舰载平台式惯导系统的传递对准

舰载子惯导系统在海上应急启动时需要利用主惯导的信息进行传递对准,以达到快速、高精度启动的目的.同时必须对惯性器件的某些误差进行标定和补偿,以满足舰载惯导系统需要长时间高精度导航的要求.文中对平台式惯导系统采用速度加姿态匹配传递对准方法进行了研究,建立了基于KaIman滤波器的传递对准滤波方程,并在实际系统中对所设计的方案进行了静态和跑车试验,验证了方案的正确性和工程应用的可行性.     

惯导系统动基座传递对准技术综述

以国外有关献为依据，介绍了传递对准技术研究的历史，分析和归纳了传递对准匹配方法、对准精度提高方法、结构挠曲运动补偿方法，介绍了机动运动、算法、模型、仿真和实验等方面的研究进展情况以及传递对准技术研究中所遇到的困难，并提出克服这一困难的基本途径，探讨了研究的发展方向。     

舰载武器惯导系统对准综述

按照船上对准和飞行对准两条线路，概述了国内外舰载武器INS对准发展现状。分析和归纳了舰载武器INS船上对准所涉及的重要因素如测量匹配方法、机动方式、惯性传感器件误差、船体挠曲变形、杆臂效应及数据延时等，介绍了飞行对准中GPS、雷达辅助INS的模式和GPS／INS组合抗干扰技术，着重强调了影响舰载武器INS对准性能提高的主要因素并给出了解决这些问题的基本思路。最后，初步讨论了舰载武器INS对准研究发展趋势。     

舰载导弹惯导系统姿态变化量匹配法传递对准

针对捷联惯导系统的动基座传递对准问题,采用姿态变化量匹配法,在不依赖舰船自主机动运动而仅仅依靠外界风浪随机干扰的情况下,对系泊状态下的舰载导弹捷联惯导系统传递对准进行仿真研究。仿真结果表明:在三种海况下,姿态变化量匹配法可以使3个失准角估计在短时间内均达到要求精度;随着舰船摇摆频率和幅度的增大,失准角的估计精度会进一步得到提高。研究表明姿态变化量匹配法具有对准算法简单、对准速度快、精度高等优点;利用一定强度的风浪,通过该种匹配方法能够成功的解决动基座传递对准问题。     

应用于近距空空导弹惯导系统的传递对准技术

对应用于近距空空导弹捷联惯导系统的“长时”传递对准问题进行了讨论,分析了机载火控系统中建立“长时”惯性坐标系的原理和方法,并进行了长时传递对准卡尔曼滤波器的设计,在此基础上完成了初步的数学仿真.     

捷联惯导系统初始对准中Kalman参数优化方法

针对Kalman滤波器在捷联惯导系统（SINS）初始对准中的应用，系统分析了Kalman滤波器参数（包括估计误差协方差阵初值P0，模型噪声方差阵Q和量测噪声方差阵R）选取对系统状态变量的估计精度和收敛速度的影响。采用协方差性能分析法，进行了Kalman滤波器参数优化仿真，仿真结果表明：调整扁的取值可改变状态变量估计的收敛速度，调整Q或R的取值，既可改变状态变量（尤其是陀螺误差）的收敛速度又可改变它们的估计精度。综合考虑时，局的取值要比真实值大一些，Q和R的取值要比真实值小一些，这样既可缩短陀螺误差和加速度计偏置误差的估计时间，又可提高它们的估计精度。中还给出了使滤波器正常可靠工作的P0、Q和R参数的范围。     

一种新的捷联惯导快速双位置对准方法

针对传统双位置对准过程中受载体运动和惯导标定误差的影响导致卡尔曼滤波器收敛速度较慢的问题,提出一种新的双位置对准方法.设计了快速双位置对准方案,整个对准过程分为两个阶段,将两个阶段的数据分别采用两个卡尔曼滤波器进行处理,从而保证对准卡尔曼滤波器可以快速收敛.通过两个阶段的滤波结果之间的物理关系,可以准确地计算出各项误差参数,包括姿态误差角、机体系中水平方向的陀螺常值漂移和加速度计零偏.仿真结果表明,对准过程可在10 min之内完成,采用常值漂移为0.02(°)/h的陀螺,水平姿态角估计误差在0.1′之内,方位姿态角估计误差在1′之内.该方法切实可行,适用于需要进行双位置对准且对准时间限制比较严格的情况.     

