舰载角速度匹配传递对准方法研究

为了提高舰载局部捷联惯导系统的导航精度，希望能够在传递对准过程中，对船体甲板变形进行估计，对惯性器件的某些误差进行标定，并进行补偿。作为参数匹配传递对准方法之一的角速度匹配法为此提供了可能。文中对角速度匹配法中的三种不同海况下的系统状态可观测性进行了详细的分析，并对船体甲板变形和陀螺漂移进行了Kalman滤波估计及精度分析。研究结果表明，这一方法具有较好的对准精度和快速性，但具体情况随船体的运动情况而不同。     

舰载平台式惯导系统的传递对准

舰载子惯导系统在海上应急启动时需要利用主惯导的信息进行传递对准,以达到快速、高精度启动的目的.同时必须对惯性器件的某些误差进行标定和补偿,以满足舰载惯导系统需要长时间高精度导航的要求.文中对平台式惯导系统采用速度加姿态匹配传递对准方法进行了研究,建立了基于KaIman滤波器的传递对准滤波方程,并在实际系统中对所设计的方案进行了静态和跑车试验,验证了方案的正确性和工程应用的可行性.     

传递对准姿态匹配算法的统一性

推导了传递对准中使用的传统姿态匹配算法和现代姿态匹配算法,证明了这两类姿态匹配算法是统一的.首先介绍了传统姿态匹配算法,包括"姿态角匹配法"和"姿态矩阵匹配法".然后论述了现代姿态匹配算法,包括"量测失准角匹配法"和"最优姿态匹配法"."量测失准角匹配法"是一种通过引入量测失准角进行传递对准姿态匹配的算法;"最优姿态匹配法"是对"量测失准角匹配法"的改进和完善.最后,从理论上证明了"姿态角匹配法"和"量测失准角匹配法"是等价的,进而,说明了传统姿态匹配算法和现代姿态匹配算法的统一性.     

舰载导弹惯导系统姿态变化量匹配法传递对准

针对捷联惯导系统的动基座传递对准问题,采用姿态变化量匹配法,在不依赖舰船自主机动运动而仅仅依靠外界风浪随机干扰的情况下,对系泊状态下的舰载导弹捷联惯导系统传递对准进行仿真研究。仿真结果表明:在三种海况下,姿态变化量匹配法可以使3个失准角估计在短时间内均达到要求精度;随着舰船摇摆频率和幅度的增大,失准角的估计精度会进一步得到提高。研究表明姿态变化量匹配法具有对准算法简单、对准速度快、精度高等优点;利用一定强度的风浪,通过该种匹配方法能够成功的解决动基座传递对准问题。     

捷联惯导角速度匹配传递对准方法研究

潜器用SINS在释放前摇摆基座上进行初始传递对准时，主惯导与子惯导之间不仅会因安装而产生常值失准角，而且会因为舰体的变形产生不确定失准角。用二阶马尔可夫对舰体变形进行了建模，并对角速度匹配传递对准方法进行了研究。计算机仿真验证了舰体变形模型的可行性，角速度匹配传递对准方案可以有效、快速地为潜器提供高精度的导航姿态基准。     

时间延迟对姿态角匹配传递对准的影响

姿态角匹配传递对准要求匹配信息在时间上统一。主子惯导之间存在传输延迟以及由于启动时间点随机性导致的解算点不匹配,造成信息在时间上不统一。分析了时间延迟对姿态角匹配传递对准的影响,并提出了一种将时间延迟分离并加以补偿处理的方法。采用滞后子惯导信息的方式预先补偿常值时延,而后采用状态增强的方式估计补偿随机启动时间点造成的随机时延,从而达到匹配信息时间统一的要求。试验结果表明,当主子惯导时间不同步,若不对时间延迟补偿,姿态角估计误差较大甚至不收敛;存在100 ms时间延迟时,相比于直接采用状态增强的方式估计补偿时间延迟,采用常值与随机时延分别补偿的方式卡尔曼滤波器收敛时间从28 s缩短至10 s,东向与北向水平估计精度分别提升至0.5'、0.3',航向估计精度相同。     

