数字信号处理技术在陀螺多位置寻北仪中的应用

在分析陀螺多位值寻北仪工作原理的基础上，采用求平均值和数字滤波处理陀螺输出数据，并比较了寻北结果重复性。试验表明：数字滤波后寻北精度明显提高。为进一步提高寻北精度，比较了数字滤波、AR(2)模型、小波滤波和Kalman滤波四种信号处理方法。结果表明：数字滤波、AR(2)模型和小波滤波均可以提高陀螺输出信号重复性，小波尺度重构出来的信号方差比原始信号方差降低一个数量级，Kalman滤波器使陀螺输出重复性提高30倍。由于这些方法使陀螺输出更加平稳，因而有利于提高指北仪最终寻北精度。     

陀螺寻北仪中测量信号的在线建模与滤波

针对光纤陀螺寻北仪中光纤陀螺(FOG)和加速度计的随机误差,采用改进型二阶自回归AR(2)模型,在线建立了光纤陀螺和加速度计随机误差模型。根据该模型,建立了FOG陀螺寻北仪的12阶Kalman滤波器,实现了两个FOG和两个加速度计测量信号在寻北过程中的实时滤波。仿真、Allan方差分析与寻北试验结果表明:FOG信号中随机游走、零偏不稳定性、变化率随机游走、变化率斜坡和量化噪声五项噪声源误差系数都小于滤波前的二分之一;在减小光纤陀螺和加速度计测量信号中的随机误差,提高其精度的同时,FOG寻北仪的寻北误差减小了0.3 mil。     

量测噪声自动加权Kalman滤波

从Kalman滤波技术的稳定性出发,分析了Kalman滤波算法的实质及容量发散的原因。提出在Kalman滤波中引入了系统量测噪声协方差阵（R）的计算,并对其加权,从而影响滤波增益,抑制发散。推算舰位／GPS组合导航的应用仿真表明：量测噪声自动加权Kalman滤波算法对系统模型误差和量测噪声协方差误差具有良好的自适应性。     

光纤陀螺信号的解耦自适应Kalman滤波降噪方法

针对光纤陀螺(FOG)输出信号的随机噪声问题,提出了一种解耦自适应Kalman滤波方法用于FOG信号降噪。方法采用Allan方差分析法估计量测噪声的方差参数,Kalman滤波过程与量测噪声方差的估计过程完全独立,避免了Kalman滤波器与量测噪声估值器间的相互耦合。利用时间序列分析法对FOG的随机噪声进行建模,并在建立的二阶自回归模型的基础上,采用本文滤波方法对采集的FOG实测数据随机噪声进行了试验验证。与传统方法相比,提出的滤波方法具有更好的降噪效果,噪声均方误差降低40%以上。     

自适应Sage-Husa粒子滤波及其在组合导航中的应用

针对非线性滤波问题,提出一种新的自适应Sage-Husa粒子滤波算法。通过Sage-Husa滤波方法计算状态估值和协方差阵来获得重要性密度分布函数,充分考虑了最新量测信息的影响,并利用欧氏距离和反映量测噪声统计特性的精度因子自适应地调整粒子权值的分布,降低粒子退化程度,提高了滤波精度,适用于非线性非高斯系统模型的滤波问题。将提出的算法应用于SINS/SAR组合导航系统中,与扩展Kalman滤波和粒子滤波比较,仿真结果表明,自适应Sage-Husa粒子滤波能提高导航系统定位的解算精度,得到的东向和北向定位误差控制在?5.3m附近,其性能明显优于扩展Kalman滤波和粒子滤波。     