舰船捷联惯导传递对准仿真验证系统设计

为解决船用捷联惯导系统传递对准仿真中载体机动方式与实际差别较大的问题,提出了基于舰船空间运动的传递对准精度考核的仿真验证系统,提高载体机动方式仿真逼真度。仿真验证系统通过舰船空间运动建模,提供接近真实运动环境的空间运动参数;通过设计空间变换算法,实现了空间运动参数与主惯导惯性器件模拟输入的转化;通过杆臂及挠曲变形计算,实现了子惯导惯性器件模拟输入的转化;文中给出了各模块的算法及解算流程。速度+姿态传递对准算法仿真验证结果为10 s内水平失准角精度优于0.02;方位失准角精度优于0.05。仿真验证试验结果表明了该方案的可行性和实用性,该方案为其他领域的传递对准方案分析及验证提供了有效的参考依据。     

惯导系统初始对准技术综述

从初始对准误差模型及算法、状态估计方法、可观测度分析和传递对准四个方面，对惯导系统初始对准技术研究现状进行了叙述和分析，探讨了惯导系统初始对准技术面临的亟待解决的问题和未来的发展方向，为我国在这一领域开展研究的研究人员提供了一定的参考。     

一种平台惯导系统快速对准方法

平台惯导系统一般采用陀螺罗经方法进行初始对准,对准时间较长,难以满足现代战争需求,因此需要进行缩短对准时间技术研究。动调陀螺器件级测试时,陀螺工作在力反馈状态下,其达到稳定状态所需时间很短。利用这一特性,可以找到一种平台惯导系统快速对准的方法,即平台惯导系统力反馈状态下快速对准。作者将力反馈回路引入平台惯导系统中,利用两个方位位置陀螺所敏感的地速信息进行方位解算,实现惯性平台快速寻北。在此基础上,完成惯性平台的水平对准及陀螺漂移测量,实现快速对准。仿真分析结果表明:快速对准方位角测量精度可以满足要求。为了验证该方法的可行性,进行了多次对准试验,试验结果表明:对准时间缩短至8min,方位角测量精度达到6′,对准时间较原对准方法明显缩短,精度满足使用要求。这种快速对准方法缩短了系统阵地准备时间,有利于提高导弹部队的快速反应能力。     

具有外观测误差的INS传递对准的性能分析

对于给定的传递对准的误差模型，针对常值外观测速度、位置误差和随机外观测速、位置度误差两种情况，分别对惯导系统的传递对准误差模型的解算偏差和Kalman滤波器的估计偏差进行了仿真分析。结果表明，外观测误差引起的INS传递对准的估计偏差不能忽视，为采用更优的估计方法提供了依据。     

大陀螺零偏条件下的快速传递对准算法

针对某些某些微机械陀螺零偏重复性差的特点,提出了滤波反馈修正和陀螺零偏粗对准预处理两种方法,使“速度＋姿态”快速传递对准算法在大陀螺零偏条件下能够不损失估计精度。在简要介绍“速度＋姿态”．决速传递对准算法数学模型的基础上,探讨了大陀螺零偏导致的惯导系统非线性误差。为减小上述非线性误差的影响,提出用每一步滤波估计值修正子掼导状态的反馈修正方法,和在进行卡尔曼滤波前直接测量比较主、子惯导陀螺输出的陀螺零偏粗对准预处理方法。仿真结果表明,采用上述两种方法,快速传递对准算法可在陀螺零偏过大的情况下保持算法的有效性和估计精度。     

舰船平台上一种改进的传递对准方案设计与仿真

为了提高舰船惯性导航系统在动基座下的传递对准的精度和快速性,针对舰船平台的应用特点,采用卡尔曼滤波器对主、子惯导的"速度加角速率"参数的误差量进行滤波估计并进行了算法设计。运用卡尔曼滤波器的平滑算法改善传递对准的精度。针对卡尔曼滤波器平滑算法会降低对准速度的缺点,在只损失一小部分精度的前提下,创新性的采用卡尔曼滤波器的降阶算法提高了对准速度。通过Matlab软件对卡尔曼滤波器算法、卡尔曼滤波器平滑算法和卡尔曼滤波器平滑加降阶算法的速度误差和姿态误差分别进行了仿真。仿真结果表明,"速度加角速率"匹配传递对准改进算法具有稳健的对准精度和快速性,有一定工程应用参考价值。     

