一种船舶漂浮状态下捷联惯导快速自对准方法

为解决无外部参考信息船舶SINS漂浮状态下捷联惯导快速自对准问题,提出了在粗对准阶段采用时变参数罗经法、精对准阶段采用卡尔曼滤波精对准的方案。传统方案中罗经对准方案常常被用于精对准,这里采用大方位失准角条件下时变参数的罗经法进行粗对准,代替目前成熟的凝固法粗对准方案,在大方位失准角条件下同时利用东向通道和北向通道的速度误差进行控制回路反馈,在方位对准初期采用较大的阻尼振荡频率使大方位角快速减小,随后逐渐减小阻尼振荡频率以提高收敛精度,在经历1.4个振荡周期之后,方位失准角收敛到较小范围后,此时切换到卡尔曼滤波精对准阶段。通过实测试验数据的仿真表明,在船舶漂浮状态下经过不到4 min的时变罗经方位对准,能达到凝固对准法5 min时的对准精度,从而节省了对准时间。     

基于大失准角时变参数罗经初始对准算法

为了解决大失准角条件下的捷联惯导初始自对准问题,通过分析捷联惯导系统大失准角误差模型,利用平台惯导系统罗经对准原理,提出了一种新的捷联惯导系统罗经对准方案。该方案的具体实现划分为三个阶段:方位角未知情况下的水平对准;大失准角时变参数罗经方位对准;定参数罗经对准。该方案通过实时调节罗经参数缩短了对准时间;利用大方位失准角模型代替小失准角模型,在算法收敛阶段更加准确地描述了捷联惯导系统的误差传递方式。仿真试验表明,使用陀螺随机漂移稳定性为0.01(°)/h的捷联惯导系统,该对准方案能在60 s内方位精度到达1°,并能在对准结束时达到3’的方位对准精度。     

粒子群算法优化的捷联罗经初始对准方法

初始对准是惯导系统的关键技术,罗经法对准是实现捷联惯导系统初始对准的重要手段。罗经对准回路的参数选择直接影响对准结果的好坏。对于不同的捷联惯导系统,罗经回路的最优参数也是不同的。传统的方法是根据经验以及大量的反复试验确定罗经对准参数,不能保证对准参数为最优。针对此问题,提出以水平罗经对准回路阻尼振荡周期T_(d1)和航向罗经对准回路阻尼振荡周期T_(d2)为寻优目标,用粒子群算法对参数(T_(d1),T_(d2))进行寻优的方法,以确定出满足条件的最优对准参数,从而提高捷联罗经初始对准的性能。实验结果表明:粒子群算法能够快速、准确地搜索出罗经对准回路的最优参数,提高捷联罗经对准的性能。将粒子群算法应用到捷联罗经初始对准中是有效的。     

捷联惯导系统罗经法自对准

研究了摇摆状态下捷联惯导系统罗经法自对准技术,设计了水平、方位精对准参数以及基于MATLAB／SIMULINK的参数分析系统,最后进行了基于VC＋＋6．0的捷联惯导系统罗经法自对准的软件设计、仿真分析与精度评估。仿真结果表明,罗经法自对准在不同海情、不同初始姿态误差角、全方位、带量化误差的条件下均具有较高的对准精度、较好的快速性和动态品质,能够满足捷联惯导系统在摇摆基座下实现自对准的要求,同时为下一步的工程应用提供了依据。     

捷联罗经的动基座自对准技术

在分析捷联罗经对准原理的基础上,改进了一种在航向和水平姿态完全未知条件下的捷联罗经对准方法,将对准方法划分为四个步骤:水平粗对准、航向估算、水平再对准和罗经航向对准,并给出了航向估算的公式.载体存在速度时会对罗经对准产生影响,因此提出了一种适用于捷联罗经的惯性传感器校正方法,推导了陀螺和加速度计信号校正的公式,将由于载体运动产生的陀螺和加速度计信号滤除,在此基础上结合上述的对准方法完成罗经自对准.对"匀速+晃动"、"加速+晃动"和"拐弯+晃动"三种情况下的罗经自对准进行了仿真,仿真结果证明该方法可以有效地实现运动基座下的罗经对准.     

极点配置对SINS罗经对准性能影响

分析了罗经对准基本原理。基于常见的几种罗经极点配置方案及其对准性能与不足,将一个二阶振荡环节和一个临界阻尼环节相串联,把4个极点配置在同一个圆上,得到一种新的极点配置方案。该配置方法既保证了对准算法的快速跟踪性能,又兼顾对准精度。采用车载晃动对准数据和风扰条件下的车载导航数据,比较了不同极点配置的对准效果。试验说明,新的极点配置方案可以跟踪载体低频姿态角变化,在180 s内完成SINS对准过程;该方法能够克服大风扰动影响,提高SINS晃动基座对准精度。针对大失准角条件下的对准问题,通过相平面分析证明,罗经回路产生的非线性罗经驱动力矩同样可以将数学平台驱动到导航坐标系,实现大失准角条件下的快速对准。     

