利用磁强计及微机械加速度计和陀螺的姿态估计扩展卡尔曼滤波器

提出了一种用于惯性测量组合(IMU)姿态估计的扩展卡尔曼滤波器。此滤波器的状态转移阵利用基于四元数的等效旋转矢量来计算姿态。等效旋转矢量法可以避免欧拉角的奇异问题，并能有效抑制不可交换误差。测量四元数是利用高斯-牛顿迭代法解算以加速度计和磁强计输出数据为变量的方程组得出的。用从实际IMU采集的数据对滤波器进行测试，并比较了带有滤波器和没有滤波器的结果。     

捷联惯性系统初始对准中IMU安装误差及陀螺漂移的估计与补偿

为尽可能消除IMU安装误差和陀螺漂移对系统精度的影响，运用主从惯导传递对准技术，采用扩展状态滤波器和速度／姿态角组合匹配的方法，估计出IMU安装误差和陀螺漂移误差，并对系统进行补偿。仿真结果表明，补偿了安装误差和陀螺漂移后，捷联惯性系统的导航参数精度可提高1个数量级以上。     

一种基于双IMU框架的室内个人导航方法（英文）

为了实现低成本的室内行人导航,提出了一种双惯性测量单元(IMU)框架。在这种模式下,一个IMU固定于足部,另一个IMU固定于肩部。当行人在行走过程中处于静止状态时,卡尔曼滤波器利用测量得到的速度和角速度误差对足部IMU的解算误差进行预估,与此同时,通过对足部IMU和肩部IMU测量得到的航向角做差完成对航向角误差的观测。在此基础上,双IMU框架结构采用了闭环模式。实验结果显示,采用该方法能够提供行人导航信息,平均位置误差与采用开环模式的方法相比降低了14.93%左右。     

分布式系统中捷联惯性系统动基座对准研究

为解决舰载捷联系统动基座对准中甲板挠曲变形及惯性组件箱(IMU)的安装误差对初始对准精度的影响，建立了捷联惯性系统误差模型、甲板挠曲变形模型、IMU安装误差模型，并利用速度加姿态角匹配方法，建立了量测误差模型。在此基础上利用状态扩展法建立Kalman滤波器，并进行了仿真。仿真结果表明，在舰船有摇摆的情况下，可以有效地估计IMU安装误差角和甲板挠曲变形误差角。     

GPS/INS 组合导航系统降阶滤波器设计

本文研究了某型号飞机上ＧＰＳ／平台惯性组合导航系统中降阶卡尔曼滤波器的设计方法；提出一种降阶滤器结构，并讨论了模型误差的伪随机噪声补偿方法。采用蒙特—卡洛分析法对降阶滤波器的实际误差进行了数字仿真，结果表明，本文提出的这种降阶滤波器能保证组合系统的导航精度，而且具有实际使用价值     

航空制导炸弹GPS/IMU降阶滤波器设计与性能分析

为降低对航空制导炸弹弹载计算机的要求，中设计了一种速度、位置交替组合模式的9阶GPS／IMU组合导航降阶卡尔曼滤波器。通过将IMU噪声简化为等效的系统白噪声和将GPS定位和测速误差状态处理为测量噪声的方法消除IMU、GPS误差状态，把常规滤波器系统状态降为9阶：接着利用方差误差分析法和蒙特卡洛打靶法对降阶滤波器的精度进行了分析，并与常规18阶滤波器进行了比较。研究表明：对于短期低速飞行的制导炸弹，将IMU误差等效白噪声均方差取为IMU有色误差噪声的3～5倍时，降阶滤波器具有与常规18阶滤波器相近的导航精度。     

∑-△型ADC对惯性导航系统中加速度信号影响的分析

研究了某陆用车辆导航系统的加速度计信号采集电路，针对所采用ADC的片日滤波器及算法中采用的平均滤波器特性进行了分析。通过跑车实验数据分析了IMU实测加速，己的输出特性，对加速度信号的滤波和时间延迟对导航计算的影响进行了理论分析，并对分析结果进行了仿真验证，指出了滤波器带宽和时延匹配的重要性。     

基于遗传算法的舰载IMU优化布局

惯性测量单元（IMU）用来为舰载武器系统提供准确的姿态并实时监测舰船甲板的变形，对其数目和位置进行优化具有重要的实用价值．提出了多IMU优化布局的原则，建立了舰载IMU优化布局的数学模型，采用遗传算法对IMU的布局进行了优化求解。仿真结果表明，舰载IMU的布局是影响甲板变形估计精度的一个重要因素，通过对IMU的布局进行优化，减少了舰载武器系统所需IMU的数量；利用优化布局后IMU的输出信息对全舰甲板变形进行估计，估计精度有很大提高。     

旋转IMU在光纤捷联航姿系统中的应用

惯性测量单元输出信号的精度直接影响捷联惯性导航系统的精度,为了提高捷联系统的精度,以舰船光纤捷联惯性航姿系统为应用对象,采用了双轴旋转机构连续匀速旋转IMU的系统方法,把惯性测量单元输出信号中的漂移误差调制成正弦信号,通过捷联算法中的积分运算可以有效地消除陀螺和加速度计中的漂移误差,从而有效地提高捷联惯性航姿系统的精度,并进行了系统仿真实验。仿真结果表明:经过旋转以后的IMU输出信号误差较传统非旋转方法可以减小一个数量级。基于双轴旋转IMU的系统方法可以有效地减小IMU输出信号漂移误差和提高捷联惯性航姿系统的精度。     

