自适应惯性／天文器件级组合导航算法研究

在惯性／天文组合导航系统中,天文设备输出信息中所包含的噪声易受外界环境影响而发生变化,使得惯性／天文器件级组合导航数据融合精度受到制约。针对这一问题提出了基于自适应滤波的惯性／天文器件级数据融合算法,该算法在对导航参数误差、惯性器件误差进行滤波估计的同时,对天文量测信息噪声方差阵进行实时推算,从而优化滤波器对天文量测信息的处理,提高导航精度。经仿真试验可知,使用自适应滤波算法进行数据融合,导航位置精度可提高30％,具有理论价值与工程意义。     

全固态捷联式惯性/天文组合导航技术

传统惯性/天文组合导航的工作原理一般有天文测星输出的ψ角直接解析并校正惯导速度、位置和ψ角作量测估计并间接校正惯导速度、位置两种。针对这两种工作原理中未充分利用可观测度较大的陀螺常值零偏估计信息而导致长航时、短航时组合导航效果不理想的问题,提出全固态捷联式惯性/天文组合导航技术,将捷联式惯导和大视场星敏感器固连,以欧拉误差角作为Kalman滤波器的量测信息,实时估计并反馈陀螺常值零偏用于校正捷联惯导系统,可快速有效抑制各种由陀螺漂移引起的误差。实测数据仿真表明:以欧拉误差角作为Kalman滤波器的量测信息可使经度误差、纬度误差、航向角误差和陀螺常值零偏快速稳定、收敛,长航时试验中可使经度误差不大于0.5 nmile、纬度误差不大于0.2 nmile、航向误差30″,短航时试验中可使经度误差不大于0.25 nmile、纬度误差不大于0.12 nmile、航向误差20″。因此,该算法对于长时导航和短时导航都具有良好的适应性,具有实用价值和研究意义。     

基于速度阻尼的天文／惯性组合导航技术研究

简要介绍了天文／惯性组合导航系统的基本原理,采用速度阻尼技术阻尼惯性导航系统的舒拉周期误差,为天文导航系统提供高精度的姿态信息,从而利用天文导航信息估计补偿惯性导航系统的陀螺漂移,同时,速度阻尼克服了天文导航不能估计补偿加速度计误差的缺点,使天文／惯性组合导航的各种误差得到补偿修正,解决了天文／惯性组合导航长航时导航条件下导航精度不高的问题;对研制的天文／惯性组合导航系统远洋航行的数据进行半物理仿真,仿真分析结果表明：基于速度阻尼的天文／惯性组合导航技术可以实现天文／惯性组合导航系统的长航时高精度组合导航。     

基于大气偏振光特性辅助定向的自主导航方法

针对惯性系统(INS)与卫星组合导航容易受到干扰的局限性,为提高海上作战船舰的自主导航能力,提出基于全天域大气偏振光特性辅助定向自主导航方法。在分析全天域偏振光中性点的运动规律的基础上,采用两点一线原理使用中性点确定载体航向角并结合电磁计程仪(LOG)测得的航速信息辅助惯性系统进行导航,采用卡尔曼滤波最优算法对组合导航系统进行了信息融合。matlab仿真结果表明基于全天域偏振光中性点/LOG/INS组合导航方法能够有效抑制INS导航定位误差,使船舰航向角误差稳定在0.6,水平速度误差稳定在0.7 m/s,水平位置误差稳定在10 m,增强了船舰的自主导航性能,并且具有高度的隐蔽性和抗干扰能力,具有一定的军事工程应用价值     

双轴调制激光惯导系统组合点校技术研究

针对双轴调制激光惯导系统(D-INS)导航误差随时间发散的问题,提出了一种D-INS组合点校技术,利用多普勒计程仪的对地速度信息进行D-INS速度误差量测,基于最优估计理论完成D-INS姿态误差的估计与补偿,根据卫星导航系统的单点精确位置信息对D-INS位置误差进行校正,实现D-INS导航误差重调的同时有效抑制陀螺角随机游走引起的积累震荡误差,克服了现有两点校正误差重调技术需外界提供间隔特定时间的两点精确位置信息的使用限制。试验结果表明,利用该技术进行D-INS误差重调,可以实现系统一个自主导航周期的导航误差减小为相同条件下单点位置校正的50%,有效提高了系统长航时导航精度。     

