基于正弦函数拟合的高动态捷联惯导姿态更新算法

为提高捷联惯导在高动态条件下的姿态解算精度,基于等效旋转矢量泰勒级数展开法,提出一种基于正弦函数拟合的高动态捷联惯导姿态更新算法。以正弦函数拟合载体运动角速度,考虑Bortz方程高阶项的影响,对陀螺角增量表示的旋转矢量进行泰勒六阶展开,对比旋转矢量不同形式表达式求得误差补偿系数。在MATLAB平台上,以圆锥运动与大角速率转动并存环境作为仿真条件,对所提算法与传统算法进行对比仿真分析。仿真结果表明,在小半锥角低频圆锥运动伴随高速角速率转动情况下,所提算法性能较好,当半锥角为0.5°、角频率为2.26πrad/s、常值角速率为5.30 rad/s、姿态解算周期为0.02 s时,所提正弦函数拟合三子样旋转矢量算法与传统扩展形式频率级数/显示频率三子样圆锥算法相比误差降低了2个数量级。     

速率偏频激光陀螺惯导系统航向敏感误差分析与补偿

为了有针对性的消除激光陀螺速率偏频惯导系统的可补偿寻北误差,进一步提高航向精度,从速率偏频斜装惯性仪表的数学模型出发,对陀螺和加速度计的各项误差进行了寻北误差分析,基于捷联惯导对准误差公式给出了惯性仪表各误差源的影响量级。明确了引起倾斜状态航向敏感误差的主要因素,提出了以调整激光陀螺旋转轴方向陀螺零偏抵消激光陀螺标度因数不对称性误差或者速率偏频状态陀螺零位偏移的航向敏感误差补偿措施。经转台试验验证,该措施简单可靠,有效消除了倾斜状态航向敏感误差,速率偏频系统的全方位寻北精度能够从86'(3σ)提高到优于40'(3σ)。     

双主惯导对子惯导的高精度传递对准方法

激光陀螺惯性导航系统在旋转调制过程中会产生锯齿形速度误差,影响舰载武器系统子惯导传递对准精度。通过分析锯齿形误差产生的机理,提出了一种基于不同旋转控制策略的双惯导数据融合方法,估计并补偿主惯导惯性元件误差,从而减小主惯导锯齿形速度误差波动幅度。仿真结果表明,补偿后主惯导速度锯齿形速度误差峰峰值减小了一个数量级,子惯导传递对准后的水平角精度提高了1.5″,方位角精度提高了3′。     

速率偏频激光陀螺标定方法讨论

三轴整体式速率偏频激光陀螺由于总是绕其对称轴做等速率的正负旋转运动,通过传统的位置法和旋转法无法对用其构成的捷联式惯导系统进行标定。中讨论了速率偏频激光陀螺在系统中的精确标定方法,指出该方法需要特殊的转台设备,目前尚无法满足,因此提出了一种结合光学方法测量陀螺安装误差角。这种方法利用速率偏频转台自身的旋转角速率对陀螺刻度系数和常值漂移进行简易标定的方法,实验表明该方法可满足系统导航要求。     

基于速度阻尼的双轴旋转式激光陀螺捷联惯导标定方法

惯性元件参数的长期稳定决定着惯导系统的精度,目前对于激光陀螺捷联惯导系统(RLG-SINS)主要是采用系统级旋转调制技术来实现高精度导航能力,同时系统级旋转也提高了初始对准精度以及惯性元件误差的可观测性。针对激光陀螺惯导系统惯性元件误差项的特点,同时结合分立式标定与系统级标定各自的优势,设计了一种水平阻尼模式下的Kalman滤波方案,利用双轴旋转机构,通过观测导航位置误差来实现初始对准以及部分惯性元件误差参数的标定,可以有效地减小惯性元件逐次启动误差对导航精度的影响。仿真结果表明,系泊状态零速度阻尼模式下工作4 h,可以标定出石英加速度计标度因数误差、零偏与激光陀螺零偏,共计9项误差参数。加速度计零偏估计误差小于2%,陀螺零偏估计误差小于8%,误差估计精度满足高精度惯性导航要求,该方法具备一定的工程实用性。     

圆锥误差补偿算法在三轴激光捷联惯导系统中的应用

圆锥误差是影响捷联惯导系统姿态算法精度的原理性误差,其对三轴激光捷联惯导系统精度的影响显著.对三轴机抖激光陀螺捷联惯导系统,除了弹体运动可能引入圆锥运动外,三轴机抖激光陀螺产生的机械抖动也会在惯导系统中引入圆锥运动.文中分析了两种圆锥运动在三轴激光捷联惯导系统中产生的机理,并给出了圆锥误差补偿算法在不同试验条件下的应用效果.     