主惯导旋转调制对传递对准性能的影响

旋转调制技术在调制惯性器件常值误差,有效提高惯导系统长航时导航精度的同时,也引入了由系统旋转而造成的速度误差以旋转周期和旋转周期二倍频波动,这种波动对以速度为匹配量的传递对准有一定的影响。从旋转调制系统的误差特性出发,分析了旋转调制对以速度为匹配量传递对准的有利和不利影响,并针对不同的旋转调制周期进行了仿真验证,仿真结果表明当旋转周期远大于舒勒周期时,旋转调制引起的不利和有利影响都很小,可忽略不计;当旋转周期远小于舒勒周期时,旋转调制可提高子惯导的方位对准精度,但延长了系统的传递对准时间。例如,当旋转周期为3(°)/s时,水平对准时间由3 min延长到4 min,而对准精度由1.2′提高到0.2′;方位对准时间由10 min延长到16 min,而对准精度由2.2′提高到0.4′。     

基于外参考速度辅助的行进间罗经法对准

为实现行进间罗经法对准,将外参考速度引入,同时设计不同机动方式下的罗经法控制回路参数调节规律提高对准精度、缩短对准时间。首先分析线运动对罗经法对准造成的影响,设计基于外速度辅助的行进间罗经法对准方案;然后利用对准回路传递函数进行误差分析,分析不同机动给对准精度造成的影响;最后提出不同机动方式下的罗经法对准回路控制参数设置规律。仿真结果表明基于外速度辅助的行进间罗经法对准能有效完成捷联惯导在匀速直线运动中的对准。根据设置规律调节对准回路中的控制参数,可以抑制80%以上由载体摇摆造成的低频干扰,将航向误差的振荡幅值降低为原来的1/2,有效提高了对准精度。     

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。     

基于重构伪地球坐标系的捷联惯导初始对准算法

针对捷联惯性导航系统的方位误差对系统误差特别敏感,容易引起闭环卡尔曼滤波初始对准的发散,提出了一种基于重构伪地球坐标系惯导机械编排的初始对准算法。重构伪地球坐标系惯导编排方案在初始位置实现了线性运动误差和方位误差之间解耦,从而消除了导航坐标系旋转角速度误差对方位对准的影响。因此该算法可以减小由系统误差引起的方位对准估计振荡,从而降低了对准系统发散的可能性,进而提高对准系统的稳定性,并改善了捷联惯导初始对准的性能。另外,它不仅适用于常规纬度初始对准,也可以解决极区静态对准问题。最后,常规纬度和极区静态对准仿真证明了该算法具有优良性能。     

低成本捷联惯导系统初始对准方法

为了缩短低成本捷联惯导系统初始对准时间并提高对准精度,给出了一种基于微型电子罗盘的初始对准方法。首先利用电子罗盘辅助加速度计完成粗对准,然后,分别设计了自适应扩展卡尔曼滤波器和平淡卡尔曼滤波器（UKF）用于精对准。实验结果显示,在系统量测噪声方差阵未知时,在滤波器中加入自适应方法能有效的提高对准精度;而采用非线性滤波的UKF算法,即使在粗对准之后方向失准角比较小的情况下,也可获得比线性滤波更优的对准精度和快速性。     

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。     

一种快速精确的捷联惯导系统初始对准方法研究

传统的多位置对准方法虽然使捷联惯导系统静基座初始对准的精度得到提高，但是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。本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。     

惯导系统初始对准的非线性滤波算法

本文推导了方位误差角比较大时惯导系统初始对准的误差方程,在这个误差中包含了非 线性的部分。在方位误差角较小时,可将非线性的对准方程简化为线性的对准方程。用卡尔曼 滤波对线性系统进行仿真,用扩展卡尔曼滤波、迭代滤波、二次滤波对非线性系统仿真。比较仿 真结果可见,扩展卡尔曼滤波可大大提高方位对准的精度,而迭代滤波、二次滤波在方位角上 又比扩展卡尔曼滤波的精度高。     

捷联惯导系统多位置对准研究

利用把线性时变系统作为分段常系数系统来研究其可观性的方法,对多位置静态捷联惯导系统的误差方程进行了可观性分析,并采用卡尔曼滤波技术,对平台误差角及测量元件误差进行了估计,给出了两位置及三位置的方差仿真曲线。仿真结果表明三位置对准提高了方位误差角及垂直陀螺误差的可观度,从而加速了它们的收敛速度,提高了系统的对准、标定精度。     

UPF+KF在双轴旋转光学SINS非线性初始对准中的应用

以双轴旋转式SINS初始对准方法为研究对象,建立了双轴旋转式光学SINS大方位失准角误差模型,设计了双轴旋转式SINS大方位失准角初始对准的UPF初始对准算法;根据实际工程应用需要,结合UPF算法和卡尔曼滤波(KF)算法,设计了UPF+KF组合滤波算法,将其应用到了双轴旋转式光学SINS大方位失准角初始对准中。仿真及试验结果表明,提出的UPF+KF组合滤波算法有效降低了UPF算法的耗时,在双轴旋转式光学SINS大方位失准角初始对准中,水平姿态角收敛时间约为11min,方位角收敛时间约为20 min,而且对准误差大大缩小,水平姿态角误差小于3.6〞,方位误差小于2ˊ,证明本文提出的UPF+KF组合滤波算法是有效的、可行的。     

机载惯导跑道滑行对准研究

提出了一种机载惯导系统跑道滑行对准的方案和实施方法,建立了对准时的导航计算和误差补偿迭代方程,研究了影响对准精度的因素和解决的措施。