一种新的惯性／天文组合导航方法研究

针对传统的惯性／天文组合定位定向法不能有效修正惯性导航系统传感器误差所造成的导航误差，研究了一种新的惯性／天文组合导航方法。利用天文导航系统的量测，在初始对准后估计并补偿加速度计偏置误差，在组合导航过程中闭环修正陀螺漂移误差，进而提高组合导航的姿态、速度及定位精度。仿真结果表明了该方法的有效性，并通过与传统组合方法仿真结果的比较，证明了此方法的优越性。     

MC-ROV导航系统研究

针对研制的新型模态切换水下机器人(Mode-Converted ROV, MC-ROV),设计了一套以MEMS器件为主的微惯性组合导航系统,包括陀螺仪、加速度计、磁力计、深度传感器及微处理器等。系统采用互补滤波方法抑制陀螺漂移,设计卡尔曼滤波器计算姿态角。本文采用了改进的自适用卡尔曼滤波器,增大新近数据的作用,减小陈旧数据的作用,避免滤波发散,提高导航精度。水池实验表明结合互补滤波、自适应卡尔曼滤波能够获得比较精确、稳定的水下机器人导航信息。同时,基于实测数据进行的算法仿真表明改进后的渐消记忆指数加权自适应卡尔曼滤波可以在一定程度上改善导航效果。     

星图匹配/惯性组合导航技术研究

为了多次、多点获得星光对惯性基准的误差观测量,采用了能自主识别导航星的星图匹配/惯性方案。以弹体姿态误差与陀螺漂移误差之间的关系为基础,构造了弹体姿态误差与陀螺漂移为状态量的状态方程,建立了CNS/INS组合导航模型。采用Kalman滤波技术,借助误差状态转移矩阵估计了导弹惯性基准的误差和光学陀螺的常值漂移误差。利用Matlab进行了仿真模拟,成功地实现了对导弹惯性基准误差和光学陀螺常值漂移误差的在线分离。     

激光捷联惯导系统高程通道滤波模型设计

针对传统航位推算算法中里程计俯仰安装误差角难以精确辨识,以及高程通道定位精度较差等问题,提出利用高度计作为辅助手段的激光捷联惯导／航位推算／高度计组合导航算法,并设计了高程通道的滤波模型。该算法基于Kalman滤波最优估计理论,利用气压高度计量测信息对SINS／DR组合系统高程通道进行估计补偿,以达到高程通道精确定位的目的。试验表明,经高度阻尼后系统高程定位精度达到3m。     

重力/惯性匹配导航空间分辨率同步技术

重力/惯性匹配导航是一种使用地球重力场信息进行惯导位置匹配校正的组合导航方法。匹配导航中由于重力测量信息与重力数据库信息空间分辨率不同步会造成空间分辨率不同步误差。为抑制匹配导航中出现的空间不同步误差,提出一种空间分辨率同步技术。该技术通过载体运动信息与重力测量算法滤波模型参数计算重力测量信息空间分辨率,并通过二维滤波降低重力数据库分辨率,使重力测量信息与重力数据库信息实现分辨率同步。在对数据库进行空间分辨率修正后,再使用匹配导航算法进行匹配定位。在仿真验证中改进后的匹配导航算法定位精度较传统匹配算法定位精度提高了1.1 nmile。通过空间分辨率同步技术可以提升匹配导航定位精度,为未来重力匹配导航设备发展提供辅助。     

天文导航光电测星能力的计算方法

天文导航可全面地提供位置、航向、姿态和速度等核心导航信息,特别是在复杂电磁环境下,发挥着独特的重要作用。测星能力是天文导航设备的核心指标之一,提出了光电通道测星的信噪比和调制度的计算公式和参数选取说明,给出了短波红外测星设备的计算实例和实测结果,结果表明短波红外测星可显著延长测星时段。     

星体跟踪星图识别算法

针对天文/惯性组合导航中对星敏感器快速姿态测量的要求,提出了一种基于星体跟踪的星图识别算法应用于星敏感器姿态测量。建立了基于星区的导航星库便于快速搜索导航星。实验结果表明,该算法比传统星图识别算法有着明显的优点,识别速度快,识别成功率高。     

机载惯性/天文组合导航技术综述

分析了惯性／天文组合导航的基本原理。针对航空机载应用平台,介绍了国内外天文导航设备和惯性／天文组合导航系统的研究现状,分析了我国在该领域的技术差距,探讨了未来机载惯性／天文组合导航技术的发展方向。     