基于Allan方差解耦自适应滤波的旋转SINS精对准方法

对旋转式SINS精对准方法进行了研究,由于转位机构转动干扰以及惯性器件误差不确定性带来的影响,旋转式SINS状态方程和量测方程噪声方差参数难以确定,进而导致初始对准精度降低,针对这个问题引入自适应Kalman滤波技术。Sage-Husa是一种常用的自适应滤波算法,但是存在噪声参数强耦合缺陷。通过研究Allan方差与量测噪声方差之间的关系,利用Allan方差滤波器具有带通滤波的特点,独立计算量测噪声协方差阵R_k,该方法能够有效克服Sage-Husa滤波耦合问题,相比其它改进方法具有简单易实现等特点。对该研究进行了仿真实验与实际系统验证实验,结果表明:对于中等精度光纤陀螺单轴旋转SINS,自适应Kalman滤波算法航向角对准精度比标准Kalman滤波算法精度要高0.6’左右,且在误差估计过程中,自适应Kalman滤波器能够更好地抑制外界干扰误差的影响,是一种较好的精对准方法。     

基于相关滤波算法的全姿态加速度计寻北方案

加速度计寻北仪由于其角速度测量原理采用的是动态测试方案.考虑到采用数据拟合的方法处理动态测试数据去噪效果不强,而相关滤波算法作为一种专门在动态测试中应用的相位检测算法,对随机噪声和谐波噪声都有很强的抑制作用,提出了利用相关滤波算法进行信号去噪并提取北向角信息的思想;在此基础上,通过分析平台姿态角与寻北角之间的解析关系,推导了可以消除姿态影响的姿态补偿算法,该算法需要再增加两个加速度计敏感姿态角.仿真结果显示,相关滤波算法对加速度计中的各类噪声有很好的抑制作用,而经过姿态补偿改进后的相关滤波算法,消除了姿态角造成的原理性寻北误差,可以实现全姿态加速度计寻北,最终的等效调平误差仅为仪表误差所引起.     

基于抗差自适应Kalman滤波的车辆定位新方法（英文）

针对车辆定位的特点,提出一种基于旋转调制技术及运动学约束的车辆定位新方法。首先,对量测方程进行改进,并对量测噪声进行白化;然后,针对系统存在动态模型误差及观测异常情况,采用抗差自适应Kalman滤波算法抑制上述误差对状态参数估计的影响;最后,将该方法应用到实际的车辆定位系统中。实验结果显示,与传统Kalman滤波法的结果相比,新方法得到的东向和北向最大位置误差均小于Kalman滤波算法,定位精度较Kalman滤波算法提高26.7%,表明该方法具有很好的鲁棒性和自适应能力,能有效抑制系统模型误差及观测异常对系统的影响,从而提高车辆定位精度。     

基于Allan方差解耦自适应滤波的MHD/MEMS信号融合方法

为满足卫星平台对宽频带角速率测量需求,补偿磁流体动力学(MHD)微角振动传感器低频误差,提出了一种基于Allan方差的解耦自适应Kalman滤波方法,实现了MHD微角振动传感器与MEMS陀螺仪的组合测量。该方法使用Allan方差计算量测噪声的方差,克服了标准Kalman滤波对模型参数精确性要求较高的缺点,同时避免了自适应Kalman噪声参数耦合易滤波发散的问题。实验证明解耦自适应Kalman对单频和混频信号均实现较好融合效果,均方误差降低至融合前的30%,信噪比改善超过10 dB。融合后的输出信号满足卫星千赫兹带宽的测量需求,可用于惯性测量单元中。     

自适应Kalman滤波在SINS初始对准中的应用

为了提高捷联惯导系统的对准精度和收敛速度,提出了一种基于Sage-Husa自适应滤波算法的初始对准方法。针对方位小失准角的情况,推导出精对准误差模型和自适应Kalman滤波方程。常规Kalman滤波算法,在噪声统计特性已知的情况下,使用比较方便;多数情况下,噪声统计特性是处于未知状态,从而引入自适应Kalman滤波算法。它利用观测到的数据自动进行噪声统计特性的在线估计和修正,使系统达到最佳的滤波效果。通过仿真验证,该自适应滤波算法有效地提高了收敛速度和对准精度。     

