基于递推最小二乘的航姿系统罗差校正

为校正姿态与航向参考系统使用环境中软硬铁产生的罗差,提出了一种利用地磁场连续转动信息补偿三轴软硬铁的方法.由于陀螺短时精度高,初始对准后短时内可得到精度较高的捷联矩阵,如果已知当地磁倾角,由捷联矩阵可将已知的地磁场投影到载体系.当航姿系统改变姿态角连续转动时,采用递推最小二乘算法来估计12个罗差参数.实验说明,与常用罗差校正方法相比,此方法在全姿态范围内效果更好,水平时航向角精度为0.3°,35°倾角航向角精度为1.1°,59°倾角航向角精度为1.2°.     

两种多天线GNSS定姿方法的精度分析

基于高精度多天线GNSS基线分量及精度估计结果,实现了两种常用的多天线定姿方法:直接姿态法和最小二乘姿态法。利用一套车载三天线GNSS实测数据和高精度惯性导航系统(陀螺漂移0.005(°)/h,加速度计零偏优于10~(-3)g)输出的姿态结果,深入分析了两种定姿方法的内、外符合精度。实验结果表明:两种定姿所解算的航向角、俯仰角和横滚角的精度分别为:直接法的内符合精度约为0.3°~0.5°、0.3°~1.0°、0.5°~1.0°,最小二乘法约为0.1°、0.2°~0.5°、0.5°~2.0°,即最小二乘法对航向角估计有明显改善,对俯仰角和横滚角改善不明显;两种方法的姿态外符合精度(消除航向系统偏差)基本一致,约为0.08°、0.15°、0.42°,但是最小二乘法得到的航向角系统偏差更小。     

基于地磁测向和时间到达差测距的行人航迹推算方法

为研究个人鞋式导航定位方法,提出了一种基于地磁测向和时间到达差测距的行人航迹推算方法。该方法分为两部分:依靠地磁辅助的航向角检测和依靠时间到达差测距的行人步幅检测。研究结果发现,采用超声波收发阵列可以有效提高两脚间距离检测精度。此外本文分析出该方法的主要误差来源为航向角检测误差,并设计了最小二乘误差补偿算法,补偿前航向角误差约为15.93°,补偿后在0.435°以内。实验通过行人直线、圆形、操场行走测试,结果表明最大定位误差占总行进距离的1.2%。本方法具有广泛的工程应用前景。     

INS/Doppler/GPS组合导航系统中航向误差的辨识

提出了一种INS/Doppler/GPS组合导航系统中航向误差的辨识方法.经过坐标转换得到的Doppler速度中包含了惯导系统航向误差的影响,可以考虑以GPS速度为基准信息,从Doppler速度中解算航向误差.但由于速度噪声的影响,这样得到的航向误差带有大量噪声.该方法用一个以时间为变元的多项式来逼近航向误差,以解算出的航向误差作为观测量,采用递推最小二乘法辨识出该多项式的各次项系数,进而计算出航向误差,达到滤除观测噪声的效果.仿真试验表明,在GPS速度噪声标准差为0.1 m/s、Doppler速度噪声标准差为0.5 m/s的情况下,航向误差的辨识精度优于0.22(2σ),收敛时间不超过120s.     

激光陀螺捷联系统高精度加速度计非线性模型参数标定

为克服激光陀螺捷联系统内减振变形引入的加速度计测量误差,建立以陀螺敏感轴为约束的IMU机体坐标系。针对零偏稳定性优于5×10?6g的高精度加速度计非线性项误差不可忽视的特点,提出加速度计非线性测量模型。基于角位置精度为5″的三轴转台,采取最小二乘分步辨识的思想,借助线性化方法,首先正交多位置转台转动辨识出加速度计的二次项系数,再倾斜转台多位置辨识出加速度计的交叉耦合项系数。实验结果表明,转台正交位置时,基于非线性模型的加速度计重力值测量误差的标准差减小至线性模型的9.38%,且3次实验得出的由模型二次项系数引入的测量误差的最大标准差为8.53×10?7g;转台倾斜位置时,基于非线性模型的加速度计重力值测量误差的标准差减小至线性模型的31.41%,且3次实验得出的由模型交叉耦合项系数引入的测量误差的最大标准差为1.14×10?6g,从而实现高精度加速度计的精确标定。     

