弹道导弹的过载段高精度捷联惯导系统多源误差分析与仿真

过载段弹道导弹受多种外力综合作用,形成的高动态环境使所载的惯性导航系统在关机点处产生较大的误差积累。在原有的常用低动态误差模型基础上,对传感器误差、标度因数误差、不正交误差、杆臂误差、二次项误差、圆锥运动及线振动以及初始失准角误差等多种误差源进行了分析,建立了多维、适于高动态的误差模型。以某过载段弹道导弹轨迹为对象进行了仿真实验,针对所述误差源对系统误差的影响进行了分析。仿真结果表明,与传统模型相比,所提出的误差模型在高动态环境下补偿后横向位置偏移精度提高了80倍,对关机点处导弹精度提高有明显作用,为后续进一步提高导弹落点精度提供了更丰富的理论支撑。     

基于Kalman滤波原理对惯导中重力扰动的估计及补偿方法

重力扰动(空间同一点实际重力与正常重力之差,包括垂线偏差和重力异常两部分)一直是惯性导航系统的重要误差源之一。随着惯性器件精度的逐步提高,重力扰动所引起的导航误差已成为高精度长航时惯导系统的主要误差之一,不能被忽略,必须对其进行补偿。针对重力扰动误差精确补偿问题,只考虑重力异常的情况,推导并建立了考虑重力异常的惯导误差方程。对误差传播进行了分析,利用Kalman滤波原理设计了带有重力异常状态量的状态方程,并利用GPS和惯导的速度误差作为观测量对重力异常进行滤波并对滤波后得到的重力异常值对惯导重力异常项补偿。进行了2 h的仿真,结果表明:Kalman滤波后可得到当地的重力异常值,重力异常补偿后,速度误差精度可以提高约0.3m/s,姿态精度提高约0.3′,位置精度提高约150 m。     

基于小波神经网络的高精度惯导重力扰动补偿方法

重力扰动矢量(空间同一点实际重力与正常重力之差,包括垂线偏差和重力异常两部分)一直是惯性导航系统的重要误差源之一。针对重力扰动误差精确补偿问题,推导并建立了考虑重力扰动的惯导误差方程,并提出了基于小波神经网络的重力扰动补偿方法。通过仿真验证了小波神经网络的重力扰动补偿方法对惯导导航精度的提高效果。24 h仿真结果表明:所提出的重力扰动补偿方法能有效减小惯导导航系统误差,经重力扰动矢量补偿后,速度误差最大能减小约0.2 m/s,降低约30%,位置误差最大能减小约3000 m,降低约25%。     

重力异常对平台式惯性导航系统误差的影响分析

建立了重力异常导致平台式惯性导航系统误差的模型，导出了重力异常东向和北向分量对各个惯导误差量的传递函数，并运用Matlab工具进行了误差仿真，提出了在平台式惯导力学编排中修正重力异常的方案。     

重力扰动对极区下高精度惯导系统的影响分析及补偿

考虑载体极区航行下导航能力需求,研究了重力扰动对高精度惯导系统的影响和重力扰动补偿方法。首先,推导了重力扰动矢量在横地理坐标系投影;进一步,分别将水平重力扰动分量假设为确定性常值以及马尔科夫随机量,分析其对横坐标系捷联惯导系统的影响;在此基础上,基于EIGEN-6C4重力场球谐模型获取极区重力扰动数据,并利用三次样条插值法对其进行插值处理,从而对横坐标系下惯导系统进行重力扰动补偿。理论分析及仿真实验结果表明：在横坐标下,确定性常值水平重力扰动分量将导致惯导系统产生振荡性误差以及常值性偏差,随机水平重力扰动分量将导致系统位置误差呈线性振荡增长,且位置误差漂移率与重力扰动方差成正比,并且同时受载体航行速度及马尔科夫模型阶数影响,与常规坐标系下引起的误差一致。基于2190阶EIGEN-6C4重力场球谐模型对横坐标系捷联惯导系统进行重力扰动补偿后,水平姿态精度提高68%,定位精度提高2.5%。     

航行过程中实时校正的重力匹配算法

由于传统重力匹配定位通常受限于特定区域，无法对惯性导航系统（INS）实现连续校正，在应用重力匹配进行辅助导航时需要周期性前往重力特征适配区进行匹配校正。针对非适配区域内匹配精度无法判定的缺陷，提出一种航行过程中实时校正的重力匹配算法。计算载体实测重力序列与匹配输出位置在相对重力图上映射序列的差，取重力差序列的方差判断匹配输出的权重值，从而有效利用全航域的适配航段。根据重力差序列的方差与匹配精度的关系建立回归模型，将可信的重力匹配输出引入INS进行误差校正。利用实船数据进行了仿真验证，仿真结果表明所提算法在400 h的连续航行期间对INS位置误差的抑制达到30%以上，位置误差在全过程没有明显发散趋势，具有更好的适用性。     