一种改进的舰载机快速传递对准方法

为提高舰载机的快速反应能力,设计了一种测量参数组合匹配传递对准新方法。以舰载机惯导的姿态四元数和移动基准惯导的姿态四元数为切入点,通过四元数乘法构建量测量,并与角速度匹配组合构成量测方程,可有效克服传统姿态角匹配计算量大的不足,并获得较好的快速性和滤波精度。给出了数学模型,阐述了工作思路,推导了量测方程,并在舰载条件下进行了分析比较和仿真验证。仿真结果表明,采用本文提出的方法可获得良好的稳健性、快速性和准确性,估计精度与角速度加姿态角匹配方案的精度相当,计算量也明显减小。舰载机惯导系统不但在不到10 s的时间里就完成了对失准角和安装误差角的估计,估计精度均在0.5'以内,还能在不到100 s的时间里完成对陀螺漂移的估计,实现对陀螺器件的标定。     

星敏感器辅助的临近空间飞行器姿态匹配传递对准方法

为解决临近空间飞行器的精确、快速传递对准问题,提出了发射点惯性坐标系下基于星敏感器信息辅助的传递对准方案。根据星敏感器输出的不同形式的姿态信息,如利用TRIAD算法获得的姿态角信息或利用QUEST算法获得的姿态四元数信息,分别建立了基于平台失准角和基于加性四元数的非线性传递对准模型。针对非线性特性模型,采用UKF滤波算法进行了数学仿真。仿真结果表明,在2 s内,两种方案的姿态角误差均可以收敛到20"。仿真验证了两种算法的有效性,为临近空间飞行器的传递对准提供了参考。     

考虑载体弹性变形的两种传递对准方法的对比研究

传递对准时，载体的弹性变形会对装在载体上的子惯导系统的对准精度产生影响，因此需要对弹性变形进行建模，估计出弹性变形角并加以补偿来提高对准精度。文中分别采用“速度＋角速率”匹配的对准方法和“速度＋姿态角”匹配的对准方法进行卡尔曼滤波仿真，对安装误差角和弹性变形角进行了估计，并对估计结果进行了比较，分析了它们的对准精度和适用性。     

船用武器捷联姿态基准系统快速传递对准方法研究

研究了一种改进的快速传递对准算法在船用姿态基准系统中的应用。这种改进利用了舰船主惯导系统角速率和速度信息，与子系统的捷联姿态基准系统的相应信息相匹配，通过卡尔曼滤波器提取从系统的误差估计量。针对船用的三种武器做了各种仿真，结果表明在40秒时间内对三个失准角的估计都能达到较高的精度。研究还表明，在传递对准滤波器中引入固定区域平滑算法对姿态误差估计的精度将有明显的提高。     

舰船平台上一种改进的传递对准方案设计与仿真

为了提高舰船惯性导航系统在动基座下的传递对准的精度和快速性,针对舰船平台的应用特点,采用卡尔曼滤波器对主、子惯导的"速度加角速率"参数的误差量进行滤波估计并进行了算法设计。运用卡尔曼滤波器的平滑算法改善传递对准的精度。针对卡尔曼滤波器平滑算法会降低对准速度的缺点,在只损失一小部分精度的前提下,创新性的采用卡尔曼滤波器的降阶算法提高了对准速度。通过Matlab软件对卡尔曼滤波器算法、卡尔曼滤波器平滑算法和卡尔曼滤波器平滑加降阶算法的速度误差和姿态误差分别进行了仿真。仿真结果表明,"速度加角速率"匹配传递对准改进算法具有稳健的对准精度和快速性,有一定工程应用参考价值。     

机动对速度匹配法传递对准效果的影响

传递对准过程中,机动运动有利于改善对准效果,不同的机动运动方式对特定匹配模式下的对准效果改善程度不同。通过建立速度匹配法传递对准卡尔曼滤波器模型,对几种典型机动方式下的模型分别进行深入仿真研究,详细比较不同机动方式对捷联惯导系统对准效果的影响。仿真结果表明,采用速度匹配传递对准方式,载体单独做摇摆加线运动姿态误差角估计精度能达到1',陀螺常值漂移的估计精度能达到90%,加速度计常值零偏无法估计。载体做"S"形机动运动姿态误差角估计精度优于0.5',陀螺常值漂移的估计精度能达到95%以上,加速度计常值零偏估计精度能达到99%。     

