捷联惯导系统算法比较研究

运用四子样圆锥补偿现代捷联惯导系统姿态算法、针对船舶的摇摆运动在数字信号处理芯片（DSPs)上进行了仿真，并与三子样圆锥补偿算法，三子样等效转动矢量法和单子样毕卡逼近法的仿真，并与三子样圆锥补偿算法、三子样等效转动矢量法和单子样毕卡逼近法的仿真结果进行了比较。结果表明：四子样圆锥补偿能更有效地抑制不可交换误差，提高姿态精度，且整个导航算法在TMS320C6211 EVM仿真器上运行，所花时间为5．3毫秒。     

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。     

船用捷联惯性导航系统姿态算法精度评估研究

分析了捷联惯性导航系统姿态解算中不可交换性误差产生原因，提出并分析了一种旋转矢量误差估计模型，并从该模型出发推导了几种高精度的捷联姿态算法，提出了由角速度提取角增量的梯形算法。以船舶为应用对象，进行了数字仿真和算法精度分析比较，结果表明：等效旋转矢量法和梯形算法可以提高系统的姿态解算精度。     

基于角速度频域重构的旋转矢量解算

传统的旋转矢量解算对角速度一般采用多项式重构,而实际中在高动态环境下用多项式重构角速度的精度不高.从信号重构理论出发,研究了在对角速度信号进行频域连续重构的基础上进行旋转矢量解算,并对其在捷联惯性导航系统姿态矩阵实时求解中的应用进行了仿真.仿真结果表明,在高动态环境下新算法比传统算法更能有效地抑制不可交换误差,对于提高捷联惯性导航系统精度具有重要的意义.     

基于多项式迭代的等效旋转矢量微分方程精确数值算法

提出了一种基于多项式迭代的求解等效旋转矢量微分方程(Bortz方程)的新算法,以角速度多项式作为输入,利用泰勒级数将Bortz方程中的余切函数展开成多项式形式,将不可交换误差补偿中的叉乘和求模运算变换为多项式的卷积运算,通过迭代求取等效旋转矢量的多项式精确解,有效地解决了捷联惯导系统在大角度机动环境下的姿态精确确定问题。此外,还对新算法的数值运算量和迭代收敛精度进行了分析。最后,进行了半锥角90°、频率1 Hz、时长1 s的大幅值圆锥运动姿态更新仿真实验,与传统圆锥优化算法的5'姿态误差相比,新算法的误差仅为10~(-7)',具有明显的精度优势。     

一种适用于低机动性载体的圆锥算法

不同的圆锥算法,其误差的补偿精度各不相同,而补偿精度又影响最终的姿态解算精度,因此研究高补偿精度的圆锥算法非常重要.对捷联惯导系统提出了利用前两个计算周期陀螺输出的角增量信息和当前陀螺采样值的圆锥误差补偿算法,并对新算法中的单子样和双子样算法进行了分析.结果表明,在圆锥运动为低频率的条件下,提出的双子样算法的补偿精度相比传统的优化三子样算法可以提高2个数量级.对于舰艇、轮船等低机动性的载体,由于其圆锥运动处于低频率,可以利用该算法进行姿态更新解算.     

一种微型矢量水听器姿态测量系统

矢量水听器姿态校正的通常做法是将姿态测量系统捷联安装在声纳平台上,这种方案无法准确测量矢量水听器的姿态变化。针对这个问题,设计了一种微型姿态测量系统,并将其捷联封装在矢量水听器内部。系统采用MEMS陀螺测量角速度,用毕卡迭代算法解四元数姿态更新方程。用MEMS加速度计和磁力计分别测量重力方向和磁北方向,再使用扩展卡尔曼滤波对解算姿态角进行实时校正。经测试,该系统横滚角和俯仰角的静态误差小于0.2°,航向角的静态误差小于0.8°。摇摆实验中,横滚角和俯仰角的动态相对误差小于2.9%,航向角的动态相对误差小于3.6%。海上试验结果证明该姿态测量系统应用于矢量水听器可明显提高目标方位估计的精度。     

等效旋转矢量系数优化的参数解析法

基于等效旋转矢量的姿态算法是减小捷联姿态计算中不可交换性误差的有效方法.针对Miller的多子样优化方法过程复杂且仅适用于优化圆锥运动的局限,提出了通过角速度矢量的高一阶近似模型并利用其各阶导数间的解析关系,实现系数优化的新方法--参数解析法.以Miller的三子样基本算法为例阐述了参数解析法的优化思路并详细推导了其优化过程,在经典圆锥运动环境下得到了与Miller法相同的优化结果.最后在规则进动和广义圆锥运动环境下对该方法的适用性进一步进行验证.该方法简单直观,无需求解误差四元数的解析式,适用范围广,为等效旋转矢量的系数优化提供了一种新思路.     

船用捷联惯导系统的姿态算法研究

本文研究了在船舶摇摆运动下的捷联惯导系统姿态算法问题，对于不同的采样周期，姿态误差不同的情况，得出了船用捷联系统应该采用等效转动矢量法消除不可交换性误差，以提高姿态精度的结论，仿真结果表明在不减小采样周期的前提下，等效转动矢量法能大大提高姿态精度。     

单轴旋转捷联惯导系统圆锥误差分析与仿真

刚体的有限转动存在不可交换性,导致捷联惯导(SINS)在圆锥运动环境下进行导航解算时会产生圆锥误差.由于单轴旋转调制惯导(RINS)和纯捷联惯导(SINS)在圆锥环境下的运动模型不同,因此圆锥误差及其补偿效果也会发生相应改变.首先构建了单轴RINS在圆锥运动下的数学模型,其次分析了基于角速率的多子样旋转矢量算法下的不可...     

