车载光学测速仪/惯性组合导航定位定向系统研究

车载定位定向技术是指车上导航系统在载车行驶过程中精确确定其所在位置的地理坐标、北向方位及姿态角,为陆基导弹等武器的机动发射提供参考基准。对惯性定位定向系统的各种误差(包括陀螺和加表的随机漂移)进行误差分析建模,将光学测速仪的速度作为观测量,利用卡尔曼滤波技术,估计补偿惯性定位定向系统的各种误差,包括位置、速度、姿态和航向以及惯性器件误差等,最终实现系统的高精度组合导航。对山区泥石路和高原泥石路跑车试验结果进行统计分析发现,组合导航精度在15m以内,满足炮兵车陆基导弹等武器机动发射的使用需求。     

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。     

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。     

陀螺与惯性制导

介绍了一种完全自主的导航系统－惯性制导系统，它主要是利用陀螺的特性来建立相对惯性空间，确定运载器的制导参数基准，实现完全自主导航，随着新型陀螺的不断出现，其测量精度也日益提高，惯性制导系统已被广泛应用于现代导弹，宇航运载器等方面。     

捷联水平基准的非正交性标定

介绍了单轴旋转调制水平基准消除机抖激光陀螺漂移和加速度计偏置的原理,并对IMU安装误差原理做了理论分析,利用矩阵旋转变换法推导出安装误差角的计算公式。用得到的安装误差角进行标校大大降低了水平基准的姿态误差,并在工程中得到了良好的应用。     

人工鱼群算法在单轴旋转惯导系统轴向陀螺漂移辨识中的应用

在惯性导航系统中,采用单轴旋转技术可以调制垂直于旋转轴方向上的惯性器件误差,而对沿旋转轴方向的误差没有抑制作用,因此旋转轴方向上激光陀螺漂移成为影响惯性导航系统精度的主要因素之一。为精确地辨识旋转轴方向上激光陀螺漂移,提高激光陀螺单轴旋转惯导系统的精度,利用人工鱼群算法AFSA（artificial fish swarm algorithm）建立了单轴旋转惯导系统轴向陀螺漂移辨识模型,给出了AFSA 辨识的详细步骤和方法。实验结果表明:AFSA可以对轴向激光陀螺漂移进行精确建模,补偿后的激光陀螺零偏不稳定性达到0.000 4 /h。     

基于扩展卡尔曼滤波的卫星组合姿态确定物理仿真技术研究

针对未来卫星应用的高精度、高可靠性定姿技术需求,设计了卫星单轴组合姿态确定物理仿真系统;采用太阳敏感器和光纤陀螺组合定姿模式,提出了一种扩展卡尔曼滤波组合姿态确定算法,用C语言进行了实验软件设计,系统采用DSP为处理器,还设计了多敏感器数据采集扩展接口;物理仿真实验结果:姿态确定精度优于0.5°;陀螺常值漂移估计的平均值为3.625758e-4°/s,证明了组合姿态确定算法的有效性和该项技术对工程应用的可行性。     

高精度单轴旋转姿态测量系统研究

 采用90型二频机抖激光陀螺和石英挠性加速度计,利用单轴旋转惯性组件的方法,研制了高精度姿态测量系统。介绍了系统的硬件结构组成和无减震结构设计方案,给出了初始对准和姿态测量系统的算法。系统的初始对准采取粗对准和精对准两种方式, 姿态测量系统的误差传播特性由系统的误差模型来描述。对该系统进行了静态导航实验和长时间单轴旋转导航实验。实验结果表明：系统水平姿态24h保持精度优于30″,24h航向保持精度优于30″。     

AR模型辅助SINS／GPS组合导航的实验研究

激光陀螺的随机漂移噪声类似于白噪声,可以采用AR（2）模型进行数字滤波来减小其对激光陀螺精度的影响。首先介绍了AR模型,然后利用IMU单元三组陀螺信号的AR（2）模型给出了车载SINS／GPS组合导航系统误差模型,并在GPS的辅助下,对SINS／GPS组合导航进行了实验研究。最后利用Kalman滤波器对车载SINs／GPS组合导航实际测量数据进行了离线的半实物仿真。实验结果表明,采用AR（2）模型辅助的SINS／GPS组合导航系统能够得到较高的姿态精度,并能有效抑制速度误差的发散。     