考虑幅相频畸变的激光惯导圆锥补偿算法设计

激光惯导系统中角速度测量元件激光陀螺通过抖动轮安装在台体上,从频域角度看,其输出信号与台体真实的运动在幅值和相位存在微小畸变,这种畸变会引起圆锥补偿算法误差。为减弱该误差项,提出一种考虑激光陀螺幅相频特性的圆锥补偿算法的设计方法。在传统圆锥补偿算法的基础上,改进的算法在设计过程中针对激光陀螺的谐振频率,结合惯导系统减振器的设计带宽,采用加权最小二乘的FIR滤波器设计思路,优化圆锥补偿算法的相关系数。最终,仿真试验结果表明在标准圆锥运动环境下采用改进的圆锥补偿算法,相对算法误差由31%减小到0.04%,为高精度激光陀螺惯导系统圆锥补偿算法的优化设计提供了理论支撑。     

大陀螺零偏条件下的快速传递对准算法

针对某些某些微机械陀螺零偏重复性差的特点,提出了滤波反馈修正和陀螺零偏粗对准预处理两种方法,使“速度＋姿态”快速传递对准算法在大陀螺零偏条件下能够不损失估计精度。在简要介绍“速度＋姿态”．决速传递对准算法数学模型的基础上,探讨了大陀螺零偏导致的惯导系统非线性误差。为减小上述非线性误差的影响,提出用每一步滤波估计值修正子掼导状态的反馈修正方法,和在进行卡尔曼滤波前直接测量比较主、子惯导陀螺输出的陀螺零偏粗对准预处理方法。仿真结果表明,采用上述两种方法,快速传递对准算法可在陀螺零偏过大的情况下保持算法的有效性和估计精度。     

一种双惯导组合导航方法

一些舰艇装备两套或多套惯性导航系统。为提高这些舰艇导航信息输出的精度和稳定性,提出一种双惯导组合导航方法。从惯性导航系统的误差特性出发,分析了固定指北惯性导航系统和台体方位旋转惯导系统的误差特性,并根据两种惯导系统的不同误差特性,设计了Kalman滤波组合导航控制方案,通过仿真验证了组合导航控制方案的效果。仿真结果表明,采用该方法后,在不增加任何硬件成本的基础上,能够提高导航信息输出精度和稳定性。例如,当陀螺漂移为0.002(°)/h,加速度计零偏5×10-5 g时,固定指北惯导24 h定位误差约为2.8 n mile,速度误差波动约0.2 kn,台体方位旋转惯导系统24 h定位精度约为1.7 n mile,速度误差波动约0.5 kn;当采用组合导航控制时,组合输出24 h定位精度约1.5 n mile,速度误差波动约0.15 kn。     

激光捷联惯导系统的外场动态标定方法

激光捷联惯导系统的误差参数随着时间的推移会发生变化,为了实现惯导系统长期稳定使用且不拆装系统,需要对外场动态条件下激光陀螺捷联惯导系统的系统级标定方法进行研究.首先根据线性时变系统的可现测性判据详细地分析了动态条件下捷联惯导系统的可观测性,从而给出了完全激励惯导系统12个误差参数(加速度计零偏、标度因数误差以及陀螺零偏...     

恒速偏频激光陀螺系统静基座初始对准中等效东向陀螺漂移估计

以单轴恒速偏频激光陀螺系统为研究对象,在分析IMU传感器误差的基础上,建立了合理有效的静基座初始对准滤波器模型。针对系统连续旋转运行的特性,提出了简洁适用的滤波器估计误差检验方法,利用自主设计的原理样机验证了恒速偏频技术的实际可行性,对滤波算法进行了实验测试。实验结果表明,初始对准滤波算法能够稳定有效地估计IMU传感器误差,且等效东陀螺漂移估计精度优于0.0004(°)/h,该系统具有很高的工程应用潜力。     

速率偏频激光陀螺过锁区误差特性分析

分析了速率偏频激光陀螺过锁区的误差特性。根据激光陀螺的闭锁方程,分别从数值模拟和理论分析两种途径对速率偏频激光陀螺过锁区误差特性进行了研究。结果一致表明:速率偏频激光陀螺过锁区的误差与锁区大小成正比,与过锁区的加速度的平方根成反比,与刻度因子的平方根成反比。文中具体给出了速率偏频激光陀螺过锁区的误差方程。过锁区误差为速率偏频激光陀螺的主要误差源。     

抑制动态环境误差的算法研究

本文用最简单的方法推导了旋转矢量微分方程以及旋转矢量和角速度间的重要关系式。本文还推导了旋转矢量递推算法表达式，与目前已有的两种表达式相比较，本文的表达式要更为完整和精确。     

短波近似的保辛算法

WKBJ短波近似是最常用的有效求解方法之一。保守体系的微分方程可用Hamilton体系的方法描述,其特点是保辛。保辛给出保守体系结构最重要的特性。但WKBJ短波近似却未曾考虑保辛的问题。WKBJ近似可用自变量坐标变换,然后再给出其保辛摄动。数值例题展示了本文变换保辛算法的有效性。     

