舰载机惯导快速传递对准的联邦滤波器设计

针对舰载机快速反应的要求,提出速度+姿态+角速度匹配的快速传递对准方法。基于联邦滤波的分散化并行滤波思想,设计了一种基于高斯马尔可夫估计的最优加权最小二乘的传递对准联邦滤波器,有效解决集中卡尔曼滤波进行传递对准时存在的状态维数高、计算量大和滤波更新率低的问题。给出了此方法的数学模型,设计了快速传递对准联邦滤波器结构和信息融合算法,并在舰载条件下进行了仿真验证。仿真结果表明,采用该文提出的联邦滤波器与集中滤波器精度相当,且快速性好。主滤波器在4s内完成了对失准角的估计,而子滤波器在1s内就完成了对舰体静、动态挠曲变形角的估计,估计精度均在2′以内,计算量也减小了。     

舰载机惯导快速传递对准的联邦滤波器设计

针对舰载机快速反应的要求,提出速度+姿态+角速度匹配的快速传递对准方法。基于联邦滤波的分散化并行滤波思想,设计了一种基于高斯马尔可夫估计的最优加权最小二乘的传递对准联邦滤波器,有效解决集中卡尔曼滤波进行传递对准时存在的状态维数高、计算量大和滤波更新率低的问题。给出了此方法的数学模型,设计了快速传递对准联邦滤波器结构和信息融合算法,并在舰载条件下进行了仿真验证。仿真结果表明,采用该文提出的联邦滤波器与集中滤波器精度相当,且快速性好。主滤波器在4s内完成了对失准角的估计,而子滤波器在1s内就完成了对舰体静、动态挠曲变形角的估计,估计精度均在2′以内,计算量也减小了。     

捷联惯导系统动基座传递对准研究

针对动基座传递对准,为了提高对准精度和缩短对准时间,本文采用"速度匹配"方案,通过载机不同的机动方式,由卡尔曼滤波算法估出计失准角。结果表明设计在满足飞行操作简单的条件下,对准精度高和时间短,为工程使用提供参考。     

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。     

插值粒子滤波在静基座捷联惯导系统初始对准中的应用研究

推导了大方位失准角条件下,捷联惯导系统(SINS)静基座初始对准非线性误差模型,提出一种基于插值粒子滤波(DDPF)的 SINS 静基座初始对准方法。分析了插值非线性滤波原理,结合插值滤波和粒子滤波的特点,利用二阶插值滤波算法得到粒子滤波的重要性密度函数。 在静基座状态下分别基于 DDF 和 DDPF 滤波算法进行初始对准仿真实验。仿真结果表明,大方位失准角的情况下,DDPF 非线性滤波具有更快的收敛速度和更高的对准精度。     

新型惯导系统光纤陀螺

陀螺作为一种重要的传感器在飞机，舰船，卫星定位，汽车定位导航等军用和民用方面有 应用。基于萨格克效应的新一代光学陀螺在国外已进入实用阶段。这里我们介绍光纤陀螺的国内外最新发展动态。     

光纤陀螺捷联惯导系统热仿真研究

探讨了光纤陀螺热模型的建立方法,并进行了实验验证,在此基础上建立光纤陀螺捷联惯导初步热模型,利用基于液体动力学(CFD)的热分析软件Flotherm对惯导系统进行热仿真分析,通过仿真计算,从而得到惯导系统在室温条件下,通过自然对流散热达到稳定状态的温度云图,然后对系统实现方案进行优化热设计,使温度对光纤陀螺性能的影响尽量减小,并对下一步温补或温控方案提供理论支持与指导。     

捷联惯导系统中光纤陀螺温漂补偿研究

针对捷联惯导系统中光纤陀螺零偏在快速启动和不同温度条件下漂移较大的问题,从理论和大量试验上研究了其静态时、温漂特性,建立了影响导航系统姿态精度的温度漂移误差补偿的数学模型,并给出了模型参数.试验结果表明,该光纤陀螺零偏的温度输出特性具有较好的重复性,补偿后其在全温工作范围内的航向和姿态保持精度达到0.5(°)/300 s,较补偿前提高了60%以上,并将准备时间由原来的3 min缩短到10 s内,满足某型弹载系统要求.     

