系统参数标定以及惯性元件安装误差测量与补偿技术研究

研究了旋转式光纤陀螺捷联惯性导航系统的标定问题。首先分析了系统的安装误差，并建立了陀螺仪、加速度计的输入输出模型，最后给出了相应的标定方法，并给出了具体的实验和数据处理方法。理论分析及实验表明，该方法能够有效地标定出系统的相关参数。     

无陀螺仪惯性系统构型中安装误差分析与标定

针对一种立方构型的无陀螺仪惯性系统，分析了构型安装误差对惯性系统测量精度的影响及构型误差的标定方法。首先分析了立方构型下载体姿态与加速度的解算方法，然后给出了安装误差对于系统输出的影响，最后通过分析安装误差的敏感性因子给出了一种有针对性的标定方法。理论分析与仿真计算表明，惯性系统角速度与线速度输出是加速度计输出的线性组合，构型安装误差对无陀螺仪惯性系统测量精度的影响非常明显，在给出的标定方案中，方向安装误差标定精度较位置安装误差要高，而且转台角速度对位置安装误差的标定精度影响很大，对方向安装误差影响较小；无陀螺仪惯性系统中安装误差不可忽略，必须进行标定，据此提出的一种标定方案简单、切实可行。     

自适应惯性组合导航系统研究

本文研究惯性／位置组合导航技术，给出在线估计未知噪声统计参量的自适应卡尔曼滤波算法（ＡＫＦ）。首先建立组合导航系统直线飞行段和机动飞行段数学模型，并给出相应滤波算法，仿真结果证明了组合导航估计算法的可行性。所得结论对惯导／地形匹配、惯导／ＧＰＳ组合导航的研制有实用意义     

基于MEMS的光电导航测距系统研究

提出一种用MEMS（微机电系统）惯性元器件（微机械陀螺和加速度计）代替传统的惯性元器件组成惯性辅助导航系统这种新方法，提供给EOANS（光电测距系统）所需要的导航参数，用于进一步的测距计算。由于MEMS系统本身的结构特点，这种新的测距系统体积小、造价低，能够广泛应用于制导等领域。文中最后还给出了仿真试验的数据，结果表明该方法能保证整个测距系统的可行性。     

惯性平台温控系统精度研究

本文阐述了惯性平台温控系统温度控制精度和平台内温度场分布的均衡性对惯性导航系统精度的影响，着重介绍了惯性平台温控系统精度的控制技术，并且对惯性平台稳态加热功率进行了工程计算。     

建立惯性仪表安装误差数学模型的理论研究

安装误差对系统精度有较大的影响,对捷联惯性系统的影响尤为突出,为此从仿射坐标系的坐标变换理论入手,分析并推导了建立惯性仪表安装误差数学模型的坐标变换矩阵公式,为惯性仪表安装误差数学模型的建立、测试及在惯性导航系统中的补偿提供了理论依据。     

基于雷达测距与角位置辅助的SINS空中对准方法

针对卫星导航受限条件下捷联惯性导航系统(SINS)空中初始对准问题,提出了一种基于雷达测量斜距-角位置匹配模型。推导了传统雷达位置匹配模型方案量测线性化过程,说明了线性化后量测噪声统计特性随斜距变化的缺陷,同时提出直接采用雷达测量的距离和角位置作为量测信息的对准方案。根据雷达与飞行器之间的相对位置关系,建立了雷达斜距与角位置信息辅助的捷联惯性导航系统初始对准量测方程,利用无迹卡尔曼滤波器(UKF)解决了量测方程非线性问题。最后通过200次蒙特卡洛分析仿真验证了算法的可行性,斜距大于50 km条件下,300 s时航向对准误差角统计均值为?0.0289°,统计标准差为0.0377°,同时有较高的水平对准精度,且明显优于传统位置匹配对准方案。     

误差自补偿惯性导航系统监测回路数据处理技术的研究

针对误差自补偿惯性导航系统的特点,设计了该系统监测回路的鲁棒自适应滤波,理论分析和仿真结果表明,鲁棒自适应滤波和数字剔除技术的联合能有效地抑制监回路中随机干扰的影响,精确测出导航陀螺的漂移变化率。     

方位捷联惯导平台系统及其误差分析

根据导航系统对高精度的需要,在捷联惯导和平台惯导的基础上提出了一种方位捷联惯导平台,该平台取消了普通平台系统的方位环及其伺服回路,保留了俯仰环和横滚环及其对应的伺服回路,介绍了平台的组成及工作原理,并且推导出平台角误差方程、速度误差方程和位置误差方程.建立状态方程和量测方程后用Kalman滤波的方法对系统进行软件仿真,仿真结果表明,方位捷联惯导平台综合了捷联和平台的优点,具有平台角误差小、收敛速度快等特点.     

