基于光学测量手段实时动态测量船体水平姿态

针对测量船传统实时水平测量方法精度较低（≥10.0″）的问题,引入了基于光学测量手段的动态实时船体水平姿态测量方法。采用＂光学编码精密测角＋惯性同步复示平台＋水平误差检测工具＂的设计模式,保证了跟踪的稳定性,提高了测量精度。实验结果表明：提出的方法可以提供比传统惯导系统更稳定、精度更高（纵摇5.37″,横摇3.60″）的船体水平姿态数据;可以作为一种普遍适用的运动载体精密水平测量监测手段,为运动载体实时提供高精度的水平基准信息,或用于运动载体惯导水平精度鉴定等。     

惯性制导及其物理原理

 惯性制导,简称惯导,是指利用物体的惯性特性来进行制导的一种制导方式。由于惯导系统的制导装置全部安装在飞行器内部,并且不与外界交换任何信息,因此,惯性制导具有保密性强、不受气象条件的影响以及其他外部因素的干扰等优点。国内外的弹道式战略导弹,一般都采用惯导系统。这一些战术导弹制导的初始段或末段也常用惯导系统。一、惯导系统的组成及基本工作原理惯导系统通常由陀螺稳定平台、惯性仪表（加速度表）、程序装置、计算机、积分仪及乘法器等组成。惯导系统的基本工作原理为,利用加速度表测量飞行器运动的加速度,通过积分仪得到飞行器的速度和位置信息。     

一种基于角增量和姿态矩阵联合匹配的船体形变测量方法

船体形变是制约舰船武器系统使命效能发挥的物理现象之一。针对如何准确测量船体形变这一问题,提出了一种基于角增量和姿态矩阵联合匹配的船体形变测量方法。该方法仅依靠能够提供载体角运动信息的陀螺仪,通过可靠的船体形变角滤波估计策略,在无需进行惯导初始对准、惯导速度位置更新的条件下,能够实现针对船体形变的高精度测量。仿真试验表明,提出的方法对船体形变的估计精度优于35″。能够为传递对准、火炮发射等需要舰船形变信息的场景提供支撑。     

基于OMAPL138与FPGA的惯性姿态测量系统设计与实现

为了满足高性能、低成本及多接口的惯导使用需求,设计一种基于OMAPL138 FPGA的大存储空间惯性姿态测量系统。系统设计充分利用OMAPL138的异构双核结构,结合每种处理器应用特点,进行任务划分并构建硬件平台。设计了丰富的外围接口,通过选择接入GPS、北斗或里程计,能够实现多种组合导航方式。根据使用环境提出惯导与里程计组合导航方案和相应软件流程,并进行了姿态精度测量及导航定位精度试验。姿态测量精度优于0.5密位 ,纯惯性导航定位精度为0.3‰ D (CEP),组合导航的定位精度为0.14‰,试验结果表明,系统稳定可靠,硬件平台满足惯导计算机设计需求。     

一种新的船用捷联惯导系统数字仿真器的设计

以舰船的运动特性为依据,设计了一种新的船用捷联惯导系统数字仿真器;用VC++编程语言设计舰船运动轨迹;建立陀螺仪、加速度计的误差模型;用惯导系统姿态更新、位置更新、速度更新解算的结果与航迹点参数(真值)比较,得到惯导系统误差;应用表明,该仿真器能够灵活地模拟出舰船在不同的运动状态下船用捷联惯导系统的各种导航参数,为研究舰载条件下的捷联惯导系统传递对准技术提供了可靠的试验数据。     

大尺度阻隔空间姿态组合测量方法研究北大核心CSCD

针对大尺度空间姿态测量中因空间阻隔导致目标特征点遮挡的问题,提出了一种基于多传感器组合的姿态测量方法。通过数字水准仪与姿态探针实现被测特征点的单坐标基准测量,由特征点的水平高差和已知几何约束关系解算得到目标初始姿态值。在此基础上标定高精度倾角传感器与被测目标之间的姿态旋转矩阵,基于坐标变换理论可由传感器输出实时解算目标姿态。实验结果表明:在10 m范围内,姿态测量相对精度优于0.0015°,重复性测量误差小于0.0004°,适用于大尺度阻隔空间姿态的精密实时测量。     

捷联惯导/北斗高精度组合导航方法研究

提出采用紧组合方式进行捷联惯导/北斗组合导航设计,首先对捷联惯导与北斗系统进行误差分析与建模,将捷联惯导系统误差、北斗等效时钟误差相应的距离(伪距误差)以及等效时钟频率误差相应的距离率(伪距率误差)作为组合导航系统状态;利用捷联惯导位置输出与北斗接收机星历输出构造获得等效伪距,将其与北斗接收机测量的伪距对应相减作为量测,推导建立对应的量测方程,采用卡尔曼滤波设计捷联惯导/北斗组合导航滤波算法。仿真结果表明,该组合导航方法的速度精度达到±0.05m/s,位置精度达到±3.2m,水平姿态精度达到±0.4′,航向精度达到±1.6′。     