局部连续场下重力辅助导航模型构建算法

为了研究高精度的重力辅助导航模型以克服传统模型的局限,必须建立精度高且具有良好解析性质的局部重力异常场解析模型,同时考虑模型误差方程中的重力精准补偿问题。针对二维高斯样条函数逼近局部重力异常场中的局部支撑参数选择问题,通过对所涉及的系数矩阵、解误差、插值模型精度评估等问题进行分析,提出了一种新的最优局部支撑参数计算方法;基于此提出了一种高精度的基于高斯插值的重力辅助导航模型构建算法,该精准模型补偿了重力扰动矢量、标准重力值误差、厄特弗斯修正计算值对导航模型的影响。实验结果表明利用新型重力辅助导航模型构建算法,可使辅助导航系统位置精度提高1倍左右,姿态、速度精度提高1²倍,定位误差保持在1002倍,定位误差保持在100²00 m。     

潜地导弹初始定位误差估算方法

针对潜地导弹初始定位误差的估算问题,提出一种基于发射惯性系下遥外差数据进行解算的初始定位误差分离方法.该方法基于制导工具误差的产生机理及传递关系.推导出了初始定位误差与遥外测位置差之间的关系,分析了定位误差对导航计算初始速度装订的影响,建立了利用地面测试数据估算初始段制导工具速度误差的数学模型.结合飞行试验数据对该误差分离方法的精度进行了分析,同时还讨论了遥外差信息的选取原则,计算结果证实了该估算方法的可行性.     

速率方位惯性平台/计程仪/重力匹配组合导航系统仿真研究

根据重力无源导航的基本要求,建立了速率方位惯性平台/计程仪/重力匹配组合导航系统的工作模式,给出了该组合导航系统的误差状态方程、测量方程和扩展Kalman方程.由于重力传感器是在运动载体上测量重力的,其输出包含当地重力大小和厄特弗斯效应,所以在该组合导航系统Kalman滤波器中考虑了厄特弗斯效应.采用matlab/simulink工具对该组合导航系统在分辨率为的数字重力异常图上进行了计算机仿真研究.仿真结果表明：该组合导航系统长时间定位误差小于导航系统目标误差的（RMS）,在重力异常显著变化地区其定位误差将更小.     

高精度海洋重力测量中厄特弗斯改正误差分析

为有效减小厄特弗斯改正的误差,提高重力异常测量值的精度,在分析厄特弗斯改正计算模型的基础上,就载体的速度误差、航向误差及纬度误差对厄特弗斯改正误差的影响进行了仿真分析.在误差分析时,首先对厄特弗斯改正模型求取各变量的偏导,从而得到各变量与厄特弗斯修正误差之间的关系,并以此为基础采用三维视图和数字计算相结合的方法给出了具体的分析结果.仿真结果表明,速度误差是厄特弗斯改正误差的最大影响因素.在某一确定测量误差要求下,速度误差的精度要求随载体所处纬度和航向角的变化而变化;在φ:0°,A=90.时,要保证厄特弗斯改正误差小于0.1 mGal,载体速度测量误差需小于0.013m/s.     

高精度惯导系统重力扰动的阻尼抑制方法

重力扰动已经成为高精度长航时惯导系统的主要误差源之一。针对船用高精度惯导系统的重力扰动抑制问题,从舰船INS误差模型出发,推导了重力扰动在惯导系统中的传播特性。仿真结果表明垂线偏差将引起系统较大的舒拉振荡误差。为抑制重力扰动对系统的影响,引入常速度误差反馈阻尼网络和相位超前串联阻尼网络。分析了重力扰动在水平阻尼网络中的传递特性,实现了相应滤波器的设计。在此基础上完成了实验验证,海上试验结果表明,所引入的两种阻尼网络都能够阻尼掉重力扰动引起的舒拉振荡型导航误差,其中,相位超前串联阻尼网络效果更优,抑制率达到70%以上。     

改进的容重增加法原理及离心模型试验数值模拟

容重增加法作为一种边坡稳定分析方法本身具有一定的缺陷,计算结果常常偏差较大,甚至可能无法得出结果。针对容重增加法的缺陷,定量分析了容重增加法的误差来源,并通过公式推导对改进容重增加法的原理进行了分析。针对改进的容重增加法,设计了不同参数的边坡模型,将容重增加法、强度折减法与改进的容重增加法进行对比分析,研究改进方法的改进效果。然后,利用ACADS边坡稳定分析例题,验证了改进方法在非均质边坡中的应用效果。最后,将改进前后的容重增加法运用到土工离心模型试验的结果分析中,并将试验结果与模拟结果进行对比分析,验证了用改进的容重增加法分析离心模型试验结果的可行性。本文的研究为容重增加法改进方法的应用提供了理论依据,并为土工离心模型试验的相关分析提供了参考。     