基于小波-ARMA模型的光纤陀螺自适应滤波

针对光纤陀螺输出是非平稳信号的特点,提出了小波-ARMA模型建模方法 ,并与ARIMA模型进行了对比分析;针对滤波方程中的量测噪声不能确定的问题,提出了基于量测噪声自适应的滤波方法,并与卡尔曼滤波进行了对比分析。研究结果表明:滤波方法相同时,小波-ARMA模型的滤波效果优于ARIMA模型;模型相同时,自适应滤波效果优于卡尔曼滤波;且建模精度大于滤波方法对滤波效果的影响。Allan方差分析表明:基于小波-ARMA模型的自适应滤波能很好地滤除光纤陀螺中的量化噪声,提高陀螺的输出精度。     

偏振光天文导航定位能力分析

基于天空光偏振特征的天文导航方式是最近发展起来的一种自动天文导航方式,其定位能力直接决定了它的发展应用价值.针对舰船偏振光天文导航方式,从天空光偏振角的探测模型和单天体天文定位的船位误差模型出发,建立了偏振光天文导航的误差模型.利用该模型,仿真计算分析了偏振光天文导航的定位能力.分析表明:当太阳位于探测装置的正横方向且天顶角较大时,探测到的天空光偏振角对太阳方向的变化最敏感,最有利于偏振光天文导航;当偏振角的测角准确度达到角分水平时,偏振光天文导航方式的自动定位准确度可达海里级,可用于辅助惯性导航.     

星敏感器星图处理研究

星敏感器是一种通过观测恒星位置,直接提供运载体在惯性空间中三轴绝对姿态的光电仪器。星图处理是星敏感器的重要工作内容之一,关系到后续星图识别的正确进行。处理方法需要能够有效地降低噪声,抑制背景,并正确提取出图像中的恒星目标。从分析星敏感器实际获取的星图特性入手,提出了相对应的图像处理算法。最后,进行实际测星试验,验证了星图处理算法的正确性和有效性。     

天文/卫星组合点校捷联惯性导航系统算法研究

捷联式惯性导航系统通常采用卫星导航系统的位置、速度信息对惯导解算误差进行校正,但对于水下载体惯性导航系统而言,由于只能获得点位置信息,对惯导的校正精度以及校正参量有限。针对上述问题,提出了基于天文/卫星组合校正捷联式惯导技术,通过卫星精确定位信息和天文快速观测信息,全面修正惯导系统误差、提高导航精度。仿真结果表明,基于天文/卫星组合校正算法对惯导进行校正,相对于传统校正算法精度可提高约50%。     

自适应滤波器的设计与制作

自适应滤波器是一种能够根据噪声特性实时修改自身参数,从而达到最佳滤波效果的滤波器,目前广泛应用于数字信号处理的各个领域。设计了一款完整的自适应滤波器展示装置,首先使用加法器和移相器电路对原始信号进行加噪处理,将加噪后的信号和原始噪声经过模数(AD)转换后输入FPGA,并在FPGA平台上构建了基于最小均方误差(LMS)算法自适应滤波器,最后将滤波器输出的信号经过数模(DA)转换后在示波器上进行观察。实验结果表明,该自适应滤波方案能在1-200KHz的频带范围内有效地滤除与原始信号频率差大于10Hz的正弦波、三角波和高斯噪声等噪声信号。     

基于D-GPS/IMU的组合导航方法研究与分析

本文研究了一种新的双GPS单元与IMU惯性测量单元组合结构(D-GPS/IMU)的导航应用问题。基于D-GPS/IMU的动力模型结构,本文分析了其状态空间的可观测性能,提出并证明了系统完全可观测的条件。同时,对扩展卡尔曼滤波(EKF)算法进行了改进,以定义的残差作为GPS量测信息中增益自适应调整的依据,并增加了数据反向区间平滑处理策略。最后,通过仿真实验,与基于EKF算法的单GPS与IMU组合结构(S-GPS/IMU)的姿态误差估计进行对比,实验结果表明,本文方法收敛稳定且快、组合误差小,具有一定的实用性。     

自适应中值-加权均值混合滤波器

为了去除图像中混入的脉冲噪声和高斯噪声,提出了一种基于自适应中值滤波和自适应加权均值滤波的混合滤波方法。该方法先将图像分为若干区域,并对每个区域进行噪声检测以实现两类噪声的分离,然后再分别采用自适应中值滤波和自适应加权均值滤波将分离出的脉冲噪声和高斯噪声去除。对这种新方法进行了计算机模拟实验。结果表明:新方法较前人提及的三种混合滤波方法具有更优的滤波性能,在有效抑制混合噪声的同时能很好地保护图像中的细节,为消除图像中的混合噪声提供了一种有效的途径。