基于FPGA和DSP的微型惯导系统

 惯导系统的硬件组成直接影响到系统的体积和解算速度,构建合理的硬件系统直接关系到惯导系统的精度指标。针对某小型惯导系统对体积和解算精度的特殊要求,解决已有微型惯导系统的方案缺陷,提出一种工程实用强的惯导系统。该系统用FPGA作为采集控制惯性传感器的核心芯片,设计了并行采集方案,32位浮点型高速DSP实现惯导解算。经过转台测试与外场试验表明：系统具有抗干扰能力强、实时响应迅速、惯性单元标定简便、易实现等优点,系统指标完全满足原设计要求。     

GNSS测姿系统天线设置及精度分析

GNSS测姿系统的天线设置是影响测姿精度的重要因素之一;针对GNSS天线设置对测姿精度的影响问题,在分析GNSS测姿算法的基础上,对天线设置的3个决定因素,即天线数量、基线夹角和基线长度与姿态角误差的关系进行了理论推导,仿真分析了三者对测姿误差的影响程度;理论推导结果表明,对航向角、俯仰角和横滚角的测量至少需要三个固定天线,天线构成的固定基线相互垂直时姿态角的误差较小,姿态角的误差与基线长度的平方成反比;仿真结果验证了上述结论并进一步表明,两基线长度分别为1 m、2 m、3 m时,航向角和俯仰角的误差分别在2°、1°、0.5°以内,横滚角的误差分别在3°、2°、1°以内。     

基于影像-位置序图的光学测姿方法

针对空中飞行目标姿态测量问题,提出一种新的光学测姿实现方法,对光学多站测姿实施复杂、单站测姿成像要求高等问题进行改进。该方法充分利用了目标飞行连续影像信息和相应的外弹道位置数据,首先通过目标位置数据确定目标轴线向量起点,根据轴线向量终点的约束方程确定向量终点;然后通过偏航角、俯仰角与轴线向量起点、终点的关系,解算目标姿态角;最后通过姿态连续变化的先验信息,确定解算结果的唯一值。仿真计算和精度分析表明,可实现测姿误差总体小于1,表明提出的方法兼顾了便捷性和测量精度,具有较高工程应用价值。     

捷联惯导/北斗高精度组合导航方法研究

提出采用紧组合方式进行捷联惯导/北斗组合导航设计,首先对捷联惯导与北斗系统进行误差分析与建模,将捷联惯导系统误差、北斗等效时钟误差相应的距离(伪距误差)以及等效时钟频率误差相应的距离率(伪距率误差)作为组合导航系统状态;利用捷联惯导位置输出与北斗接收机星历输出构造获得等效伪距,将其与北斗接收机测量的伪距对应相减作为量测,推导建立对应的量测方程,采用卡尔曼滤波设计捷联惯导/北斗组合导航滤波算法。仿真结果表明,该组合导航方法的速度精度达到±0.05m/s,位置精度达到±3.2m,水平姿态精度达到±0.4′,航向精度达到±1.6′。     

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%。     

三维空间中的偏振光导航方法

提出了偏振光/GPS/SINS组合导航方法。推导了偏振光辅助测姿原理并进行了仿真验证。提出了多模块改善能观度的方法。采用联邦卡尔曼滤波方法实现了组合导航算法,利用Matlab仿真方式分别对使用单偏振光模块和多偏振光模块的组合导航系统的测姿修正效果和能观度改善效果进行了检验。结果表明偏振光辅助测姿方法的引入能够大大改善导航系统的能观度和精度,非平行观测的多偏振光模块可以进一步提高系统性能。     

基于惯性信息辅助的北斗动动定位方法的研究

针对北斗动动定位中接收机信号易受遮挡导致无法实时准确定位的问题,对复杂信号条件下的动动定位测试进行了研究,提出了一种利用惯性信息辅助解算动态模糊度的方法,即一种将运动载体的惯导信息与北斗测量信息相结合,实现两运动载体之间精确动态相对定位的算法。通立基于载波相位双差的观测模型,采取融合滤波算法,讨论在在不同卫星数目下的模糊度求解方法。在此基础上,利用实地车载试验完成了对上述组合定位方法的试验验证以及精度测试,事后着重对各历元数据进行解算,对定位精度、可用性进行了研究。结果表明,基于惯性信息辅助的北斗动动定位可用性指标变好,定位精度有一定的提高。     

大尺度阻隔空间姿态组合测量方法研究北大核心CSCD

针对大尺度空间姿态测量中因空间阻隔导致目标特征点遮挡的问题,提出了一种基于多传感器组合的姿态测量方法。通过数字水准仪与姿态探针实现被测特征点的单坐标基准测量,由特征点的水平高差和已知几何约束关系解算得到目标初始姿态值。在此基础上标定高精度倾角传感器与被测目标之间的姿态旋转矩阵,基于坐标变换理论可由传感器输出实时解算目标姿态。实验结果表明:在10 m范围内,姿态测量相对精度优于0.0015°,重复性测量误差小于0.0004°,适用于大尺度阻隔空间姿态的精密实时测量。     

基于弱透视成像模型的目标三维姿态测量

为了准确获取空间目标跟踪、视觉导航等领域中目标的三维姿态,进行了目标三维姿态单目视觉测量方法研究.提取图像目标的典型特征点构造出直角三角形,并通过其边长比例先验信息以及弱透视成像模型推导出目标三维姿态的单目解算算法.与传统测姿方法相比,该算法在相机焦距等内参量未知条件下依然可解算姿态,增大了测姿应用范围;与传统迭代测姿方法相比,避免了循环迭代求解过程,无需设置迭代初值,提高了解算效率.数值仿真试验结果表明目标在离相机1~3km成像时姿态测量误差低于1.5°;实际图像序列测量结果表明目标俯仰角和偏航角测量结果拟合残差小于1°,翻滚角拟合残差小于2°.实验验证了算法的正确性和稳定性,表明该算法在内参量未知条件下能有效测量中远距离成像目标三维姿态.     

基于单目视觉的航天器位姿测量

鉴于实时高精度航天器位姿测量不仅是航天器实时监控和跟踪的重要技术保证,同时也是实时调整和补偿航天器姿态的主要依据,提出一种基于单目视觉的航天器实时位姿测量方法,利用高精度旋转平台几何摄像机的方式对被测目标进行位姿解算。该方法不需要对被测目标进行几何约束,同时也不用进行转站测量,因而可以进行动态实时的在线位姿检测。航天器位姿实验结果表明:该单目视觉测量方法姿态测量误差小于0.05°,位置测量误差小于0.02 m,满足实际工程0.1°和0.05 m的精度需求。