稳瞄惯导周视观瞄镜的设计

介绍一种中精度、低成本周视观瞄镜的设计方法，其特点是用一个机械陀螺同时实现稳瞄和惯导2项功能。利用陀螺罗经原理，使机械陀螺的敏感轴快速收敛于子午面和水平面的交线上，并借助陀螺定轴性和2自由度环架，使陀螺隔离运动载体的扰动；通过环架上的光电传感器测出运动载体的姿态角，使观瞄镜的瞄准线随动于陀螺的敏感轴，实现间接稳定。在瞄准过程中，瞄准线的调转指令以随动修正量的形式加入，通过姿态矩阵的解算，可获得运动载体扰动量沿稳瞄坐标轴方向的投影，即瞄准线随动陀螺轴的输入量。最后综合运动载体的姿态和里程计信息，可以实现导航功能。     

一种改进的速度加姿态匹配传递对准方法

为了提高传统速度加姿态匹配传递对准方法的快速性,设计了一种改进的传递对准方法,该方法提出在子惯导初始化之前利用主、子惯导陀螺和加速度计测量信息进行短时间的预对准,并设计了速度加姿态匹配的传递对准滤波模型。与传统传递对准方法相比,通过在预对准阶段直接计算主、子惯导之间的安装误差矩阵,子惯导进行初始装订时可以得到较小的初始姿态误差,从而使传递对准滤波器能够快速收敛,提高了对准的快速性和精确度。试验结果表明,通过预对准后对准滤波器在30s之内即可完成对准,姿态估计误差为1′,方位估计误差为1.5′,比传统传递对准方法具有更好的对准性能。     

惯导辅助单历元解算模糊度测姿方法

GNSS与INS在测姿方面的组合理论上可以提升精度，但实际中有时会由于GNSS模糊度固定率低、固定出错、易受干扰等原因导致其精度相对INS过低，以至于组合精度不佳。针对以上问题，提出一种用惯导辅助解算模糊度的方法（IAACM），利用惯导信息辅助解算模糊度浮点解，在固定模糊度后得出更精准稳定的GNSS载体姿态，该姿态可与INS姿态再次组合有效提升测姿精度。该方法在解算模糊度层面引入了惯导信息，具有不受卫星数量限制，单历元固定模糊度，误差稳定等优势。利用高精度GNSS接收机与光纤惯导组合搭建试验平台，在城市道路环境中进行跑车测试，验证模糊度固定情况及测姿精度。试验表明，该方法可提供更精准的模糊度浮点解，并可单历元固定模糊度，有效提升模糊度固定率，使测姿精度大幅提高。     

船舶运动状态下风速风向测量补偿与数字仿真

为了研究船舶运动状态下的风速风向精确测量,设计了一种船舶风速风向动态测量及误差补偿的数字仿真系统。通过对船舶航行状态下的风速风向测量原理进行分析,建立了船舶平面运动的相对风速风向和真风风速风向的解算模型,并根据船舶空间运动的风速风向测量及其误差补偿算法,对船舶横摇、纵摇状态下的风速风向的动态测量和误差补偿进行了数字仿真。数字仿真结果表明,该方法能够消除船舶航行时的运动姿态对风速风向测量带来的影响,为船舶的操纵控制和航行安全提供了精确和可靠的风速风向数据信息。     

基于平面导航系的极区传递对准算法研究

针对极区经线快速收敛导致基于传统导航坐标系的传递对准模型和误差方程不适用的问题,提出了基于平面导航力学编排的极区传递对准算法,并设计了"速度+姿态"匹配的传递对准滤波模型。该算法基于Kalman滤波最优估计理论,利用舰艇主惯导高精度姿态、速度信息对局部基准姿态失准角进行估计补偿,以达到局部基准极区动基座条件下快速初始对准的目的。仿真结果表明,在中海况条件下,局部基准可在20s内完成方位精度为5′、水平姿态精度为3′的初始对准。     

高光谱干涉图像动态追踪补偿方法研究

结合基于位置姿态测量系统的目标动态追踪补偿校正和非等间隔快速傅里叶变换谱提取,提出一种机载遥感的高准确度校正方法.该方法通过位置姿态组合系统在承载平台稳定性较差的成像条件下进行实时姿态测量、主动校正、反馈补偿获取干涉图,再对校正后的干涉图进行空间变换和非均匀性谱提取,获得融合图像和目标光谱曲线.机载飞行实验表明:多谱段伪彩色融合图像效果良好,光谱反演准确度与传统校正方法相比有大幅提升.基于该方法的位置组合测量系统具有良好的机载环境适应性,可应用于稳定性较差的平台以及非干涉型原理的光谱成像探测系统,为机载高光谱图像运动误差一体化处理平台的研究提供了一条新途径.     