LS-SVM在随机振动在线自适应逆控制中的应用

针对随机振动试验中波形再现实现中的非线性和不确定性的特点,提出了一种基于最小二乘支持向量机的自适应逆控制方法.首先根据试验样本数据利用模糊贝叶斯推断确定最小二乘支持向量机的参数,然后给出了基于最小二乘支持向量机的自适应逆控制器的设计方法,最后给出了随机振动在线自适应逆控制结构.实验结果表明该方法的有效性.     

基于椭球曲面拟合的三维磁罗盘误差补偿算法

针对现有三维磁罗盘误差补偿速度慢、需专用转台、野外使用不便的问题,提出了一种建立总磁场的不等边椭球曲面数学模型进行误差补偿的方法.首先根据Poisson方程描述的总磁场测量模型,得出一般椭球曲面模型,然后,采用牛顿迭代法对椭球曲面方程线性化,分别使用最小二乘法和总体最小二乘法计算线性化方程,推导椭球曲面拟合的数学公式,计算椭球曲面参数,最后,利用最小二乘法提出并推导参数初值的计算公式,给出了选取数据点的方法.实验结果表明,仅手持磁罗盘在各象限旋转即可实现误差补偿,航向测量精度可达0.8°,补偿精度与传统的转台补偿基本相同,而补偿方式更为灵活,适用于无转台设备的野外环境测量使用.     

一种正交三轴磁罗盘的椭球拟合分步优化补偿方法（英文）

地磁与重力一起构成了无源导航的基本组成部分。针对嵌入在航姿参考系统中的磁罗盘易受到外部环境干扰问题,提出采用带有椭球约束的最小二乘法分段法,及牛顿-拉夫逊迭代对磁场干扰补偿系数进行分步求取,即在硬磁、软磁系数补偿中采用分段优化,以减小外部磁场干扰对相关参数估计的影响。在多干扰源及噪声条件下进行仿真试验(Matlab数字模拟)及Honeywell HMR3000磁罗盘的转台实验,结果表明:相比未补偿情形,两步优化校正后的总地磁场强度误差估计值由30μT下降到0.7μT,磁罗盘输出航向误差均值估计值由6.2°减小到0.5°。经验证,方法具有强收敛性,在实际地磁测量应用中具备可靠及兼容性能。     

基于运动学非完整约束的里程计参数在线辨识

针对里程计标度因数误差以及安装误差对捷联惯导/里程计组合导航精度存在较大影响的问题,提出一种基于运动学非完整约束的里程计参数在线辨识方法。通过建立航位推算误差模型,利用里程计输出,计算车辆的向心加速度,并与捷联惯导的加速度计输出计算的向心加速度做差作为量测之一;将里程计与捷联惯导输出的速度做差作为量测之二;通过卡尔曼滤波实现里程计标度因数误差以及安装误差的在线辨识。仿真结果表明,该方法组合导航相比速度组合导航,当车辆行驶960s,其东向定位精度提高19.6 m,北向定位精度提高14.2 m。仿真和车载试验结果均表明该方法能实现里程计参数的有效辨识以及航向安装偏差角的估计,有助于提高组合导航精度。     

单轴旋转惯性导航系统的水平姿态角误差修正方法

在单轴旋转惯性导航系统中,旋转轴不正交误差对于水平方向上的姿态角会产生一定的影响。针对传统最小二乘拟合估计旋转轴不正交角存在拟合近似误差大、未考虑到数据的统计特性等缺陷,提出一种基于Kalman滤波的水平姿态角误差修正方法。在传统方案的基础上,增加以加速度计的输出作为观测量,并采用带有确定性控制项的Kalman滤波方法估计旋转轴不正交角,进而修正转轴不正交误差。仿真实验结果表明,转轴不正交角较大时,该方案将水平姿态角误差峰峰值从传统的最小二乘拟合修正方案的50'进一步降低至10'以内,精度提升了约80%。实际试验结果表明该方案相比于传统的最小二乘拟合修正方案,提升了水平姿态角精度。     