光纤陀螺角度随机游走对惯导系统影响

光纤陀螺角度随机游走(ARW)作为光学陀螺特有的性能指标,对导航系统性能具有重要影响。文章阐明了ARW物理含义、产生机理;推导了ARW对惯导系统初始对准和导航过程的影响。仿真结果表明,ARW影响系统初始对准时间;对短时间导航系统性能影响较严重,随导航时间增加,误差呈舒拉周期振荡增长。     

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。     

基于模糊理论的自适应联邦滤波算法研究

针对先验噪声统计特性与实际不符引起卡尔曼滤波精度下降的情况,提出了一种基于模糊自适应联邦卡尔曼滤波方法。算法基于模糊推理思想通过理论残差与实际残差的比值来对观测噪声协方差阵进行加权调整,实现对观测噪声统计特性的实时跟踪,在此基础上,利用信息分配因子对各子滤波器及主滤波器输出进行加权,得到滤波器的全局输出,将此输出周期性反馈给各个子滤波器以校正子滤波系统的偏差。SINS/GPS/TAN组合导航系统的仿真试验表明该算法具有更强的自适应性、滤波精度更高、鲁棒性更强。     

光纤陀螺捷联惯导系统艇上系泊状态自标定方法

从实际工程使用角度出发,提出了一种在系泊状态下的系统级自标定方案,避免了惯导系统在艇上的反复拆装。提出的系统级标定方法设计了15位置转位方案,可以通过Kalman滤波对陀螺仪和加速度计的零次项误差,标度因数误差,安装误差进行精确估计,除了对以上误差参数的估计外,对影响导航精度的内杆臂参数和加速度计正负通道非对称误差也可以进行估计。并根据系泊状态的特殊晃动环境,设计了零相位延迟的低通滤波器从惯导系统的速度解算中得到速度误差,保证了惯导系统在不依赖外界输入条件下完成自标定任务。仿真及实验结果表明,该方法能在系泊状态下准确估计出全部误差变量,且与静基座标定结果相符,具有实际应用价值。     

消除FOG—ARW对初始对准影响的研究

光纤陀螺(FOG)作为光学惯性敏感器,与传统机械陀螺相比,具有角度随机游走(ARW)等一些特有的性能指标,ARW对导航系统性能具有重要影响。从光纤陀螺的光路、电路结构分析随机游走产生的机理,并从数学的角度阐述角度随机游走的定义;分析角度随机游走对初始对准的影响;提出利用卡尔曼滤波器有效消除角度随机游走对初始对准影响的方案并通过仿真验证了此方案的有效性。     

连续旋转型光纤捷联惯导系统角速度误差补偿

旋转调制技术在有效抑制惯性器件漂移的同时,也使测量误差更加复杂,只有对这些误差进行补偿,才能发挥旋转调制的效果。为此分析了光纤陀螺敏感轴与旋转轴间不正交角、旋转轴涡动、时间不同步量、敏感轴间不正交角等误差造成的影响,建立了各自的误差补偿模型,并设计了一种基于单轴转台和单元体自身旋转的误差标定方法。结果显示,温补后的敏感轴与旋转轴之间不正交角标定精度优于0.2″,敏感轴之间不正交角标定精度优于1.4″,时间不同步量的标定精度优于0.06ms,经旋转调制和误差补偿后的等效光纤陀螺漂移由0.050°/h改善至0.015°/h。为低成本高精度惯导系统的实现建立了基础。     

摇摆状态下车载捷联惯导系统初始对准方法研究

为了减小车载捷联惯导系统动态条件下的粗对准误差,使系统顺利进入精对准和导航阶段,对车体摆动干扰的特点进行了分析,提出一种补偿摆动误差,提高粗对准精度的方法;采用捷联惯导系统误差模型和卡尔曼滤波器,实现摇摆状态下车载捷联惯导系统精对准.仿真结果表明,补偿摆动误差后,基本消除车体摆动干扰,得到与静基座粗对准相当的结果;摇摆状态下精对准估计精度与静态估计结果基本一致,从而证明该对准方法的可行性与有效性.     

系泊状态下捷联惯导自对准算法

系泊状态下,陀螺仪与加速度计的输出会受到角运动与线振动的干扰。为此,该文在姿态求解方法(Wahba)初始对准方法的基础上引入隐式马尔科夫模型卡尔曼滤波(HMM/KF),由角运动和线振动引起的干扰经过HMM/KF滤波器被滤除。与传统数字滤波器采用先验固定截止频率相比,该方法具有更强的自适应性。利用海上实验对比分析引入HMM/KF滤波的对准结果,研究结果表明,该方法不需进行粗对准,能在系泊状态下快速实现自对准。     

36维Kalman滤波的激光陀螺捷联惯导系统级标定方法

分析了系统级标定的研究现状,建立了惯导系统误差模型。额外考虑加速度计二次项误差系数与内杆臂参数对系统的影响,提出了一种36维Kalman滤波系统级标定方法。设计了合适的标定路径,建立了Kalman滤波模型。仿真及实验结果表明,激光陀螺和加速度计零偏估计精度分别优于0.001()/h和9 g,标度因数误差估计精度分别优于3 ppm(1 ppm=10-6)和2 ppm,安装误差角估计精度分别优于1和3,二次项误差系数估计精度优于410-10 s2/m,内杆臂参数估计精度优于3 mm,满足高精度惯导系统的标定要求。