摇摆状态下捷联惯导系统初始对准技术的研究

研究了摇摆状态下捷联惯导系统的初始对准技术,提出了一种新的对准方案:将初始对准作为一种工作状态嵌入到导航解算中,利用姿态解算构建的“数学平台”来隔离基座的摇摆运动,同时采用二阶调平、方位误差估算方法完成初始对准。通过计算机仿真和三轴转台摇摆实验证明该方案可以有效实现摇摆状态下的对准。     

船用捷联惯导系统的姿态算法研究

本文研究了在船舶摇摆运动下的捷联惯导系统姿态算法问题，对于不同的采样周期，姿态误差不同的情况，得出了船用捷联系统应该采用等效转动矢量法消除不可交换性误差，以提高姿态精度的结论，仿真结果表明在不减小采样周期的前提下，等效转动矢量法能大大提高姿态精度。     

船用光纤陀螺航姿系统动态对准

为提高船用航姿系统的对准精度和对准速度，提出了摇摆条件下的两位置对准方案。应用分段线性定常系统理论和可观测度的奇异值分解法，分析了动基座下航姿系统的可观测性和可观测度，并在摇摆台上进行了光纤陀螺航姿系统的两位置对准试验。理论分析结果表明，两位置对准可以提高系统状态变量的可观测度，尤其对加速度计误差和方位失准角的可观测度提高作用明显。摇摆试验的结果则表明，两位置对准可以使方位角对准精度提高3倍以上，同时加快了卡尔曼滤波器的收敛速度。摇摆条件下的两位置对准为船用航姿系统动态对准提供了新的途径。     

步进摩擦分析测试平台的研制

研制了步进摩擦分析测试平台,可用于检测人体在静止及运动路面上的步进摩擦特性.该平台主要由六自由度摇摆台、三维测力台和数据采集系统三部分构成,六自由度摇摆台可提供六个自由度的任意组合运动,用来模拟舰船、海浪和地震等工况;三维测力台可测量出人体在行走时的三维力和力矩;数据采集系统将六自由度运动平台和三维测力台的输出数据采集并保存到计算机中,用来分析人体运动时的步进摩擦特性.采用研制平台进行了一组试验,结果表明:人在上、下坡行走时的垂直地面反作用力与在水平路面行走时的垂直地面反作用力具有不同的分布规律,并且垂直地面反作用力均随坡度角的增大而减小.     

活力板运动的动力学分析

作为一种特殊的滑板运动,活力板依靠乘员自身的摆动和扭动前进. 本文分析活力板运动的动力学 原理. 当乘员的动作引起前后板的周期性摇摆时,地面对轮缘的摩擦力可产生向前 的推动效应. 导出推力平均值的计算公式, 并解释蛇形轨迹的产生原因.     

基于三轴摇摆台的高精度姿态试验系统

为了评定长时间船用高精度惯性导航系统姿态精度,研究利用三轴摇摆台模拟船舶运动和输出姿态基准.首先,设计实时、同步和高速的软硬件方案.其次,推导姿态基准的解算方法,并进行水平、方位的初始对准.最后,给出机械误差和水平、方位对准误差所引起的姿态误差.试验表明,三轴摇摆台给出的姿态基准均方根误差在10″内,试验系统能够实时、同步地给出姿态误差.     

挠性捷联惯性导航系统误差补偿技术

为了补偿载体角运动和振动引起的捷联惯性导航系统导航误差,通过分析载体角运动引起的圆锥误差,挠性陀螺刻度因数非线性、姿态角速率引起的加表零位变化等因素对导航结果的影响,采用三子样算法和非线性补偿技术,对上述误差进行了补偿。摇摆试验和跑车试验证明,通过上述补偿后,姿态精度、水平定位精度、垂直定位精度有明显的提高。     

利用H∞滤波器改进舰船SINS在摇摆基座上的初始对准

在摇摆状态下,利用常规Kalman滤波器得到的初始对准精度较低。为了提高捷联惯性导航系统在舰船摇摆基座上的初始对准精度,提出应用鲁棒扩展H∞滤波器实现初始对准。鲁棒扩展H∞滤波器是建立在鲁棒控制理论基础上的次优估计算法,以牺牲一定的准确性来提高滤波器的鲁棒性。在摇摆基座初始对准中利用鲁棒扩展H∞滤波器,是为了克服在大干扰情况下,系统误差模型不准确造成Kalman滤波器估计误差较大的问题。半物理仿真试验结果表明:在舰船横摇、纵摇、艏摇运动环境下,采用鲁棒扩展H∞滤波器得到的初始对准姿态角误差在12″(1σ)以内,方位角误差在15′(1σ)以内,优于使用Kalman滤波器的结果。     

捷联惯导系统算法比较研究

运用四子样圆锥补偿现代捷联惯导系统姿态算法、针对船舶的摇摆运动在数字信号处理芯片（DSPs)上进行了仿真，并与三子样圆锥补偿算法，三子样等效转动矢量法和单子样毕卡逼近法的仿真，并与三子样圆锥补偿算法、三子样等效转动矢量法和单子样毕卡逼近法的仿真结果进行了比较。结果表明：四子样圆锥补偿能更有效地抑制不可交换误差，提高姿态精度，且整个导航算法在TMS320C6211 EVM仿真器上运行，所花时间为5．3毫秒。     