里程计辅助陆用惯导行进间对准方法

行进间对准技术能够使惯导在运动状态下完成系统初始化,它对于提高载体机动能力具有重要作用。与静基座对准不同,行进间对准通常需要利用外部设备(在陆用导航领域,通常使用GPS或里程计)提供载体运动信息对惯性导航系统输出进行补偿和修正。由于里程计辅助的行进间对准具有全自主的特点,因而被广泛采用。本文通过对里程计误差进行合理建模,并采用位移增量匹配方法实现了里程计和惯导系统的组合。同时,针对复杂路面环境下由于车体侧滑、空转等造成里程计测量失准等故障现象进行有效诊断,以此提高了组合导航系统的可靠性。通过行进间对准试验,结果表明由里程计辅助的惯导系统经过10 min初始对准,航向误差小于0.05°,精度和静基座相当。     

基于自适应遗传算法的三轴磁强计校准

针对MEMS磁强计的精度无法满足姿态测量系统的航向角测量要求,对磁强计的误差来源进行了模型化分析,设计了一种基于自适应遗传算法的空间椭球磁强计校准方法.首先,采取自适应遗传算法,对磁强计测量的原始数据进行空间椭球的拟合,用估计的参数进行刻度系数、软磁干扰、硬磁干扰与零位偏置的综合误差补偿.其次,利用最小二乘法求解出非正交轴的方向余弦,进行非正交误差和安装误差的补偿.最后,将该方法应用到某姿态测量系统中,分别用未补偿和补偿后的数据进行姿态测量实验,实验结果表明该方法准确计算出磁强计的误差参数,使补偿后的航向角精度提高了6.8倍.     

基于方位旋转调制的平台式惯导系统“一点校”

为了提高惯导系统长时间导航精度,需要在导航阶段对系统进行综校。设计了一种基于方位旋转调制技术的平台式惯导系统一点校方案。方位旋转调制技术可以有效地调制水平惯性敏感元件误差,降低其对系统工作精度的不利影响,这为"一点校"方案的实施提供了前提。分析了方位旋转式平台惯导系统的误差模型,得到了系统误差与误差源之间的解析关系。通过分析研究系统的误差传播特性,建立了方位陀螺漂移与系统位置误差的数学模型,完成了方位旋转式平台惯导系统的"一点校"方案设计,通过系统试验验证其有效性,方位陀螺常值漂移为0.003(°)/h的条件下,经10 h一点校,40 h一点校后,72 h定位误差小于1nmile,航向误差小于1′。     

基于温度变化Fourier展开的惯导航向效应补偿

航向效应对高精度空间稳定平台式惯性导航系统具有致命的影响。根据系统变航向导航试验数据,分析了变航向引起温度及平台漂移变化的作用机理,讨论了平台漂移变化与温度变化的相关性,进而提出基于温度变化Fourier展开的航向效应补偿方法。采用滑动最小二乘拟合导航误差的方法提取平台常值漂移的变化,并以此为观测量标定平台漂移的温度系数。最后,利用多组变航向试验数据对所述补偿方法进行验证,结果表明:平台常值漂移变化与温度变化基波分量的幅值具有强相关性,该补偿方法可将温度变化引起的航向效应误差降低40%~90%,具有较强的工程应用潜力。     

七孔探针的神经网络校准与制造偏差分析

作为一种可以同时获得流动速度的大小和方向、以及总压和静压的气动测量装置,七孔探针能够被广泛应用于各种大角度的流动测量。但是它的校准过程周期很长,代价昂贵,影响了探针的推广和批量制造。神经网络算法被用于该探针的校准过程,弥补常规校准方法的不足;在掌握足够多数据点的前提下,一个经过优化的神经网络结构使得对校准精度的提高和进一步改善大角度条件下的探针性能成为可能;同时本文利用CFD数值方法分别模拟了两根探针的不可压绕流流动,实现其数值校准过程,通过对结果的比较和对探针制造过程中产生的典型的制造偏差进行分析,研究了典型制造偏差对校准系数和校准精度的影响。     

