星敏感器姿态确定精度的关系。     

旋转弹导航系统研究

旋转弹自转角速度大,由陀螺仪和加速度计组成的传统导航系统难以应用,提出用微小型加速度计构成无陀螺微惯性测量单元GFMIMU(Gyroscope-Free Micro Inertial Measurement U-nit)为旋转弹提供完整的导航信息。根据无陀螺的测量原理,充分利用多个加速度计的冗余输出信息构建自滤波系统,抑制GFMIMU角速度误差的快速发散。为克服GFMIMU长时间工作姿态角误差的积累,采用磁强计与其进行组合导航;从解算精度与实时性考虑,基于四元数描述建立了该组合寻航系统的状态方程和观测方程,并采用二阶插值滤波器进行信息融合。最后,对所设计的组合导航系统进行系统仿真,仿真结果验证了该系统设计方案的可行性。     

基于磁强计和陀螺的弹箭飞行姿态测试方法

提出了一种基于磁强计和陀螺的弹箭飞行姿态测试方法。利用地磁测量、陀螺测量和卡尔曼滤波器来解算姿态角的算法。设计一种基于地磁和陀螺的姿态测量系统,利用组合样机在三维无磁性转台上采集数据,分析和处理了实验数据,对卡尔曼滤波器进行了测试。结果表明:该算法可用于旋转飞行体的姿态测量。     

德尔它运载器数字控制系统的研制

本文介绍了为NASA德尔它运载器研制数字飞行控制系统所采用的方法。在本文讨论的德尔它运载器数字控制系统中,两个控制级仅用一个敏感器。这种敏感器既可用来作为姿态基准,又可给出稳定飞行用的角速率信息。在采用单敏感器。条件下通过综合数字滤波器来提供适当的稳定裕度。本文也介绍了从提出系统技术要求到进行飞行计划的研制过程。     

信息融合在捷联航姿系统中的应用

在捷联式航姿系统的软件算法设计过程中,为了减小航姿解算过程中因陀螺漂移等因素造成的随时间推移而积累的姿态误差,采用了基于磁罗盘、加速度计和速率陀螺三种传感器的信息融合技术,从而实现了对姿态积累误差的不定时修正.对基于该融合算法的捷联航姿系统进行了多次静态试验和跑车试验,并以国外某型高精度光纤/GPS组合系统为基准进行了精度考核,试验结果表明设计的航姿系统动态姿态精度为±1.0°,从而验证了融合算法的有效性.     

用于微小卫星姿态确定的非线性估计算法

基于Kalman滤波理论，利用Stirling插值公式．对非线性系统的状态方程和测量方程进行近似形成的一阶和二阶非线性估计算法．克服了扩展Kalman滤波需要复杂求导以及收敛等问题，文中利用该算法。对微小卫星常采用的陀螺／磁强计组合姿态确定进行了研究，仿真分析表明，低成本微小卫星仅柔用陀螺和磁强计进行姿态确定是可行的，一阶和二阶近似非线性估计算法处理这种强非线性的姿态估计问题是非常有效。     

基于对偶四元数的惯性/卫星/天文组合导航系统改进联邦滤波方法

传统惯性/卫星/天文组合导航系统联邦滤波中主滤波器和子滤波器状态量保持一致,而天文姿态信息仅对部分状态具有可观测性。常用的惯性/天文组合模式需将高精度的天文姿态信息进行坐标转换,从而降低组合导航精度。针对上述问题,提出了一种基于对偶四元数的惯性/卫星/ 天文组合导航系统改进联邦滤波方法,通过可观测性分析对子滤波器进行降维,能在保证导航精度的同时提高系统实时性。基于对偶四元数的降维惯性/天文组合方法可直接利用天文姿态信息进行组合,实现了天文高精度信息的有效利用,且避免将不可观测状态进行反馈修正从而提高组合精度。仿真结果表明,提出的改进联邦滤波方法能获得与集中式滤波相当的精度,在卫星信号丢失或故障情况下,相比于传统惯性/天文组合具有更优的性能。