旋转弹体表面红外辐射干扰补偿模型

针对地球红外辐射姿态测试方法中弹体表面红外辐射干扰较大的问题,建立旋转弹体自身红外辐射补偿模型,从而提高弹体姿态测量精度。首先,采用瞬态热平衡微分方程推导出旋转弹体表面温度变化曲线,获取弹体自身红外辐射亮度。然后,根据地球红外辐射及其在大气中的传播规律,建立了弹体自身红外辐射补偿数学模型。最终结合红外传感器输出和所推导的补偿模型,估算红外辐射补偿参数。结果表明补偿后姿态角解算误差显著降低,俯仰角和横滚角解算误差最终分别保持在±0.2°和±0.4°以内。本方法对姿态测量误差的减小具有显著效果,补偿方法简单有效,对旋转弹体的红外姿态测试技术的研究具有借鉴意义。     

利用地磁与红外辐射融合的姿态估计方法

针对目前导航控制系统多元化、新型化、低成本的要求,提出了一种利用地磁与红外辐射融合的姿态估计方法。在分析地球红外辐射场的组成及其产生机理的基础上,采用普朗克黑体辐射定律构建红外传感器的姿态测量模型,并将其与地磁三分量姿态测量模型结合,推导了红外与地磁复合的姿态测量模型。基于推导出的红外与地磁复合测量模型,设计了自适应扩展卡尔曼滤波切换姿态估计算法。研制了红外与地磁复合姿态测试系统的半实物装置,利用三轴转台开展了半实物验证实验。所提出的方法在加入红外屏蔽的情况下能够迅速进行调整,将俯仰角、横滚角、航向角估计误差分别保持在±1°、±1.5°、±1.5°以内。该姿态估计方法大大降低了姿态角的估计误差,表明红外与地磁复合的测姿方法有效可行,抗干扰能力较强。该方法适用于旋转弹体的姿态估计。     

一种用于无人机姿态测量的红外地平仪算法改进

针对现有算法存在的飞行前必须进行环境参数标定,无法抑制飞行过程中环境参数漂移的缺陷,提出了一种无人机红外地平仪姿态解算的改进方法。该算法简化了传感器模型,使得姿态解算方程消去了环境参数,实现了无需在飞行前进行环境参数标定,简化了使用流程,并克服了飞行过程中环境参数漂移对姿态解算精度的影响,还避免了现有方法中需切换解算方程导致的误差跳跃。地面实验证实了改进方法相对现有方法的改进,验证了改进模型的准确性。机载飞行实验结果表明,在实际飞行中姿态角测量精度得到提高,误差连续平滑;滚转角度与俯仰角度的均方根误差由原有的4.4°和2.8°,降低至1.9°和1.8°。利用基于该算法的红外地平仪使固定翼无人机实现了自主飞行。     

基于地磁方位角的旋转弹丸姿态解算方法

为了解决旋转弹丸的姿态测量问题,基于地磁方位角,提出了一种旋转弹丸的姿态解算方法。首先基于零交叉点法的原理,采用非正交地磁传感器组合测量并计算得到地磁方位角和滚转角信息。其次通过分析稳定弹丸的飞行特性及外力矩情况,推导出了包含俯仰和偏航参数的绕质心动力学方程组。然后以此动力学方程组为驱动方程,以地磁方位角为观测量,借助扩展卡尔曼滤波估计出了弹丸的俯仰角和偏航角。仿真结果显示,基于地磁方位角的姿态解算方法可以准确估计出旋转弹丸的姿态角信息,最大误差不超过0.2°,验证了该方法的有效性。最后实弹实验结果进一步表明了该方法具有良好的应用前景。     

基于偏振光及红外传感器的辅助定姿方法

为了满足无人飞行器自主导航需求,提出了一种偏振光及红外传感器辅助惯导定姿方法。该方法选取了姿态四元数和陀螺误差模型构建滤波状态向量,采用偏振光传感器、红外传感器测量的三维姿态角作为量测向量建立卡尔曼滤波模型;融合后的最优姿态四元数转换为姿态矩阵反馈至惯性导航系统中,修正位置、姿态信息的解算。在分析了捷联惯导力学编排的基础上,参考常见的惯导系统参数进行了动态仿真。结果表明:偏振光、红外传感器可以有效地修正惯导姿态误差,修正后输出精度与偏振光、红外传感器输出精度相当,分别保持在±0.2°和±1°。提出的新型辅助定姿方法为提高惯导系统精度提供了一种新思路,具有广阔的应用前景。     