基于速度辅助的车载卫星定向模糊度动态确定方法

针对车载双天线卫星定向系统的载波相位模糊度动态确定,探讨了速度辅助对模糊度搜索空间的约束性能,首次提出主天线速度矢量方向与车体纵轴之间偏离角的定量表达式,从而实现了准确设置卫星定向模糊度解算中的航向搜索范围。对实际车载数据的分析验证了该方法的有效性,不但适用于车载纯卫星定向系统,而且适用于多天线卫星定向（定姿）/IMU组合车载航姿确定系统,可显著提高卫星定向动态模糊度搜索速度及成功率,尤其增强车辆机动时的模糊度初始化性能。     

一种基于半参数回归的加速度计误差模型辨识方法

为了解决加速度计离心机试验中系统误差和未建模误差对加速度计模型辨识的影响,将统计学中的半参数回归方法引入到加速度计的模型辨识中,建立了加速度计的半参数回归模型,提出了一种基于最小二乘-半参数回归模型(LS-SPRM)的估计方法,该估计方法利用最小二乘法估计加速度计的误差模型系数,利用半参数回归方法估计加速度计测试中的系统误差,并通过检验残差是否为白噪声作为判断是否有系统误差的条件。在半参数模型的估计中,采用二阶段估计方法,利用三次样条函数进行非参数部分的估计,并讨论了光滑参数的选取方法。仿真试验结果表明,采用该方法能够较好地补偿由于系统误差和未建模误差带来的影响,使加速度计模型辨识的标准差较普通最小二乘法减小45%左右,估计的残差也减小了近一倍。     

直感式磁罗经一纬度上自差校正的适应范围

磁罗经自差中含有不随磁纬度变化和随磁纬度变化两部分,而在某一纬度进行的自差校正仅消除了不随磁纬度变化的部分;随地理纬度或磁纬度变化导致的自差发生变化部分并没有得到有效的消除。因此,磁纬度变化在一定程度上影响了磁罗经的正常使用,必须对在完成一次自差校正后,自差系数能够适应的磁纬度范围进行研究。基于磁罗经自差理论中的泊松方程,分析和研究了直感式磁罗经由于磁纬度变化导致航向产生误差的问题,提出了在给定指向误差的前提条件下,建立了完成一个纬度上自差校正后自差系数的磁纬度适应范围的分析方法。理论分析和实测试验结果表明,所建立的自差系数与航向误差间关系,对于为把握自差校正时机和正确使用自差系数数据提供了可靠的理论依据。     

水下磁异常定位中两种矢量磁力仪配置方式的比较

在简述水下磁异常定位原理的基础上,提出了八单轴和十单轴两种矢量磁力仪配置方式,推导了两种配置方式下磁场大小及梯度的量测方程,对磁场大小及梯度的解算精度进行了比较分析。数值仿真了磁场大小及梯度、载体相对位置误差与测量基线长△X之间的变化关系,结果表明这些误差都随△X加大而增长。相比于八单轴磁力仪配置,十单轴磁力仪配置方式中磁场大小和梯度计算精确,定位误差很小,在水下磁定位实验中应选用十单轴磁力仪配置方式。     

单轴旋转惯导系统旋转性误差分析及补偿

对单轴旋转惯导系统因旋转而引入的各项误差进行分析,研究其误差特性及补偿方法。针对单轴正反连续旋转方案,在假定惯性测试组件的器件误差和其他非旋转性的误差在精确标定的情况下,推导了因旋转轴安装不正交引起的涡动、轴系间隙引起的晃动、测角器件误差、旋转控制引起的换向超调误差、角位置、角速度不准确等因素而引起的误差的表现形式,定性和定量地分析了各误差对于系统精度的影响。针对对系统影响显著的旋转轴不正交误差,提出了一种基于系统自身旋转轴正反旋转的误差标定及补偿方法并进行了仿真实验。在给定条件下的仿真结果表明,该方法能够准确标定出旋转轴的不正交误差,标定精度达到角秒级。