基于预估测量值的EKF在手臂测姿中的应用

针对载体线性加速度以及周围局部磁干扰对姿态测量精度的影响,基于已有的惯性测量单元,设计了一个基于四元数的实时估计手臂姿态的扩展卡尔曼滤波器(EKF)。提出利用四元数引入加速计和磁强计的预估测量值构造自适应测量噪声协方差阵的方法,结合QUEST算法,来判定姿态角解算对陀螺仪、加速计和磁强计输出信息的依赖程度,以此来提高测量精度。文末通过实验仿真对该方法进行了验证,并对实验结果和电磁跟踪系统采集到的数据进行了比较,结果表明,本文提出的方法能显著提高手臂姿态测量精度,可有效满足应用要求。     

一种双轴姿态稳定平台的设计与实现

机载姿态稳定平台可隔离载体角运动、精确跟踪当地水平面,因此在航空遥感领域中有着广泛的应用前景。通过以微惯性传感器作为主要测量元件,以步进电机作为执行机构,构建了一种双轴姿态稳定平台,进行姿态的闭环控制,克服了传统陀螺稳定平台造价昂贵、设计复杂的特点。试验测试结果表明,该平台可以实现对当地水平面的精确跟踪。     

浮球式惯导平台悬浮稳定问题的动力学建模与控制

以浮球式惯导平台的悬浮稳定为研究对象, 全面分析了平台的干扰特性, 建立了液浮支撑模型, 推导了在受扰条件下稳定部件的六自由度运动方程. 针对外部环境、流场阻力、模型参数不确定、未建模动态和测量噪声等干扰问题, 设计了基于高增益扩张观测器的滑模控制器. 数值仿真表明, 液浮稳定结构可以有效隔离外界干扰的影响, 提高平台的抗干扰能力; 所提出的控制方法可以有效抑制系统的抖振, 实现平台的高精度快速稳定控制. 与前期的研究相比, 控制器的动态响应和稳定性能提升了50%. 关键词： 浮球式惯导平台 悬浮稳定 高增益扩张观测器 滑模控制     

基于动平台多源数据的运动目标测量方法研究

根据运动目标性能试验需求及试验平台的特点,建立一个影像数据测量系统,实现目标的运动视频记录和外部参数测量。采用基于OpenCV的棋盘格内参数标定结合基于平台上固定标识点、线为基准的外场标定的摄像机标定方法,采用高速影像数据、中线视频数据和GPS数据相结合的方法实现目标运动的轨迹、姿态等参数的测量。通过测量精度分析及多次试验结果证明,测量精度达到水平方向优于10 cm,高程方向优于5 cm,姿态精度优于05。     

某机载惯导设备原位测试仪设计

针对某机载惯导设备在外场的测试需求,设计了以PC-104为显示、控制和数据处理核心,并扩展程控数字表、多通道矩阵板,构建了原位测试仪的硬件电路。根据系统的功能要求和硬件电路特性,利用LabWindows/CVI虚拟仪器平台编制了人机接口界面和测试程序,控制硬件电路对某惯导设备的静态电阻和在线电压进行测试,并接收、分析、处理惯导原位工作时输出的实时串行数据,完成对惯导设备的静态测试和动态性能监测,实现对某机载惯导设备原位测试过程的自动化和测试结果管理的智能化,提高了测试效率和测试精度。该仪器通过改变或控制测试仪器的类别,可实现对多路信号多种性能指标的测试。应用结果表明,该测试仪具有性能稳定、操作简便、应用领域广、通用性强等特点。     

红外地平仪地球模拟器光学校准精度分析

针对适用于双圆锥扫描红外地平仪地面检测体积相对较大的地球模拟器,使用两台电子经纬仪建立三维坐标测量系统,采用全测角的方法计算并实时显示被测点的三维坐标值,可以大大提高光学校准精度。基于坐标值的计算以及地球模拟器的模拟原理,首先对地球模拟器进行精密校准,然后基于误差传递公式计算直角坐标的校准测试误差,对光学校准精度进行分析,最终实现红外地球敏感器姿态角测量的误差分析。计算与实际测量结果表明,通过使用实时三维测量系统对地球模拟器进行精密校准后,双圆锥扫描红外地平仪的姿态角模拟测试误差可降低到0.01°以下。验证了该测量系统在大型航天地面检测设备中的有效性与实用性。     

基于半物理仿真平台的激光惯导算法验证方法

传统车载激光惯导算法验证方式需要消耗大量的人力物力,而且算法性能的评估结果受各种外界因素影响较大,针对上述问题,提出基于实验室半物理仿真平台的激光惯导算法验证方法,并搭建了该仿真平台。研究表明,基于实验室半物理仿真平台的激光惯导算法验证方法相比传统算法验证方法具有快捷、简单、准确、客观等诸多优点。