对"联邦滤波器理论研究"一文的商榷

讨论了联邦滤波信息分配原则，指出了《中国惯性技术学报》第10卷第6期“联邦滤波器理论研究”一中有关信息分配的一些问题，说明采用该献所述方法，主滤波器和各个子滤波器估计均不是最优的，并在GPs姿态测量系统中利用实测数据进行了仿真研究。结果表明信息分配因子选择不当将造成联邦滤波器估计性能下降。     

基于级联FIR滤波器的系泊精对准算法

舰船的系泊环境存在风浪和浪涌,这些因素引起捷联惯导系统对准过程中的不确定性干扰加速度,提出一种基于级联FIR低通数字滤波器的惯性系Kalman滤波精对准算法。高频随机干扰加速度在通过级联FIR低通数字滤波器后被滤除,近似周期性干扰通过积分运算,正负部分基本抵消,因此该算法可以有效抑制系泊环境下的不确定性干扰。江上系泊对准结果为:水平精度0.02°,航向精度0.06°。试验结果表明该方案能有效完成精对准,对准精度达到中等导航精度要求。     

基于Matlab的数字滤波器设计及其在捷联惯导系统中的应用

通过对某型直升机惯性导航系统输出的角速度和加速度信号的频谱分析，提出了采用Matlab设计IIR低通滤波器，并对原信号进行了滤波处理。实践证明，所设计的数字滤波器在不增加硬件的条件下，占用很少的计算机资源，实现了信号的实时滤波计算。     

Group delay induced instabilities and Hopf bifurcations, of a controlled double pendulum

Digital filters, frequently used in active control of mechanical systems, enable one to improve the signal-to-noise ratio and the control performance, but introduce group delays into the control loops simultaneously. In order to gain an insight into the effects of a digital filter on a controlled mechanical system, this paper presents the stability switches and the corresponding Hopf bifurcations of a double pendulum system with the linear quadratic control having a digital filter via theoretical analysis, numerical simulations and experiments. In this study, the digital filters are used to remove the undesired noise of high frequency, which is embedded in the control signal, and are modeled as the components of pure time delay during the theoretical analysis and numerical simulations. The study shows that a digital filter with moderate specifications can not only improve the vibration reduction effectively, but also save the energy consumption of the servo-motor remarkably. However, over demanding specifications will make the group delay of the filter exceed a critical value and cause either a divergent motion or a self-excited vibration through a Hopf bifurcation, the occurrence of which depends on both the stability and the size of the basin of attraction of the bifurcating periodic motion. The experimental results well coincide with the theoretical and numerical ones, and strongly support the simplification of the digital filters as the components of pure time delay. Finally, some suggestions are made to avoid the group delay induced instability.     

INS／ESGM／Doppler组合导航系统中的联合Kalman滤波方法

在INS/ESGM/Doppler组合导航系统集中Kalamnihan滤波器的基础上,进一步建立了该组合导航系统的联合Kalman滤波器结构和滤波算法,并讨论了该滤波器的容错性及简化形式。数字仿真的结果表明,本文所设计的联合Kalman滤波器与集中Kalman滤波器相比,其滤波精度基本一致,而滤波器的解算速度更快,容错性能更好。     

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。     

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。     

动力子结构试验加速度振荡及其控制

考虑试件质量的实时子结构试验中,因为试验系统采用数字控制器,输入到物理试验系统的采样离散信号包含高频分量,所以试件的加速度响应出现高频振荡。研究了高频振荡产生的原因和控制高频振荡的方法。首先对物理试验系统建立传递函数模型,分析了高频振荡产生的机理。然后采用前置滤波和后置滤波结合的复合滤波方法来控制高频振荡。对纯质量和动力试件分别进行了阶跃输入和地震波加载试验仿真,结果验证了这种方法的优越性。最后,采用中心差分法对纯质量试件进行实时子结构试验仿真,验证了复合滤波控制方法的有效性。     

湍流信号的三项分解

利用数字滤波方法和子波（ｗａｖｅｌｅｔ）分析方法对用热线测得的湍流信号进行了三项分解．将湍流信号分解为近似各向同性的小尺度涡和各向异性的大尺度涡之后，再将大尺度涡分解为相干结构部分以及非相干结构部分．与目前检测相干结构常用的条件采样方法相比较后发现，本文的分解方法是可靠的．利用此方法不仅能确定相干结构的时间尺度，而且可以得到非条件平均的相干结构波形．     

基于多周期测量的四频差动激光陀螺高精度信号解调

分析了四频差动激光陀螺信号的解调原理，针对采用频率测量计数解调方法存在脉冲量化造成的角速度测量分辨率低的问题，改用多周期测量来代替频率测量，大大提高了四频差动激光陀螺信号的解调精度。通过数字滤波器滤波处理，可以减少随机噪声干扰，进一步提高精度。为满足实时性要求，该方法采用FPGA来实现。实验表明，此方法提高了四频差动激光陀螺角速度测量分辨率，为快速高精度方位自对准奠定了基础。     

采用卡尔曼滤波器的GPS／INS姿态组合系统的研究

阐述了利用位置和速度以及GPS姿态作为观测量的GPS/INS组合导航系统原理,建立了状态变量为21维的组合系统动态方程,给出了用于卡尔曼滤波的GPS姿态误差模型,并对组合系统进行模拟分析,基于这种组合方式,使系统的位置和航向测量精度获得大幅度提高。