基于对偶性原理捷联惯导划船误差补偿优化算法

先介绍了算法的对偶性原理，并根据此原理和圆锥误差补偿的一般形式，得到了陀螺和加速度计任意子样数下划船误差补偿的一般形式；然后在经典的划船运动条件下，对划船误差补偿算法的系数进行优化，得到了优化后的通用公式及其算法漂移；最后，通过对圆锥误差算法和划船误差算法的复杂度、算法漂移的比较，得出一些有益结论。基于该方法可以充分利用圆锥误差算法的已有结果，由计算机编程计算得到划船误差补偿的任意子样数算法，无需繁琐的重复性推导。     

挠性捷联惯性导航系统误差补偿技术

为了补偿载体角运动和振动引起的捷联惯性导航系统导航误差,通过分析载体角运动引起的圆锥误差,挠性陀螺刻度因数非线性、姿态角速率引起的加表零位变化等因素对导航结果的影响,采用三子样算法和非线性补偿技术,对上述误差进行了补偿。摇摆试验和跑车试验证明,通过上述补偿后,姿态精度、水平定位精度、垂直定位精度有明显的提高。     

关于激光捷联惯性导航系统姿态算法的分析

圆锥误差和量化误差是激光捷联惯性导航系统姿态解算误差的两个最主要的误差源.从分析圆锥误差产生的机理出发,分别分析了以角度和角速度为计算参数的圆锥误差补偿算法,并对量化误差对圆锥误差补偿算法的影响进行了研究.通过理论分析和数字仿真,得出在实际工程应用中,采用角速度为输入信息的激光捷联惯性导航系统姿态算法应该在考虑量化误差的情况下,采用以角速度为计算参数的圆锥误差补偿算法.     

不等间隔角速率输出的捷联航姿算法研究

结合实际系统陀螺输出为不等间隔角速率信号且时间间隔已知的特点，将陀螺输出数据的时间间隔引入定时增量算法，提出了一种梯形积分增量算法。为补偿圆锥运动误差，推导了不等间隔角速率输出时的旋转矢量二子样算法，并在典型圆锥运动条件下，将本算法与甚童的捷联姿态算法进行比较。结果表明：在陀螺输出为不等间隔的角速率信号时，不等间隔的等效旋转矢量算法具有一定的优越性。     

捷联惯导系统的捷联算法误差补偿

用Millie提出的三子样圆锥误差补偿算法和Oleg Salychey提出了划船 误差补偿算法对相应的误差进行了补偿,并对补偿算法进行了数字仿真。仿真结果表明：所采用的误差补偿算法对提高捷联惯导系统的精度作用显著。     

角速率输入下的航姿算法研究

在某些航姿系统中,陀螺采用角速率信号输出,针对这种情况,作推导了几种航姿算法的圆锥运动误差表达式,并且在理论上比较了它们的误差。理论推导和随后的仿真都证明四元数航姿算法较为适合角速率信号输入。     

速率偏频技术提高激光陀螺精度的理论研究

以分析激光陀螺主要误差源出发点,从理论上研究了速率偏频技术的作用,指出它可有效地降低激光陀螺锁区引入的随机游走误差,部分地补偿激光陀螺谐振腔中的光束位移引起的不可控激光陀螺的零偏误差,并可解决拦动激光陀螺在系统使用中的锥形误差（Coning Error)和划桨误差（Sculling Error)。利用激光陀螺的拍频方程和拦动偏频激光陀螺的拍频近似解,得出了速率偏频激光陀螺随机游走误差与速率偏频系统参数的表达式,并指出了速率偏频技术的特点及速率偏频技术要解决的主要技术问题。     

圆锥积分算法在划船效应补偿算法中的应用

介绍了捷联惯导系统中圆锥补偿算法与划船误差补偿算法之间的相似性；根据它们之间的相似性得出了一简单的公式，该公式能够将一种圆锥补偿算法转换成相应的划船误差补偿算法；此外还给出了该公式的推导过程及几种高精度补偿算法；最后进行了仿真。     

捷联惯导系统圆锥补偿算法优化设计

高速、高速度的圆锥偿补算法是提高捷联惯性导航系统（ＳＩＮＳ）性能的重要环节。本文对Ｃｈａｎ Ｇｏｏｋ Ｐａｒｋ等提出的新圆锥补偿方法进行了进一步的研究。文中给出了经典圆锥运动的角速度模型,推导出了经典圆锥运动的角增量公式、角增量叉乘公式、圆锥补偿系数方程和误差公式,并将该方法拓展至利用前一圆锥补偿周期角增量和的圆锥补偿算法。     

捷联惯导系统中的圆锥和伪圆锥运动研究

分别对圆锥运动和伪圆锥运动的产生原因、表达形式,以及对捷联惯导系统的影响进行了分析.由于圆锥运动和伪圆锥运动并不相同,因此圆锥运动补偿算法将对两者产生不同的效果.数字仿真表明,圆锥补偿算法可以大大降低经典圆锥运动对捷联导航系统的不利影响,但同时却会增大伪圆锥运动对捷联导航系统的不利影响.因此在实际应用当中,应当结合圆锥运动和伪圆锥运动对系统的影响比重,选择合适的圆锥补偿算法.