基于MARG传感器的自主姿态测量新算法

针对基于三轴陀螺、三轴加速度计以及三轴磁强计组成的传感器组合(MARG传感器)的姿态测量算法存在的不足和限制,以自主姿态测量为前提,提出了一种新的基于四元数的优化递推估计算法。这一算法能够在线估计补偿陀螺漂移误差,不再需要对系统方程进行线性化处理。与基于EKF的方法相比,在同等计算复杂度下,该算法具有更高的精度和更好的稳定性。算法本身内蕴了对四元数单位长度的限制,不再需要任何归一化处理。仿真结果显示出了该算法具有令人满意的效果,利用水上漂浮试验初步验证了该算法的稳定性。     

激光陀螺漂移的数据建模和滤波

在对激光陀螺漂移数据建立时间序列模型的基础上,采用卡尔曼滤波算法对激光陀螺的漂移数据进行了处理,并用频谱分析和Ａｌｌａｎ 方差分析的方法,对滤波的结果进行了分析,表明此方法能有效地提高激光陀螺的精度。     

不等间隔角速率输出的捷联航姿算法研究

结合实际系统陀螺输出为不等间隔角速率信号且时间间隔已知的特点，将陀螺输出数据的时间间隔引入定时增量算法，提出了一种梯形积分增量算法。为补偿圆锥运动误差，推导了不等间隔角速率输出时的旋转矢量二子样算法，并在典型圆锥运动条件下，将本算法与甚童的捷联姿态算法进行比较。结果表明：在陀螺输出为不等间隔的角速率信号时，不等间隔的等效旋转矢量算法具有一定的优越性。     

激光陀螺随机漂移数据建模与滤波

在对激光陀螺漂移数据建立时间序列模型的基础上，对激光陀螺的漂移数据进行了卡尔曼滤波。结果表明此方法能有效地抑制激光陀螺的随机误差。     

卫星惯性/星光组合自主定姿方法研究

利用星敏感器测量所得的恒星星光方向信息,采用六状态变量推广卡尔曼滤波,得到卫星姿态误差和陀螺漂移误差信息并进行相应的修正。仿真结果表明,这种方法修正效果良好,采用中等精度陀螺组件就可以实现高精度定姿;仿真结果还验证了陀螺随机误差、星敏感器测量噪声和滤波周期等因素对定姿精度的影响。     

渐消卡尔曼滤波器的最佳自适应算法及其在陀螺随机常值漂移标定中的应用

本文依据卡尔曼滤波器在使用最佳增益时，其余差序列互不相关的性质，开发了一种新的渐消滤波算法。该算法根据对象输出，在线自适应地调整遗忘因子，从而使滤波器在对象模型存在误差或对象受到外扰时，仍收敛并保持最佳性。该算法应用于陀螺随机常值漂移的标定，取得较好效果     

长寿命、低功耗、低噪声液浮陀螺仪技术分析

根据我国目前液浮陀螺仪的应用特点，结合已应用于型号的单自由液浮陀螺仪产品，对研究并设计新型长寿命、低噪声、低功耗液浮陀螺仪的各种关键因素做了较为详细的分析，通过分析提出设计该型陀螺仪采取的方法。     

Mathematical model of the sensor unit for processing on-board algorithms of navigation systems

Recently, strapdown gyro navigation systems have become widely used. In such systems, sensors, gyros, and accelerometers are placed directly aboard the object and an imaginary analytic trihedral is used instead of a stabilized gyroplatform. The object orientation with respect to the analytic trihedral is calculated by numerically solving the Poisson equations taking into account the readings of gyro sensors measuring the object angular velocities. The mutual orientation parameters permit recalculating the apparent acceleration measured by the accelerometers on the object axes for the axes of the analytic trihedral. In the analytic trihedral, the navigation problem is solved in the same way as it is solved in platform systems but, in the whole, the functions of the onboard algorithms of strapdown systems are significantly more complicated than those of platform systems. The possibility of detailed processing of on-board algorithms is of great importance for ensuring the accuracy of the entire navigation system.In the present paper, we state algorithms for reproducing the exact readings of ideal gyro sensors and the exact readings of ideal accelerometers under bench operating conditions of the system under an angular motion imitating the object orientation evolution and the possible angular vibration. Simultaneously, we calculate the exact position and orientation parameters, which can be compared with the results produced by the on-board algorithm.     

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。     

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。