惯性信息辅助的快速大视角图像匹配方法

大视角图像匹配算法的鲁棒性与实时性直接影响飞行器对远距离目标定位的性能。针对目前仿射不变图像匹配算法实时性较差的问题,提出一种惯性信息辅助的快速大视角图像匹配方法。该方法对现有的快速图像匹配算法进行改进,避免了构建高斯金字塔,提高了算法效率。然后利用机载惯性导航信息求解实时图与参考图之间的单应性矩阵,并对实时图进行模拟视角变换以此减小图像间视角差异,克服了现有的大视角图像匹配算法盲目多次的匹配计算,实现了大视角图像的快速匹配。实验结果表明,惯性信息辅助的大视角图像匹配算法与现有的快速仿射不变性匹配算法相比,匹配效率提高了至少2倍。     

基于横向地球坐标的惯性导航方法

针对极区经线迅速收敛于极点造成的传统惯导机械编排在极区不适用问题,提出了CGCS2000地球椭球体模型下基于横向地球坐标的惯性导航方法。在构建横向坐标系及伪经纬网的基础上,给出了横向惯导与传统惯导间导航参数的转换关系,推导了横向地理坐标系机械编排,建立了系统误差模型,并以某型船舶为例,通过系统性能的静基座、动基座仿真分析,研究了基于横向地球坐标的惯性导航方法在极区的适用性。仿真分析表明,基于横向地球坐标的惯性导航方法可以克服传统惯导在极区存在的问题,在极点处不存在计算溢出,并可为载体穿越极点时提供高精度的姿态、位置信息,适用于极区。     

基于误差四元数的捷联惯导全姿态导航与控制

在舵偏控制回路中使用欧拉角姿态信息,是现有飞行器捷联惯导系统普遍采用的方法。为避免垂直状态时欧拉角姿态表示法的算法奇异问题,引入了四元数姿态表示法,但是最终形成偏差输入到舵机的仍旧是欧拉角姿态信息。对此问题,文中分析讨论了捷联惯导系统中,以欧拉角信号控制飞行器舵偏输出(推力矢量输出)的传统方法的两点不足之处:垂直状态时欧拉角姿态算法的物理奇异问题;控制路径过长问题。提出由误差四元数直接控制舵偏输出(推力矢量输出)的新的捷联导航方法。此方法控制路径最短,且克服了物理奇异问题,不局限于飞行器所处的姿态,因此,将其称之为全姿态导航方法。仿真结果表明了此方法的可行性与有效性。     

基于伪地球坐标系的惯导系统全球导航算法

由于极区特殊的地理、电磁条件,惯性导航因其自主性和信息完备性使之成为极区导航的首选。然而在考虑全球执行能力时,现有常用的任何一种力学编排方案都不能单独的实现全球导航。通常采用组合编排的方式,这样则不利于惯导算法的全球统一。基于此提出了基于伪地球坐标系的全球导航算法。该方案在全球导航时可以实现惯导算法的内在统一,并可保证物理平台的平稳切换,从而实现平台惯导与捷联惯导系统编排方案的统一。另外,该方案也更方便同其它局部惯导系统进行交互通信,仅不同的参数转换单元是必需的。同时,简单的切换逻辑也可以减小程序设计的复杂度和降低计算机负担。最后通过仿真证明了该算法的可行性。     

船用惯性/地磁导航系统信息融合策略与性能

地磁异常场的强度在空间上变化丰富而在时间上很稳定。对地磁异常值与位置之间的非线性函数关系进行了随机线性化,将地磁异常测量值直接作为观测量,采用扩展卡尔曼滤波技术实现地磁异常测量信息与惯性导航信息的融合,估计并校正了惯性导航系统导航误差。仿真表明,组合导航系统具有如下良好性能:对地磁异常具有广泛的适用性;对初始位置误差、速度误差及姿态误差具有较好的鲁棒性;对地磁数据噪声敏感度较低;可实时更新组合导航信息。将观测量选为参考数据测量值的信息融合策略引入惯性/地磁组合导航。定量描述地磁异常辅助惯性导航系统的信息量,分析组合导航系统对地磁图的适用性。     

INS/Doppler组合导航中安装偏角的在线估计

INS和Doppler在载机上安装时存在安装偏角,会对组合导航精度产生影响.为此,提出了一种新的INS/Doppler组合导航算法,将标度因数和安装偏角作为状态变量进行估计.在分析Doppler输出误差模型的基础上,详细推导了组合导航算法模型,并进行了仿真.仿真结果表明,在载机正常飞行并适当机动的情况下,该组合导航算法能够准确对标度因数和安装偏角进行估计,标度因数的估计精度为0.4‰,安装偏角的估计精度为0.1′-0.3′,从而提高了导航精度.     

具有短期惯导功能的平台罗经原理比较分析

具备短期惯导功能是光今平台罗经发展的主流。传统的摆式罗经、惯性导航系统和具有短期惯导功能的平台罗经系统在原理和应用上有着密切的联系和一定的差异。本文从八个方面对三者的区别和联系进行了不同深度地讨论。指出三种系统最核心的差异是找北原理的差异,其它区别多数是围绕这一差异在不同方面的表现。从这些分析中已可以较清晰地理解具有短期惯导的平台罗经系统介于传统的摆式平台罗惯性导航系统的特点和地位,这对于明确具有     

论混合式惯性导航系统

惯性导航系统是当代空、天、海、陆各类先进运载器所不可或缺的一项自主导航定位装备。简要回顾了平台式、捷联式以及旋转式惯导系统的发展历程和各自优缺点,在此基础上提出了集平台式、捷联式和旋转式惯导系统优点于一体的混合式惯导系统新技术途径。介绍了这种新型惯导系统的概念、原理、特点、关键技术,样机实验结果验证了该技术途径的优越性和可行性,为该系统的未来研发和应用提供了技术基础并指出了研究方向。     

鲁棒控制在惯性导航系统初始对准中的应用

本文提出并设计了一种新的鲁棒控制方案,并进行了计算机仿真。结果表明,该系统对于不确定性干扰和噪声,具有强鲁棒性,快速性,精度高等特点,是一种应用在实际动态系统中的理想初始对准方案。