对地观测平台恒星敏感器离焦成像折中设计分析

从对地观测平台角秒量级姿态确定需求出发,在构建星敏感器惯性系成像模型的基础上指出,恒星在成像面上的定位误差是星敏感器姿态确定误差的主要来源。同时,结合理想光学系统离焦模型,分析了星敏感器主要性能指标间的量化关系,并给出了成像面定位误差最低限。仿真结果表明,从优化系统性能考虑,成像模糊区直径为2~3个像元的配置是利用星敏感器焦平面的“轻微离焦”来实现亚像元定位的最佳方案,定位误差可达0.2个像元,能够满足星敏感器惯性姿态确定精度4″~5″的要求。理论分析和数值仿真结果可为后续星敏感器指标的提出及仪器设计提供技术参考。     

一种陀螺稳定平台瞄准线漂移的惯性补偿方法

针对陀螺稳定平台系统中地球自转引起的瞄准线漂移问题，提出一种基于惯性姿态信息的瞄准线漂移补偿方法。该方法根据惯导系统解算得出的平台地理坐标和姿态信息计算出地球自转角速率在光电稳定平台坐标系上的投影，稳瞄控制单元利用该投影信息自动补偿平台上的速度反馈数据，消除由地球自转造成的瞄准线漂移。试验结果显示，使用该补偿方法后的方位漂移及俯仰漂移分别是1.69 mrad/h和1.84 mrad/h，远小于不加该补偿方法时的方位漂移6.89 mrad/h及俯仰漂移7.32 mrad/h，证明该方法可有效补偿瞄准线漂移。     

基于导航系统的光电吊舱补漂方法

稳定精度是光电吊舱稳瞄系统的重要指标,为了减少在稳瞄控制中陀螺漂移对稳定精度的影响,需对陀螺漂移进行补偿。提出一种基于导航系统的光电吊舱测漂和补漂方法,即在光电吊舱测漂阶段,通过机载导航系统的位置数据、姿态数据及吊舱轴角值计算地球自转在平台中的分量,测量出更加准确的陀螺漂移;在稳定控制回路中,通过导航系统分别补偿陀螺漂移及地球自转分量。该方法可将陀螺测漂过程中的地球自转分量和陀螺漂移有效分离,并在稳定控制回路中实时调整地球自转分量,从而提高稳瞄系统稳定精度。试验结果表明:通过对比10 min常规测漂和基于导航系统的测漂结果,稳定控制漂移累积误差中俯仰角由常规方法的1.80°减少到0.04°,航向角由0.77°减少到0.04°。     

星图识别算法的优化设计与实现

在INS／CNS组合导航系统中,为了有效实时地用CNS的输出姿态信息校正INS的陀螺漂移,必须提高CNS中星图识别算法的运行速度。提出了一种改进的三角形星图识别方法,基三角形识别成功后,增加一颗附加检测星,计算出附加检测星和基三角形的三个星点的角距值。分析结果表明传统的星图识别算法在主频为600MHz的DSP6414上运行需要300ms左右的时间,算法改进后,只需40-80ms,数据输出率提高到10Hz。改变的算法在不存在伪星的情况下成功识别率近100％,存在伪星时,可以有效去除伪星。同时,解决了传统星图识别算法在嵌入式系统中实现难、耗时长的问题。该算法可以实时地校准惯导系统的误差。     

基于Kalman滤波算法的陀螺仪动态漂移补偿研究

应用MEMS陀螺仪测量人体手臂运动姿态时,针对陀螺仪受线加速度干扰导致测量姿态发散的问题,提出基于Kalman滤波算法的姿态误差补偿方法;该方法首先将陀螺仪采集到的角速度通过方向余弦算法解算得到姿态角,并将陀螺仪动态漂移造成的姿态角误差视为时变信号,通过建立姿态角漂移误差的状态方程及观测方程,应用卡尔曼滤波算法,实现对姿态角漂移误差的估计,最终达到对陀螺仪动态漂移误差的补偿;实验与仿真结果表明,应用该算法能够有效的抑制线加速度干扰导致的陀螺仪测量的姿态发散,适用于陀螺仪对人体手臂运动姿态的测量。     

捷联惯性导航系统误差工程化分析方法

针对设计捷联惯性导航系统时系统指标要求合理选择惯性传感器的问题,提出一种捷联惯性导航系统误差分析方法,建立了系统在不同工作条件下的误差模型,给出了在设计捷联惯性导航系统时,纯惯性导航时间小于2 min、位置误差小于100 m时选择陀螺和加速度计的方法。