海洋重力测量误差补偿技术

海洋重力场信息在勘探矿源和导航定位等方面都具有重要意义.进行海洋重力实时测量时,重力仪会受到各种外界扰动力的影响,再加上重力敏感器本身稳定性和惯性平台系统性能影响,重力敏感器的输出需要进行一系列数据处理和补偿后才能得到当地重力异常值,研究了重力敏感器安装角误差标定、零位漂移估计和格值修正等重力数据预处理方法.分析了海洋重力测量数据处理流程,主要包括零点漂移补偿、水平加速度误差补偿、厄特弗斯效应修正、高度修正和噪声滤波处理等.对每个数据处理过程都提出了具体补偿算法,并分析了补偿后的重力测量误差,将以上重力数据处理方法应用到实际重力测量,结果表明重力仪能够准确测量出当地重力值,其精度为1 mGa1.     

旋转加速度计重力梯度仪误差分析

安装误差和加速度计标度系数的不匹配对旋转加速度计重力梯度仪的分辨率影响很大。为此,用线性微扰方法对旋转加速度计重力梯度仪的测量方程求取变分,得到重力梯度仪的误差方程;对误差方程进行分析,得到安装误差各项对重力梯度仪输出的影响;同时,给出含有加速度计性能参数的重力梯度仪的误差方程。以澳大利亚FALCON旋转加速度计重力梯度仪为例,具体给出径向距离误差、切向误差角等大小值。     

速率方位惯性平台/GPS/计程仪组合导航系统仿真研究

根据科学发展和高精度导航的要求，提出了一个由GPS接收机、速率方位惯性平台和重力敏感器构成的精确重力测量组合导航系统，给出了该组合系统在速率方位地平坐标系下的误差方程和Kalman滤波方法以及计算机仿真结果。数字仿真表明：由中等精度的陀螺仪和加速度计以及GPS组成的组合导航系统平台水平误差角小，定位精度高，能够满足重力测量和导航要求。     

加速度计的全组合标定方法

阐述了在重力场上用全组合法标定单加速度计的方法,并且推导了加速度计全组合标定法测试原理。这种方法剔出了测试设备的确定性角位置误差对加速度计误差模型系数标定精度的影响,提高了加速度计的标定精度。结合上述的理论分析,对某型号加速度计进行了实际测试和误差分析,实验结果证明本方法对于提高加速度计标定精度是非常有效的。     

用四元数法提取加速度计三轴转台测试中的动态误差量

在加速度计三轴转台测试试验设计的基础上,提出用四元数法提取测试中加速度计动态误差量。该方法简单、精确且不会出现奇异,可计算在三轴转台转动中的各个时刻,重力加速度在加速度计坐标系上的投影,从而达到在动态测试中易除重力加速度的影响、获得动态误差量的目的。在章最后给出了在某一测试下的计算结果。     

An optimizing reduced order FDS for the tropical Pacific Ocean reduced gravity model

Proper orthogonal decomposition (POD) and singular value decomposition (SVD) methods are used to study a finite difference discretization scheme (FDS) for the tropical Pacific Ocean reduced gravity model. Ensembles of data are compiled from transient solutions computed from the discrete equation system derived by FDS for the tropical Pacific Ocean reduced gravity model. The optimal orthogonal bases are used to reconstruct the elements of the ensemble with POD and SVD. Combining the above approach with a Galerkin projection procedure yields a new optimizing FDS model of lower dimensions and high accuracy for the tropical Pacific Ocean reduced gravity model. An error estimate of the new reduced order optimizing FDS model is then derived. Numerical examples are presented illustrating that the error between the POD approximate solution and the full FDS solution is consistent with previously obtained theoretical results, thus validating the feasibility and efficiency of POD method. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.     

重力扰动矢量对惯导系统影响误差项指标分析

针对制约现有惯导系统精度提升的重力扰动矢量误差项问题,从惯导系统误差模型入手,着重分析了重力扰动矢量水平分量(垂线偏差)在导航系统中的误差传播特性,利用简化的垂线偏差统计模型推导出导航系统位置误差均方差表达式;通过现有全球重力场高阶球谐模型(EGM2008),分析了垂线偏差全球均方差水平引起的惯导系统在典型载体运行速度下位置误差项大小,进而给出了垂线偏差补偿的误差项指标,在此基础上,分析了EGM2008在惯导系统中的适用性,结果表明,当EGM2008模型阶数小于12阶时才能满足导航系统计算资源要求,模型补偿精度为5.86?,适用于位置误差要求小于0.8 nm/h的惯导系统。