机载分布式POS传递对准建模与仿真

为了提高机载分布式POS中子POS的测量精度,补偿机翼的挠曲变形,提出了一种机载环境下传递对准方法。为验证该方法的有效性,搭建了机载分布式POS地面演示系统。针对该地面演示系统,提出了运用ANSYS辅助力学建模的方法建立了模拟机翼杆挠曲运动模型,并将由机翼挠曲运动产生的挠曲变形角和挠曲变形角速度增广为卡尔曼滤波的状态变量。在此基础上,详细推导了考虑挠曲变形时姿态误差量测方程,设计了基于"速度+姿态"匹配方式的卡尔曼滤波器。仿真结果表明,采用该挠曲变形补偿方法进行传递对准,水平失准角精度优于3?,方位失准角精度优于5?。仿真结果验证了该方案的可行性,为机载分布式POS提供了工程应用参考。     

一种可观测度分析方法及在传递对准中的应用

针对卡尔曼滤波器中状态可观测度的定量分析问题,提出了一种新的可观测度分析方法。利用无系统噪声输入的动态系统初始状态的加权最小二乘估计,推导了动态系统初始状态估计误差的传递方程,将状态变量的可观测度指标定义为估计误差传递矩阵的对角线元素,从系统初始状态估计误差衰减角度定义了可观测度。推导了考虑子惯导安装矩阵的姿态观测方程,将机翼变形视为观测噪声,构建了速度加姿态匹配的传递对准模型。将可观测度分析方法应用到该传递对准模型中,结果表明:水平加速计零偏可观测度低,估计误差大,而其他状态可观测度高,估计误差小。     

传递对准中滤波器的收敛判据

惯性导航系统传递对准结束的判断通常是根据经验以时间作为滤波器的收敛条件,往往过于保守.针对滤波器在传递对准中的应用,基于数据的统计特性,提出了一种利用滤波结果进行收敛性判断的方法.通过滑动计算方法,在线计算滤波结果的统计特征,并通过分析影响收敛判断的因子,得到收敛判断的参数选取方法和收敛判据的阈值条件.对设计的收敛判据分别进行了数学仿真和采用真实数据的半物理仿真,验证了收敛判据的合理性和有效性,证实了采用收敛判据判断可以一定程度上缩短对准时间,提高系统的快速反应能力.     

一种改进的速度加姿态匹配快速传递对准算法

给出了一种针对工程应用的改进快速传递对准算法。推导了速度及主子惯导z轴安装误差角量测构造方法,给出了基于速度加z轴安装误差角量测的降阶快速传递对准滤波器模型。通过仿真测试了降阶滤波模型的对准性能。最后利用协方差分析方法针对性分析了航向误差对主要未建模误差的敏感程度,结果显示:摇翼机动条件下30 s时航向误差收敛到0.1°内,航向误差主要受主惯导航向误差及z轴挠曲变形的影响,对主惯导数据时间延迟不敏感。该方法兼具传统速度加姿态匹配算法的优点,又避开了其在摇翼机动时对时间延迟、挠曲变形敏感的缺点。     

一种应用四元数的快速传递对准方法

传递对准是舰载武器惯导系统初始对准的一种有效办法，为满足舰载武器要反应快的要求，必须在短时间内对初始不对准角进行估计并加以补偿。文中建立了采用四元数的传递对准的，线性模型，在此基础上进行卡尔曼滤波，解决了舰载垂直发射导弹的初始对准问题，同时又克服了一般四元数对准模型非线性滤波计算量大，对准时间长的缺点，使导弹能在短时间内完成对准，提高其反应速度，增加其命中率。仿真结果表明，该文提出的快速对准方法具有对准速度快、精度高的优点。