基于旋转矢量误差模型的舰载机大失准角传递对准技术（英文）

为实现舰载机大方位失准角条件下的快速传递对准,提出采用旋转矢量误差模型。分别推导了速度匹配和速度加角速度匹配的量测模型。为解决非线性滤波器的稳定性和快速性,提出采用平方根无迹卡尔曼滤波SRUKF来估计失准角。仿真结果表明,旋转矢量误差模型相对于非线性的欧拉角误差模型有更高的估计精度。在海况引起的摇摆运动下,运用速度加角速度匹配方法可以在50 s内完成对准,此时水平精度达到20?以内,航向精度达到1?以内。由此表明所提出的算法可以满足舰载机传递对准快速性和精确性的要求。     

Homogenization of microsystem interconnects based on micropolar theory and discontinuous kinematics

In the present paper, the homogenized mechanical response of an interface in a microsystem interconnection is established on the basis of micropolar theory. The interface is treated as a finite RVE (representative volume element), across which macroscopic discontinuities occur as expressed in terms of the regularized discontinuous displacement and rotation fields. For the microstructure within the interfacial RVE, the micro-macro kinematical coupling is introduced as a second-order Taylor series expansion, along with a fluctuation term representing the microscopic displacement variation. In the second-order term of the expansion a restriction for the curvature is made, which motivates the adopted micropolar kinematics. Explicit expressions for the homogenized traction vector and the couple stress traction, associated with displacement and rotational jumps across the interface surface, are derived. A planar elastic interface is subjected to three basic deformation modes, i.e. the standard modes I, II and a non-conventional rotation mode, which are considered in the numerical examples representing a typical interconnect. A comparison to the results from the Taylor assumption is made, which shows that the Taylor assumption method produces an overstiffening of the interface.     

A computational method for simulating transient motions of an incompressible inviscid fluid with a free surface

A new numerical method has been developed for the analysis of unsteady free surface flow problems. The problem under consideration is formulated mathematically as a two-dimensional non-linear initial boundary value problem with unknown quantities of a velocity potential and a free surface profile. The basic equations are discretized spacewise with a boundary element method and timewise with a truncated forward-time Taylor series. The key feature of the present paper lies in the method used to compute the time derivatives of the unknown quantities in the Taylor series. The use of the Taylor series expansion has enabled us to employ a variable time-stepping method. The size of time increment is determined at each time step so that the remainders of the truncated Taylor series should be equal to a given small error limit. Such a variable time-stepping technique has made a great contribution to numerically stable computations. A wave-making problem in a two-dimensional rectangular water tank has been analysed. The computational accuracy has been verified by comparing the present numerical results with available experimental data. Good agreement is obtained.     

TIME PRECISE INTEGRATION METHOD FOR CONSTRAINED NONLINEAR CONTROL SYSTEM

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＴｈｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔｏｆｔｈｅｔｉｍｅｐｒｅｃｉｓｅｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｐｒｏｖｉｄｅｓａｎｅｗｗａｙｆｏｒｔｈｅｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎｏｆｄｙｎａｍｉｃｓｙｓｔｅｍｓ[1].Ｔｈｅａｂｏｖｅｍｅｔｈｏｄ ,ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｍｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄｏｐｔｉｍａｌｃｏｎｔｒｏｌ,ｗａｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｔｈｅｓｕｂｓｔｒｕｃｔｕｒａ…     

A modified conservation principles theory leading to an optimal Galerkin CFD algorithm

A modified conservation principles theory in one, then multi‐dimensions, admits the prediction of an optimally accurate algorithm construction for the unsteady incompressible Navier–Stokes (INS) equations. Via a time Taylor series (TS) operation, followed by a pseudo‐limit process, the theory generates a modified, but still analytical, INS system parameterized by a set of coefficients constrained only by a convexity requirement. A spatially discretized finite element implementation of a Galerkin weak statement on this modified INS system, termed the ‘Taylor weak statement (TWS), ’ generates a parameterized CFD algorithm for analysis. TWS algorithm phase velocity and amplification factor error functions are derived for linear and bilinear basis implementations assembled at the generic node. A subsequent TS expansion in wave number space admits analytical identification of parameter set options affecting lowest order error terms. The results of definitive verification‐ and validation‐class computational experiments for a range of published CFD algorithms belonging to the TWS class, reported herein, clearly confirm theoretical prediction of the optimal TWS algorithm for INS thermal/fluid transport applications. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.     

结构动力问题的高精度组合差分时程积分法

基于Taylor级数展开得到位移和加速度的中心差分格式,并结合速度的后差分格式,构造了一种求解结构动力问题的组合差分格式的时程积分算法,该算法为自起步的两步高精度算法。通过求解递推格式的传递矩阵及其特征值,对该算法的稳定性和精度进行了理论分析,结果表明,本文提出的算法虽属条件稳定,但其精度极高,具有周期延长率小、没有振幅衰减等优点。数值分析结果也证明本文提出的算法具有较高精度。