基于磁/惯性传感器旋转弹体定姿的Kalman滤波器设计

微惯性传感器精度较低,其漂移会引起很大的姿态误差,不能提供长时间稳定姿态;磁传感器组合的姿态角误差不随时间累积但姿态角更新速度慢。针对这一问题提出了利用磁/惯性传感器构建低成本姿态探测系统的方案,设计了Kalman滤波器融合二者信息——以磁传感器解算的姿态角和等效旋转矢量法解算的姿态角之差作为观测量,以惯性传感器的漂移和姿态误差角作为状态变量,整个解算过程无需使用地磁场强度。仿真结果表明了该算法的有效性,二者组合定姿可实现高精度的姿态测量。     

基于十二加速度计的GFSINS安装误差标定及补偿

针对高速旋转弹姿态解算精度不高的问题,提出用微小型加速度计构成无陀螺微惯性测量单元GFMIMU,为旋转弹提供完整的导航信息.设计并制作了一种十二加速度计的惯组实物模型,并在此基础上分别提出了方向安装误差角及位置安装误差的标定方案.根据存在安装误差的角速度解算精确数学模型,采用一种优化算法--最小二乘优化迭代方法,可以精确地补偿加速度计的安装误差.仿真结果表明,经补偿后误差被有效抑制,在20 s内姿态角的累积误差均能保证在以内,满足高精度姿态解算要求,具有一定实际应用价值.     

四环空间稳定平台姿态角的解算

不同于当地水平稳定系统,空间稳定系统中的姿态角信号不能够由平台框架角直接测量,而必须经过一系列计算才能够产生。为指导四环空间稳定平台的姿态角解算,在坐标变换的基础上,推导了平台姿态角的解算方程,设计了姿态角解算中的关键系统—高精度平台框架角测量系统。在此基础上,给出了姿态角解算的算法流程。系统测试结果表明,该方法能够正确解算四环空间稳定平台惯导系统的姿态角,在采用精准的陀螺漂移模型并引入外速度及高度阻尼后,姿态计算的数据处理误差可以控制在20″以内,能够满足高精度惯性导航系统的需要。     

激光陀螺POS惯性数据滤波及时延补偿

激光陀螺作为位置姿态测量系统(POS)的核心传感器,其精度直接决定激光陀螺POS系统精度,围绕机抖激光陀螺信号去噪的需求,基于FIR滤波器建模的方法,设计了FIR数字低通滤波器;针对滤波器导致的信号延迟问题,根据FIR数字滤波器群延迟特性建模,提出了激光陀螺POS数据时延补偿方法。静态实验结果表明,设计的FIR数字低通滤波器降低了激光陀螺抖动噪声功率达80dB。进一步通过飞行实验表明,提出的方法降低了激光陀螺POS系统姿态角误差,与POS/AV510相比航向角误差由0.017°降低到0.01°,俯仰角误差由0.007°降低到0.005°,横滚角误差由0.016°降低到0.005°,满足了机载InSAR对激光陀螺POS精度要求。     

基于加速度计的单轴旋转自主式寻北方法

基于加速度计的无陀螺寻北方法是无陀螺惯性导航必须解决的关键问题。目前加速度计的分辨率无法直接敏感地球自转北向分量,文中设计了一种基于定轴旋转的自主式寻北模型。通过将地球自转北向分量加载在载体旋转角速度上,实现加速度计间接敏感地球自转北向分量,从而进行寻北的功能。该模型可以实现载体任意状态下的寻北功能,并精确解算载体姿态。分析了影响寻北精度和姿态解算精度的几个主要因素。仿真结果表明:加速度计的分辨率和信号采集精度是决定模型寻北精度和和姿态解算精度的关键要素。当加速度计分辨率为5×10-6g,信号采集精度为9mV时,其寻北和姿态解算精度可以达到0.20。