局部可观测理论在惯导系统快速传递对准中的应用

鉴于传统的全局可观测理论很难定量分析时变系统的可观测性,从机载导弹传递对准姿态角误差的可观测性出发,首次将局部可观测性理论应用于"速度 姿态"匹配的快速传递对准中。将条件数的概念引入局部可观测矩阵,定量地计算出在三种不同机动方式下,局部可观测矩阵的条件数,用以表征机动对准过程中系统的局部可观测度。仿真结果证明,提高姿态角误差可观测度的最佳载体机动方式为机翼摇摆运动。该研究结果为实现机载武器动基座快速精确对准技术在工程中的应用提供了依据。     

舰载姿态加角速度匹配传递对准方法研究

用于传递对准的测量参数匹配法极大地受限于舰船所处海况，为解决这一问题，提出了姿态加角速度匹配法。在三种典型的海况下，对这一传递对准方法中舰船甲板变形和陀螺常值漂移进行了Kalman滤波估计及精度分析，并对陀螺漂移标定的可行性进行了深入的分析。研究结果表明，姿态加角速度匹配法具有稳健的对准精度和快速性，陀螺漂移的标定依赖于舰船甲板动态变形的大小。     

主惯导旋转调制对传递对准性能的影响

旋转调制技术在调制惯性器件常值误差,有效提高惯导系统长航时导航精度的同时,也引入了由系统旋转而造成的速度误差以旋转周期和旋转周期二倍频波动,这种波动对以速度为匹配量的传递对准有一定的影响。从旋转调制系统的误差特性出发,分析了旋转调制对以速度为匹配量传递对准的有利和不利影响,并针对不同的旋转调制周期进行了仿真验证,仿真结果表明当旋转周期远大于舒勒周期时,旋转调制引起的不利和有利影响都很小,可忽略不计;当旋转周期远小于舒勒周期时,旋转调制可提高子惯导的方位对准精度,但延长了系统的传递对准时间。例如,当旋转周期为3(°)/s时,水平对准时间由3 min延长到4 min,而对准精度由1.2′提高到0.2′;方位对准时间由10 min延长到16 min,而对准精度由2.2′提高到0.4′。     

考虑杆臂及安装误差角的快速传递对准

介绍了杆臂效应及安装误差角在仿真中的添加方法,验证了杆臂补偿方法的可行性。机载武器传递对准时,杆臂效应影响机载武器子惯导的对准精度,通过主惯导杆臂速度补偿和对子惯导杆臂加速度补偿建立量测方程,并详细说明子惯导安装误差角的添加方法,最后采用卡尔曼滤波对子惯导进行传递对准。在安装误差角设为10′时,杆臂补偿后得到的姿态误差角估计结果：右盘旋分别为9．84′、10．33′、10．06′;S型机动分别为10．31′、10．08′、10．03′,满足精度要求。仿真结果表明,系统对杆臂效应的补偿效果较好,补偿方法可行,能在十几秒内完成对准。     

一种可观测度分析方法及在传递对准中的应用

针对卡尔曼滤波器中状态可观测度的定量分析问题,提出了一种新的可观测度分析方法。利用无系统噪声输入的动态系统初始状态的加权最小二乘估计,推导了动态系统初始状态估计误差的传递方程,将状态变量的可观测度指标定义为估计误差传递矩阵的对角线元素,从系统初始状态估计误差衰减角度定义了可观测度。推导了考虑子惯导安装矩阵的姿态观测方程,将机翼变形视为观测噪声,构建了速度加姿态匹配的传递对准模型。将可观测度分析方法应用到该传递对准模型中,结果表明:水平加速计零偏可观测度低,估计误差大,而其他状态可观测度高,估计误差小。     

基于惯性参考系基准的快速传递对准方法

研究了以惯性参考系为基准的新型传递对准方法。推导了计算惯性坐标系和计算体坐标系传递对准动态误差模型,并给出了相应的"速度+姿态"观测方程。基于惯性参考系的对准方法通过链式法则将子惯导输出的姿态矩阵描述为三个变换矩阵之积,其中两个变换矩阵通过对准时间和主惯导提供的位置信息可得到精确求解,剩余的变换矩阵(子惯导体坐标系至惯性坐标系间的变换矩阵)通过子惯导陀螺仪的输出进行解算,其误差通过传递对准估计得到的失准角进行补偿。对提出的两种对准方法进行摇摆实验验证,方位对准误差优于4’(1)。与传统基于导航坐标系的方法相比,基于惯性坐标系的方法直接将误差定位到惯性坐标系上,具有算法简便的特点。