基于多项式拟合的抗扰动纬度估计和粗对准方法

针对纬度未知条件下捷联惯导系统(SINS)扰动基座下初始对准问题,提出了基于惯性系比力积分及多项式拟合的纬度估计与粗对准算法。首先,基于惯性系和姿态阵链式分解,隔离角晃动;其次,通过比力积分,平滑高频线运动干扰和加速度计噪声;最后,对比力积分进行以时间为自变量的三次多项式拟合,进一步抑制线运动干扰,同时根据拟合参数实现纬度估计和粗对准。转台摇摆对准实验结果表明,高精度光纤捷联惯导系统采用该算法可以在1 min内实现纬度估计和粗对准,纬度估计精度优于0.2°(RMS),以静基座对准后姿态保持结果作为摇摆状态姿态参考时,水平姿态角相对偏差小于0.001°(RMS),航向角相对偏差不大于0.07°(RMS),可满足粗对准工程应用的快速性和精度要求。     

Observability and topological dynamics

Using methods of topological dynamics, we study sufficiency conditions for observability of a given dynamical system (X, T) by a continuous output function. In particular, we show that ifX has either finite topological or covering dimension andT does not have infinitely many periodic points with same period, then (X, T) admits an observable. The paper also gives a partial survey of various related results and improves some of them.Dedicated to the memory of Douglas McMahon.     

GEOMETRIC FRAMEWORK AND MINIMAL REALIZATIONS OF NONLINEAR SYSTEMS ON FIBRE BUNDLE

ＧＥＯＭＥＴＲＩＣＦＲＡＭＥＷＯＲＫＡＮＤＭＩＮＩＭＡＬＲＥＡＬＩＺＡＴＩＯＮＳＯＦＮＯＮＬＩＮＥＡＲＳＹＳＴＥＭＳＯＮＦＩＢＲＥＢＵＮＤＬＥＭｕＸｉａｏｗｕ（慕小武）（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＭａｔｈｅｍａｔｉｃｓ，ＺｈｅｎｇｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓ...     

车载捷联惯导系统静止条件下的初始对准方法研究

根据捷联惯导系统(SINS)的误差模型，从提高初始对准中卡尔曼滤波估计的可观测性和可观测度的角度出发，提出了同时利用加速度表的输出和速度误差量这两种信息作为卡尔曼滤波的测量量，对陆地车辆捷联惯导系统在静止条件下进行初始对准。可观测性定性分析、可观测度定量计算和仿真结果都表明，充分利用外部可观测信息，可以提高系统的可观测性和可观测度，加快初始对准的速度，减小估计误差。该方法已经在实际的SINS中得到应用。     

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。     

基于SVD方法的lNS传递对准的可观测性能分析

在惯导系统一般的误差动态方程和速度观测方程的基础上，建立了姿态传递对准所必需的弹、舰相对姿态误差方程和观测方程。介绍了基于动态系统可观测性矩阵奇异值分解的状态变量可观测度的分析方法。用奇异值分解的方法，对同时采用速度和姿态传递的INS对准模型，分析了系统变量的可观测性和可观测度，为对准方程的可观测性结构分解和误差估计性能的改善提供了必要的基础。     

亏损系统振动模态的可控可观性

利用奇异值分解方法来讨论系统广义模态的可控可观性的量度问题,得到了亏损系统广义模态可控可观性的量度指标,同时用实例说明了本文方法是有效的。     

基于SVD的SINS多位置对准可观测性分析

针对捷联式惯导系统多位置对准可观测性的问题,以捷联式惯导十状态误差方程为研究对象,利用卡尔曼滤波分别得到固定位置对准与二位置对准以及二位置对准与三位置对准时的方位失准角估计误差收敛情况。在分段线性定常系统理论的基础上,利用奇异值分解的方法,分别对固定位置对准以及二位置对准时的系统各状态变量的可观测性进行分析。仿真结果表明,三位置对准和二位置对准时的方位失准角估计误差达到的稳态误差是一致的,并且多位置对准能够改善捷联惯导系统各状态变量的可观测度。该研究结果不仅为确定并提高捷联惯导系统各状态的可观测度提供了途径,而且为捷联式惯导系统的可观测性达到最佳以及捷联惯导系统对准精度的快速提高提供了理论基础。     

一种改进的基于小波神经网络的SINS快速初始对准方法

捷联惯性导航系统静基座初始对准的可观测度低,采用卡尔曼滤波等最优滤波方法进行SINS初始对准时,方位失准角收敛慢且存在滤波器实时性较差的问题。对此提出了一种改进的基于小波神经网络的SINS静基座快速初始对准方法。该方法采用一个小波神经网络替代卡尔曼滤波器,利用该小波神经网络估计出两个水平失准角等SINS误差,然后利用两水平失准角快速收敛的估计结果,通过另一个小波神经网络对方位失准角直接进行快速估计。初始对准试验结果表明,该方法在保证对准精度的情况下大幅度地提高了SINS静基座初始对准的速度,同时也大大提高了系统状态估值运算的实时性。     

GPS/SINS系统空中对准姿态角误差可观测性研究

提出一种新的判断系统可观测性和可观测度的方法,详细分析了机体各种运动对系统姿态角误差可观测性和可观测度的影响,并把该方法应用于组合导航系统的可观测性和可观测度的研究中。该方法利用了误差状态的最小二乘估计均方误差阵的特征值和特征向量,能判断系统的可观测度,避免进行卡尔曼滤波计算求协方差阵。仿真结果表明该方法简单、快速、有效。     

一种快速精确的捷联惯导系统初始对准方法研究

由于传统的多位置对准方法在用卡尔曼滤波器对其状态变量进行估计时，方位失准角收敛很慢，因此提出了一种快速多位置对准估计方位失准角的方法，直接利用两水平失准角快速收敛的估计结果对传统多位置对准中方位失准角的估计，从而大大提高了捷联惯导系统静基座对准的精度和速度。计算机仿真结果验证了该方法的有效性。